2022年新課標(biāo)魯科版3-1 選修三1.3《電場(chǎng)及其描述》 WORD教案3

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1、2022年新課標(biāo)魯科版3-1 選修三1.3《電場(chǎng)及其描述》 WORD教案3 ［課時(shí)安排］ 2課時(shí) ［教學(xué)目標(biāo)］ 1. 知識(shí)與技能 （１）了解電場(chǎng),了解場(chǎng)是一種物質(zhì).場(chǎng)和實(shí)物是物質(zhì)存在的不同形式.電場(chǎng)存在于電荷周圍,電荷通過(guò)電場(chǎng)這種物質(zhì)間接對(duì)另一電荷施加靜電力的作用. （２）理解電場(chǎng)強(qiáng)度,會(huì)計(jì)算電場(chǎng)強(qiáng)度.理解其矢量性與疊加性,但不要求作復(fù)雜的疊加運(yùn)算. （３）知道電場(chǎng)線的物理意義.會(huì)用電場(chǎng)線描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向,了解點(diǎn)電荷電場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)等幾種電場(chǎng)線的分布特征. 2. 過(guò)程與方法 （1） 知道場(chǎng)的概念的提出與建立的過(guò)程.理解通過(guò)電場(chǎng)對(duì)電荷的作用來(lái)檢驗(yàn)電場(chǎng)的方法 （2） 通過(guò)電

2、場(chǎng)強(qiáng)度的概念建立過(guò)程進(jìn)一步鞏固比值定義法. （3） 通過(guò)電場(chǎng)線的學(xué)習(xí)知道用虛擬的圖線描述抽象的物理概念是概念具體化形象化的一種手段 3. 情感態(tài)度價(jià)值觀： （1） 通過(guò)對(duì)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的學(xué)習(xí)加深對(duì)世界物質(zhì)性和物質(zhì)多樣性的認(rèn)識(shí). （2） 通過(guò)對(duì)電和磁非接觸力的認(rèn)識(shí)形成科學(xué)世界觀. ［教學(xué)重點(diǎn)］：理解電場(chǎng)強(qiáng)度,會(huì)計(jì)算電場(chǎng)強(qiáng)度.理解其矢量性與疊加性,但不要求作復(fù)雜的疊加運(yùn)算.知道電場(chǎng)線的物理意義.會(huì)用電場(chǎng)線描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向,了解點(diǎn)電荷電場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)等幾種電場(chǎng)線的分布特征 ［教學(xué)難點(diǎn)］：了解電場(chǎng),了解場(chǎng)是一種物質(zhì).場(chǎng)和實(shí)物是物質(zhì)存在的不同形式.電場(chǎng)存在于電荷周圍,電荷通過(guò)電場(chǎng)這種物質(zhì)間接

3、對(duì)另一電荷施加靜電力的作用 ［教學(xué)器材］： 1. 實(shí)驗(yàn)器材：絲綢.玻璃棒.帶絕緣座的金屬球.絕緣細(xì)線.鐵架臺(tái).帶電小球 ［教法學(xué)法］：?jiǎn)栴}導(dǎo)學(xué)／討論／探究 ［教學(xué)過(guò)程］: 1. 導(dǎo)入電場(chǎng)，電場(chǎng)力的概念 彈力和摩擦力都需要直接接觸．而重力（萬(wàn)有引力）則和電荷之間的作用力與磁體之間的作用力一樣，都可以不通過(guò)接觸產(chǎn)生．這種作用力是怎么從一個(gè)物體到另一個(gè)物體的呢？這在歷史上有過(guò)長(zhǎng)期的爭(zhēng)論：一種觀點(diǎn)認(rèn)為這種作用力是超距作用，從一個(gè)物體到另一個(gè)物體是直接的不需要介質(zhì)也不需要時(shí)間，這種方式可以表示為：電荷電荷；另一種觀點(diǎn)以在19世紀(jì)30年代法拉第為代表，認(rèn)為這些力是通過(guò)一種叫＂場(chǎng)＂的媒介傳遞的．

