粵教高中物理選修(1-1)第一章第四節(jié)《認(rèn)識電場》教案

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1、2019 最新粵教版高中物理選修（ 1-1）第一章第四節(jié)《認(rèn) 識電場》教案 一、教學(xué)目標(biāo) 1．知識目標(biāo)： （ 1 ）通過對電場概念的學(xué)習(xí) , 使學(xué)生明確場的特點 ,描寫場的方法 , 并能在頭腦中建立起場 的模型和圖象。 （ 2）理解場電荷、檢驗電荷的概念 ,理解和掌握電場強度的概念。 （ 3）掌握點電荷的電場強度公式。 （ 4）理解和掌握電場的疊加原理 ,會計算簡單的點電荷組產(chǎn)生的電場。 2．能力目標(biāo)： 用比值定義物理量、類比方法的重要研究方法的介紹 ,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究能力。 3．物理方法教育目標(biāo)： （ 1）樹立“場”在空間上有分布的觀念 ,并培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力。

2、 （ 2）通過“檢驗電荷”的概念 ,使學(xué)生明確物理測量的有效性的觀念。 （ 3）對點電荷場強公式的分析 ,使學(xué)生明確理想模型建立的條件。 二、教學(xué)重點、難點 1．“場”是物理學(xué)中的重要概念 ,“場”的概念比較抽象 ,在中學(xué)物理中 ,本章又是初次較 深入地研究“場” ,所以“場”概念的引入 , “場”觀念的建立 ,既是本節(jié)的重點也是本節(jié)的難 點。 2．電場強度的概念、場的疊加原理也是本節(jié)的重點。 三、教學(xué)方法： 計算機輔助教學(xué) 四、教 具： 計算機、投影儀、大屏幕、自制 CAI 課件 五、教學(xué)過程： （一）復(fù)習(xí)提問 兩個點電荷電量分別為 +4Q 、 -Q, 固定在相距為

3、 L 的兩點 ,在何處放一個什么樣的第三點電 荷可使第三點電荷保持靜止？ -Q x=L 在兩點電連線延長線上，-Q的一側(cè)距-Qx=L處（復(fù)習(xí)庫侖定律）。 與第三個電荷電量無關(guān)（為建立場強與檢驗電荷無關(guān) ，及由力的合成向場的疊加過渡做鋪 墊）。 （二）引入新課 兩個電荷間存在著相互作用力 ，上一節(jié)我們定量地研究了兩個點電荷之間的相互作用力的 規(guī)律一一庫侖定律。 提出問題：在力學(xué)中，我們所學(xué)過的彈力、摩擦力均是接觸力 ，只有相互接觸的兩個物體之 間才有可能產(chǎn)生彈力、摩擦力。兩個電荷之間并不接觸 ，它們之間的相互作用力是如何實現(xiàn)的 呢？ （三）進(jìn)行新課 1 .在同學(xué)回答的

4、基礎(chǔ)上總結(jié)出：兩個電荷之間的相互作用力是通過電場實現(xiàn)的。任何一 個電荷在其周圍空間產(chǎn)生電場 ，另一個電荷處在它產(chǎn)生的電場中 ，另一個電荷受到電場對它的作 用力——稱為電場力。 蛹&確△蛹 （如同學(xué)提出重力、引力，順便提出重力場、引力場的概念 ，如無人提出暫不引入重力場、 引力場。） 電荷在其周圍空間產(chǎn)生電場 ，靜止的電荷產(chǎn)生的電場是靜電場。電場對處在場中的其他電 荷有力的作用。 2 .對任何事物的認(rèn)識和理解 ，都要從它與其他事物的相互關(guān)系（相互作用）入手 ，從中找出 它的基本性質(zhì)，對電場的認(rèn)識也應(yīng)如此。為了認(rèn)識電場 ，找到描寫電場性質(zhì)的物理量 ，我們先引入 兩個基本概念：場電荷

5、和檢驗電荷。 場電荷：產(chǎn)生電場的電荷。 提出問題：什么樣的電荷能產(chǎn)生電場？什么樣的電荷不能產(chǎn)生電場？！為什么還要提出場 電荷呢？ 在總結(jié)同學(xué)的回答時，強調(diào)指出這與以前在力學(xué)、熱學(xué)中研究問題時一樣 ，是研究對象的選 取的問題。 檢驗電荷：放在我們所研究的電場中 ，用來檢驗該電場的性質(zhì)的電荷。 檢驗電荷必須具備的條件：（ 1）點電荷；（2）電量足夠小，使得當(dāng)將檢驗電荷引入電場 中時不改變場電荷的分布。 提出問題：為什么檢驗電荷必須具備以上兩個條件？ 先總結(jié)必須滿足第二個條件的原因 ，強調(diào)對于任何物理測量，只有當(dāng)測量工具（儀器）的引 入不改變被測對象的性質(zhì)時，或?qū)Ρ粶y對象的影響小