4、帶電體或磁體周圍產(chǎn)生了一種由電或磁產(chǎn)生的物質(zhì)，法拉第把它們稱為電場(chǎng)和磁場(chǎng)，（地球周圍則形成引力場(chǎng)），場(chǎng)則對(duì)放入其中的某些物體（如電場(chǎng)對(duì)放入場(chǎng)中的電荷）產(chǎn)生作用力．這種作用方式可以表示為：電荷電場(chǎng)電荷；；好比是漁民撒開(kāi)漁網(wǎng)，撞入網(wǎng)中的魚(yú)就＂中招＂了． 2. 場(chǎng)是真實(shí)存在的： 教師提問(wèn)：如何判斷超距作用和場(chǎng)這兩種觀點(diǎn)誰(shuí)正確？ （學(xué)生討論）如果超距作用是正確的，則這種電荷間的作用力與中間介質(zhì)無(wú)關(guān)，且不需要時(shí)間． 教師指出：實(shí)際上法拉第通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)電荷間的作用力與中間介質(zhì)有關(guān)，不同的介質(zhì)作用力不同．現(xiàn)代物理學(xué)還發(fā)現(xiàn)這種作用力從一個(gè)物體到另一個(gè)物體需要時(shí)間，這都證明了場(chǎng)的存在．＂場(chǎng)＂雖然不象實(shí)物

5、，它看不見(jiàn)，摸不著，但是客觀存在的．在后來(lái)的許多物理學(xué)家的研究下，發(fā)現(xiàn)場(chǎng)也與實(shí)物一樣有質(zhì)量和能量．電荷周圍有電場(chǎng)，磁體周圍有磁場(chǎng)，物體周圍有引力場(chǎng)．因此我們現(xiàn)在學(xué)習(xí)電場(chǎng)的研究方法可以推廣到磁場(chǎng)和引力場(chǎng)的研究中． 場(chǎng)已被證明是一種客觀存在的物質(zhì)形態(tài)，電視臺(tái)和無(wú)線電廣播電臺(tái)就是靠激發(fā)電磁場(chǎng)的方式發(fā)送各種節(jié)目信號(hào)的。雖然電磁場(chǎng)“看不見(jiàn)”“摸不著”，但是我們卻可以在遠(yuǎn)離發(fā)射塔的地方，用電視機(jī)和收音機(jī)接受到它們發(fā)送的節(jié)目信號(hào)，這就是電磁場(chǎng)客觀存在的很好例證。本節(jié)課我們就來(lái)學(xué)習(xí)描述電場(chǎng)的重要概念。 3. 電場(chǎng)力的概念以及利用電場(chǎng)力檢測(cè)電場(chǎng)的存在。 提問(wèn)：我們?cè)鯓友芯侩妶?chǎng)呢？比如：怎么知道某一空間

6、(老師的講臺(tái)上)是否存在電場(chǎng)? 討論：方法一：檢查周圍是否有形成電場(chǎng)的電荷? 方法二：電場(chǎng)能夠?qū)μ幱趫?chǎng)中的電荷施加力的作用?？衫秒姾蓹z驗(yàn)其是否受電場(chǎng)給的力來(lái)檢查電場(chǎng)的存在。（如圖1）拿一個(gè)帶電體放入這個(gè)區(qū)間,看它是否受力產(chǎn)生狀態(tài)變化. 哪種方法更好呢？ 通過(guò)討論提出：由于帶電體能吸引輕小物體，所以最好用來(lái)檢驗(yàn)的帶電體本身電量較小，我們稱這種帶電體為檢驗(yàn)電荷或試探電荷。(演示實(shí)驗(yàn):用試探電荷檢驗(yàn)電場(chǎng)是否存在。如圖1所示，使有絕緣支柱的大金屬球帶電作為場(chǎng)源電荷，使絲線吊著的小鋁箔球帶少量電荷，用它代替檢驗(yàn)電荷q。) 教師指出：這種力稱為電場(chǎng)力．它與原來(lái)說(shuō)的靜電力、庫(kù)侖力是一回事。原來(lái)

7、我們說(shuō)電荷q１對(duì)電荷q2產(chǎn)生靜電力（或說(shuō)庫(kù)侖力）,現(xiàn)在應(yīng)該怎么說(shuō)? 回答：電荷q1產(chǎn)生電場(chǎng),這個(gè)電場(chǎng)對(duì)電荷q2產(chǎn)生作用力。 電場(chǎng)對(duì)放入其中的帶電體能產(chǎn)生電場(chǎng)力，這是電場(chǎng)的基本性質(zhì)之一。所以我們可以選擇一個(gè)帶電量很小、線度也很小的試探電荷q，分別放入帶電體Q所產(chǎn)生的電場(chǎng)中的不同位置，觀察檢驗(yàn)電荷q受到的電場(chǎng)力有何特點(diǎn)。 4. 電場(chǎng)強(qiáng)度 （1） 實(shí)驗(yàn)探究場(chǎng)強(qiáng)的定義： 實(shí)驗(yàn)一：教師有意將試探電荷緩慢地移過(guò)不同位置.引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察絲線的傾斜方向。 現(xiàn)象：鋁箔球在電場(chǎng)中不同方位均有偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明此地都有電場(chǎng)，但絲線傾斜的方向不同。說(shuō)明不同位置電場(chǎng)力不同。 實(shí)驗(yàn)二：鋁箔球逐漸遠(yuǎn)離場(chǎng)源，注意

8、觀察絲線偏離豎直方向的角度。 現(xiàn)象：偏角逐漸減小。 問(wèn)：由這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)我們能得到什么結(jié)論？ 學(xué)生答后教師歸納：以上兩個(gè)實(shí)驗(yàn)表明，在電場(chǎng)中不同點(diǎn)，電場(chǎng)對(duì)檢驗(yàn)電荷施加的電場(chǎng)力的大小和方向一般是不同的。比如在A點(diǎn)電場(chǎng)對(duì)電荷施加方向向右的作用力，在D點(diǎn)電場(chǎng)對(duì)電荷施加方向向左的作用力，在A點(diǎn)電場(chǎng)對(duì)電荷的作用力大，在B點(diǎn)電場(chǎng)對(duì)電荷施加的作用力小。 提問(wèn)：形成這一不同的原因在于施力的電場(chǎng)呢還是在于受力的電荷? (學(xué)生討論并說(shuō)明理由) 教師歸納：由于試探電荷自身沒(méi)有變化，所以我們說(shuō)這是不同處的電場(chǎng)對(duì)電荷施加電場(chǎng)力的能力不同,哪里的電場(chǎng)比較強(qiáng)呢?怎么說(shuō)明? 討論：用檢驗(yàn)電荷受到的電場(chǎng)力，行嗎？（學(xué)生

9、討論——估計(jì)多數(shù)學(xué)生會(huì)說(shuō)可以，電場(chǎng)力大的說(shuō)明電場(chǎng)強(qiáng)，教師保留問(wèn)題，繼續(xù)實(shí)驗(yàn)三） 實(shí)驗(yàn)三：把鋁箔球放在電場(chǎng)中同一位置，減小它的帶電量，注意觀察絲線的偏角。 學(xué)生總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論——在電場(chǎng)中同一點(diǎn)，檢驗(yàn)電荷所受電場(chǎng)力隨它所帶電量的減小而減小，所以，電場(chǎng)力不能用于描述電場(chǎng)。 教師歸納：要描述電場(chǎng)，需要找一個(gè)與檢驗(yàn)電荷的電量無(wú)關(guān)而只由電場(chǎng)決定的物理量。電場(chǎng)對(duì)電荷的作用力與電場(chǎng)的性質(zhì)和試探電荷都有關(guān). 那我們用什么描述電場(chǎng)呢？如果不同試探電荷放在不同電場(chǎng)中受力,又怎么比較電場(chǎng)的強(qiáng)弱呢? 學(xué)生討論（教師可提示類比功率或速度大小的比較) 教師：如果我們能夠做更精確的實(shí)驗(yàn)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)：在電場(chǎng)中同一點(diǎn)，電場(chǎng)

10、力不僅隨檢驗(yàn)電荷的電量的減小而減小，隨電場(chǎng)力的增大而增大，而且跟檢驗(yàn)電荷的電量之間存在定量關(guān)系。比如：在A點(diǎn)有；在B點(diǎn)有 在電場(chǎng)中同一點(diǎn)，比值F／q是一個(gè)與檢驗(yàn)電荷和電場(chǎng)力無(wú)關(guān)的量，而在電場(chǎng)中不同點(diǎn)，比值一般不同，因而比值反映電場(chǎng)的性質(zhì)。所以我們可以用它來(lái)描述電場(chǎng)，并把它定義為電場(chǎng)強(qiáng)度。 （2） 電場(chǎng)強(qiáng)度 i 定義：放入電場(chǎng)中某點(diǎn)的電荷受到的電場(chǎng)力與它電量的比值，叫這一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱場(chǎng)強(qiáng)。 ii 符號(hào)：E iii 定義公式：；公式表明電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)在數(shù)值上等于單位電荷在該點(diǎn)受到的電場(chǎng)力。其中F為試探電荷q在場(chǎng)中某點(diǎn)受到的電場(chǎng)力，E為該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)。注意，電場(chǎng)E不是電荷q產(chǎn)生的，所以E