6、到可以忽略不計時 ，這種測量才有意義，否則 這種測量是無意義的。 對于必須滿足第一個條件的原因 ，留在以后解決。 3 .引入電場強度的概念 （1）將同一個檢驗電荷 q,分別放在電場中的不同點，它所受的電場力的大小和方向一般說 來是不同的。 提問：這一實驗結(jié)果，說明了什么問題？ 總結(jié)同學(xué)回答的情況，強調(diào)：同一電場中不同點的性質(zhì)是不同的 ，研究電場必須一點一點地 研究，即電場在空間有分布。同時回答檢驗電荷必須是點電荷的原因。 （2）集中研究電場中的某一點 P。 將電量為qi的檢驗電荷放在 P點,測得它所受的電場力大小為 F"將電量為 生的檢驗電荷 放在P點,測得它所受的電場力大小

7、為 F2；……將電量為 qn的檢驗電荷放在 P點,測得它所受的 電場力的大小為Fn。 實驗發(fā)現(xiàn)：在電場中的同一點 ，檢驗電荷的電量 q發(fā)生變化，它所受的電場力的大小 F也隨 之變化（成正比的變化），而電場力的大小 F與檢驗電荷電量q的比值不變，即 R耳&…R - ■ ■ ■■ %一由一出一 一% 這個比值不隨檢驗電荷電量變化 ，說明它與檢驗電荷無關(guān)，它只與電場中這點（P）有關(guān)，它 只由電場中這一點決定，所以這個比值可以用來描寫電場中該點的性質(zhì) ，將它叫做電場中該點的 電場強度的大小。 4 .電場強度的定義 電場強度（簡稱場強）是描寫電場有關(guān)力的性質(zhì)的物理量 ，它是矢量。

8、 檢驗電荷在電場中某點所受電場力的大小 F與檢驗電荷的電量 q的比值F/q,叫做電場中該 點的電場強度的大小，即 F E = -4規(guī)定已檢嗡電荷所受的電場力的方向為該點的電場強度的方向。 q 在國際單位制中，電場強度的單位是牛/庫。 5 .請同學(xué)根據(jù)庫侖定律和電場強度的定義 ，推導(dǎo)點電荷的電場強度的表達(dá)式。 （1）先求距場電荷 Q為r的一定點P的場強大小和方向。 （2）再將r看成是變量（P點為動點），可得出點電荷 Q的電場中任意一點的電場強度的 表達(dá)式。 (3)從表達(dá)式E =k^Q■，進(jìn)一步說明電場中任一點的電場強度的大小和方向與檢驗電荷無 r 關(guān),完全由場電荷 Q和該點

9、的位置所決定。 (4)正的點電荷與負(fù)的點電荷在空間各點產(chǎn)生的電場強度的方向(為以后引入電場線做 準(zhǔn)備)。 6 .研究點電荷所產(chǎn)生的電場強度 ，從力的疊加(力的合成)引出場的疊加。 (1)兩個等值異號的點電荷 +Q、-Q,相距為L,求連線中點的場強；連線延長線距 -Qx點處 的場強；連成的垂直平分線上距中點為 x處點的場強；當(dāng)x >>L時，這兩點的場強。 (2)在正方形(邊長為 a)的四個頂點處各固定一電量為 +Q的點電荷，在過四邊形對角線 中心O垂直于平面的軸線上距 。點x處的場強。 Q 圖，徵』飛. 對頂?shù)膬蓚€點電荷在該點產(chǎn)生的場 ，在垂直于x軸上的分量相

10、互抵消。 E = 4k (3)半徑為r的均勻帶電圓環(huán)，電量為q,在其軸線上距環(huán)心 O距離為x的一點的場強方向 沿軸線，其指向由電荷種類確定。 小結(jié)：有了點電荷的場強公式和場的疊加原理 ，原則上可求任意電荷分布的電場各點的電 場強度。強調(diào)點電荷的場強公式的重要性。 例題精講 例1場電荷Q=2X 10-4C,是正點電荷；檢驗電荷 q=2X 10-5C,是負(fù)電荷，它們相距r=2m而 靜止且都在真空中，如圖所示。求： (1) q受的電場力。 (2) q所在的B點的場強Eb。 (3)只將q換為q/ =4X 10-5C的正點電荷，再求q/受力及B點的場強。 (4)將受力電荷拿去后