11、的大小與q無(wú)關(guān)。因此不能說(shuō)E與q成反比，與F成正比。 iv 單位：N／C v 規(guī)定電場(chǎng)中某點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的方向?yàn)檎姾稍谠擖c(diǎn)受到的電場(chǎng)力的方向。所以場(chǎng)強(qiáng)是矢量。 一般電場(chǎng)中不同點(diǎn)，場(chǎng)強(qiáng)的大小及方向不同，場(chǎng)強(qiáng)大的地方，電場(chǎng)強(qiáng)，場(chǎng)強(qiáng)小的地方，電場(chǎng)弱，通常我們也把場(chǎng)強(qiáng)的大小和方向叫做電場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向。 由于我們是從一般電場(chǎng)出發(fā)引入場(chǎng)強(qiáng)的定義的，所以適用于一切電場(chǎng)。 5. 點(diǎn)電荷的電場(chǎng)與勻強(qiáng)電場(chǎng) 下面我們以一個(gè)特殊的電場(chǎng)——真空中點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)為例，分析場(chǎng)強(qiáng)的物理意義 。 例1：在真空中A點(diǎn)有一正點(diǎn)電荷Q=2.0×10-4C，把試探點(diǎn)電荷q=2.0×10-5C的負(fù)電荷置于B點(diǎn)，它們相距r=2

12、m，如圖所示。求：（1）q受的電場(chǎng)力；（2）q所在點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度；（3）只將q點(diǎn)電荷換成q/=4.0×10-5C的正電荷，再求q/受力和B點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)；（4）將受力電荷拿走，再求B點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)。*（5）若將Q拿走呢？答案略 。 圖4 解析:在點(diǎn)電荷Q形成的電場(chǎng)中,距Q為r處放入點(diǎn)電荷q，q受的電場(chǎng)力即庫(kù)侖力，根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)定義或該處場(chǎng)強(qiáng)為（r可取任意值），因此即為點(diǎn)電荷在真空中場(chǎng)強(qiáng)公式，其中Q為場(chǎng)源電量，r為某點(diǎn)到場(chǎng)源的距離。k為靜電常數(shù)。+q受力方向即為該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向（如圖所示）。若把+q換成-q，所受電場(chǎng)力方向正與場(chǎng)強(qiáng)方向相反，但仍與圖中相同，說(shuō)明場(chǎng)強(qiáng)不以電荷和力為轉(zhuǎn)移。即正電荷場(chǎng)強(qiáng)向外，負(fù)電荷場(chǎng)強(qiáng)向內(nèi)

13、，離場(chǎng)源電荷越遠(yuǎn)，場(chǎng)強(qiáng)越小。 幾點(diǎn)注意: 是適用于點(diǎn)電荷在真空中的電場(chǎng)，但是決定式；而適用各種電場(chǎng)，是定義式，而非決定式. 場(chǎng)強(qiáng)的大小與方向跟檢驗(yàn)電荷的有無(wú)、電量、電性沒(méi)有關(guān)系。 場(chǎng)強(qiáng)的大小只由場(chǎng)源電荷和場(chǎng)點(diǎn)到場(chǎng)源的距離來(lái)決定。離場(chǎng)源電荷越近的點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)越大，離場(chǎng)源電荷越遠(yuǎn)的點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)越小。 在B點(diǎn)右側(cè)x3處， Ax2＞Bx2， 不可能， EA=EB不存在。 所以EA=EB之點(diǎn)有兩處,且合場(chǎng)強(qiáng)一為0,另一為2EA,答案應(yīng)選B. 圖10 兩塊靠近、正對(duì)且等大平行的金屬板,分別帶等量正負(fù)電荷時(shí)的電場(chǎng)線。 現(xiàn)象：它們之間的電場(chǎng)是電場(chǎng)線互相平行的直線,線間距離相等邊緣附近除外.畫(huà)出電場(chǎng)線如

14、圖10所示 提問(wèn)：象這樣的電場(chǎng)線說(shuō)明了其場(chǎng)強(qiáng)分布有何特點(diǎn)？ 討論：其場(chǎng)強(qiáng)（邊緣除外）大小處處相等，方向與板垂直，從正板到負(fù)板。 教師指出：在電場(chǎng)的某一區(qū)域里,如果各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小和方向都相同,這個(gè)區(qū)域的電場(chǎng)叫勻強(qiáng)電場(chǎng)我們把這種電場(chǎng)稱為“勻強(qiáng)電場(chǎng)”。 圖11 例4：書(shū)P18/例——解答略。 例5：如圖11所示,一個(gè)質(zhì)量為30g帶電量C的半徑極小的小球,用絲線懸掛在某勻強(qiáng)電場(chǎng)中,電場(chǎng)線與水平面平行.當(dāng)小球靜止時(shí),測(cè)得懸線與豎直夾角為30°,由此可知?jiǎng)驈?qiáng)電場(chǎng)方向?yàn)? ,電場(chǎng)強(qiáng)度大小為 .(g取10m/s2) 解析:分析小球受力,重力mg豎直向下,絲線拉