11、再求 B點場強。 5 、士人士狂 kQq 9x10“ x2xl0” 黑2、10，  解(。庫侖定律.F = = 殖 - = 9N方向 r 2 在A與B的連線上，且指向A。 /、』士—七小F kQq ” 9xl0&x2x]0^ ⑵由電場強度的定義：E = —= 所以E= q r q r 2 =4.5X105N/C方向由A指向Bo ⑶由庫侖定律：F,=竽=3咨31 =頗 r 2 方向由A指向及E = = & =45X1C|SN/C^向由A指向Bo q f (4)因E與q無關(guān)，自然q=0也不會影響E的大小與方向，所以拿走q后場強不變。 例2如圖(a)所示，點電荷q與

12、9q靜止于真空中，相距r,它們均為正電荷，求： (1)連線中點A的場強Ea； (2)求場強為0的點位置。 q A 為 q O A % 9F F * * * > 解(1)在A點放q/ =1C,它受力情況如圖 5 (c)所示，F(xiàn)為q對qz的作用力，9F為9q對 q/的作用力，而合力為8F方向指向q,所以 Er = 8 萬仃=32kq/J , (工 方向：向左指向姓 (2)先分析E=0的點可能的位置范圍，因在該點放+1C時，它受力為零，所以q與9q^^+1C 作用力一定等大反向，因而兩力共線，由此可以斷定 E=0的點在q與9q的連線上，當(dāng)+1C放于q 以左及9q以右的連

13、線上時，它受的兩個力都同向，因而不可能抵消，所以E=0的點一定在兩點電 荷中間的連線上。 令E=0的點。距q為x,如圖(b)所示，+ 1C電荷在。點受力為零，所以有 kq _ 9kq x3 (r - x)3 r -x —二 3 x 巧=4(無意義，舍去) i—i 答：(1)Ea =與方向指向中 x (2) E=0的點在q與9q之間，距q為r/4。 說明 1 .對于電場強度概念的理解注意： 「 F 大小e E =— C1)定義電場強度八J q 方向；與正電荷在該點受電場力方向相同 無論放正、負(fù)檢驗電荷,E的方向定義為+q受力方向，類似于電流方向定義為正電荷移動方

14、 向，無論是誰移動形成電流。 (2)電場強度為自身性質(zhì)，與檢驗電荷無關(guān)。 2 .我們研究的電荷均處于真空中 ，如處于空氣中也可近似認(rèn)為是在真空中。 思考題： 1 .場強E是描寫電場有關(guān)力的性質(zhì)的物理量。為什么不直接用檢驗電荷所受的電場力 F 來描寫，而要引入電場強度這個物理量？ 目的：進(jìn)一步鞏固場強的概念 ，明確場強E與電場力F的聯(lián)系與區(qū)別。 Q E = k 2 2 .由點電荷的場強公式 r ，能否求點電荷所在處（即 r=0）的場強？結(jié)果如何？為 什么? 目的：進(jìn)一步使學(xué)生明確，點電荷（理想模型）建立的條件。 〔如時間富裕，在課堂上討論，如時間不夠，請學(xué)生在下面思考、討

15、論，下節(jié)課再做總結(jié)〕 （四）課堂小結(jié)（配合flash課件演示。） 1 .電場的性質(zhì)：電荷在其周圍空間產(chǎn)生電場 ，電場對處在場中的其他電荷有力的作用。 2 . “場”的特點：在空間有分布 ，同一電場中的不同點，電場強度的大小和方向不同。 3 .電場強度的定義 4 .點電荷的場強公式 5 .疊加原理 （五）布置作業(yè) 1 .復(fù)習(xí)本節(jié)課文。 2 .思考練習(xí)二第（1）、（ 2）題。 3 .將練習(xí)二（3）、（ 4）、（ 5）、（6） （7）題做作業(yè)。 六、說明 如學(xué)生基礎(chǔ)較好，場的疊加全講；如不好，只講第一個問題即可。 附：板書設(shè)計 二、電場 電場強度 1 .電場 電場是一種客觀存在著的物質(zhì) 2 .電場強度 G % 。 … J” 『 ~……而……- 2 放入電場中某一點的電荷受到的電場力跟它的電量的比值 ，叫做這一點的電場強度 簡稱場強，單位牛每庫，N/C 電場力、電場強度是矢量 規(guī)定 電場中某點場強方向跟正點電荷在該點所受電場力的相同。 3 .點電荷電場的場強 4 .電場的疊加 7 / 8