15、力T沿絲線方向向上,因?yàn)樾∏蛱幱谄胶鉅顟B(tài),還應(yīng)受水平向左的電場(chǎng)力F.小球帶負(fù)電,所受電場(chǎng)力方向與場(chǎng)強(qiáng)方向向反,所以場(chǎng)強(qiáng)方向水平向右。 小球在三個(gè)力作用之下處于平衡狀態(tài).三個(gè)力的合力必為零。得：F=mgtg30° 又因?yàn)? 圖7 所以有： E=mgtg30°/q= 電場(chǎng)強(qiáng)度概念能定量描述各點(diǎn)電場(chǎng)的性質(zhì)。但電場(chǎng)中各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的大小和方向的分布是非常復(fù)雜的，我們?nèi)绾畏奖愣中蜗蟮亓私怆妶?chǎng)中各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的分布情況呢？最好畫(huà)圖。 圖8 如圖7所示，在正電荷周圍電場(chǎng)中畫(huà)了很多場(chǎng)強(qiáng)矢量，從這個(gè)圖上我們可以很方便地了解正電荷周圍各點(diǎn)的電場(chǎng)分布情況，但它還不是最好的，因?yàn)殡妶?chǎng)中有無(wú)數(shù)個(gè)點(diǎn)，我們不能畫(huà)出無(wú)

16、數(shù)個(gè)矢量，法拉第為我們提供了一種很好的方法，就是用電場(chǎng)線來(lái)形象地描述電場(chǎng)。 6. 電場(chǎng)線 （1） 電場(chǎng)線是描述電場(chǎng)強(qiáng)度分布的一族曲線.描述方法:用曲線的疏密描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱,用曲線某點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向. （2） 實(shí)驗(yàn)觀察（課件歸納）各種電場(chǎng)的電場(chǎng)線：如右圖8。 實(shí)驗(yàn)?zāi)M幾種典型的電場(chǎng)線。 問(wèn)1：任意兩條電場(chǎng)線都不會(huì)相交，這是為什么？ 圖9 教師歸納：如果相交，則交點(diǎn)就會(huì)有兩個(gè)切線方向，而同一點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的大小和方向是唯一的。問(wèn)2：根據(jù)我們所看到的幾種電場(chǎng)線，誰(shuí)能歸納一下電場(chǎng)線的方向有什么特點(diǎn)？ 從圖9中可看出,E1為+Q在A處的場(chǎng)強(qiáng),E2為－Q在A處的場(chǎng)強(qiáng),E為E1與E2的合

17、場(chǎng)強(qiáng),正好為電場(chǎng)線在A的切線。兩個(gè)點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)中,每條電場(chǎng)線上每個(gè)點(diǎn)符合上述的關(guān)系。 教師歸納：電場(chǎng)線總是從正電荷出發(fā)，終止于負(fù)電荷或無(wú)窮遠(yuǎn)，如果只有負(fù)電荷，則電場(chǎng)線來(lái)自無(wú)窮遠(yuǎn)，終止于負(fù)電荷。它是不閉合的曲線. 大家要特別注意一個(gè)問(wèn)題：我們雖然可以用實(shí)驗(yàn)?zāi)M電場(chǎng)線的分布，但是，電場(chǎng)線并不是電場(chǎng)中真實(shí)存在的曲線，它只是我們?yōu)榱诵蜗蟮孛枋鲭妶?chǎng)而引入的。大家知道，法拉第首先提出了電場(chǎng)，并用電場(chǎng)線形象地描述電場(chǎng)的分布，這在物理學(xué)中是非常重要的。雖然法拉第當(dāng)時(shí)認(rèn)為電場(chǎng)線是真實(shí)的曲線，這是不對(duì)的，但是，法拉第的場(chǎng)線思想?yún)s是非常寶貴的。用場(chǎng)線來(lái)形象地描繪矢量場(chǎng)的分布這種方法一直被普遍地采用著。 總結(jié)：電場(chǎng)線具有以下特點(diǎn)： i. 在靜電場(chǎng)中,電場(chǎng)線從正電荷起,終于負(fù)電荷, ii. 電場(chǎng)線不能相交,否則一點(diǎn)將有兩個(gè)場(chǎng)強(qiáng)方向. iii. 電場(chǎng)線不是電場(chǎng)里實(shí)際存在的線,是為使電場(chǎng)形象化的假想線. 作業(yè)：第一課時(shí)：書(shū)20/1、2； 第二課時(shí)：書(shū)20/3、4； ［教學(xué)反思］：