电场强度教案

1 / 15 电场强度教案 谭老师教育工作室系列资料 电场强度教学案例 教学目的： 1、知道电荷相互作用是通过电场发生的； 2、理解电场强度和电场线的概念。 3、用电场强度概念求点电荷产生电场的电场强度； 4、知道几种典型电场的电场线分布。 5、以电场线描述电场为例，渗透用场线描述矢量场的方法。 过程与方法： 通过分析在电场中的不同点，电场力 F 与电荷电量 学生理解比值 F/q 反映的是电场的强弱，即电场强 度的概念；知道电场叠加的一般方法。 情感态度与价值观： 培养学生学会分析和处理电场问题的一般方法。 重点：电场强度的概念及其定义式 难点：对电场概念的理解、应用电场的叠加原理进行简单的计算 能力目标： 1、能运用已学过的知识来帮助理解，理解电荷作用靠电场传递。 2 / 15 2、通过实验及对实验结果的观察、分析，得出对有关现象的本质认识 教学方法： 1、复习导入新课，提出新课题； 2、设问激疑，通过引导，充分调动 学生积极思考，体现学生主体地位； 3、类比释疑，由已知的相类似知识，通过类比、分析，使得抽象概念能够较顺利地建立； 4、实验分析，定性与定量相互结合，使具体现象直观表达抽象概念，并充分运用多媒体辅助，动画模拟扩大实验成效。 教具： 幻灯片，计算机，铜丝，塑料笔。 【教学过程】 一、复习提问： 师：上一节，我们认识了电现象中的电荷，包括点电荷，元电荷及电荷之间存在的相互作用。什么是点电荷？电荷相互作用有什么规律？哪位同学来帮我们回顾一下 ？ 电荷之间有相互作用，我们把这个作用的电力叫库仑力或静电力。电荷之间的作用力是怎样发生的呢？今天我们就来研究这个问题。 二、新课学习： 3 / 15 踢足球时，脚要直接接触球（看图片）， 实验演示：两个带电小球靠近，生答：带电小球受到原电荷的作用力。 电荷间的作用没有 “ 接触 ” ，难道电荷作用是 “ 超距作用 ” ？ 生答：不接触 类比重力的产生，可总结出是场的作用，叫做电场。 1、电场： . (1)任何带电体周围产生的一种特殊物质。电场看不见 ，又摸不着，怎样去认识它、研究它？ 动手实验：利用手中的塑料笔使其摩擦带电，并让其靠近悬挂的铜丝。 现象：塑料笔吸引铜丝，铜丝偏角可达到 60 度。 谭老师教育工作室系列资料 （ 2）基本性质：电场能对处在其中的电荷有力的作用， 提示学生：电场分布强弱不同。进一步研究电场分布。 引入形成电场的场源电荷 Q，又引入一个试探电荷 q，q 必须很小，可看成点电荷。而且 q 电量也少，不影响源电荷 Q 的电场。 大家观看演示，同一电荷 q 在源电荷 同位置处，静止时受力有 何特点？受力大小不等，那说明了什么？ 4 / 15 电场不同位置，会有强弱不同。这使我们想到，如何表示一个电场不同位置的强弱呢？用什么表达更确切？刚才，试探电荷 么是否电场力就可用来表示电场的强弱呢？为什么不能用电场力表示电场强弱？演示电场中同一点，放不同的试探电荷， 结果：同一位置不同电荷受力却不等。显然不能用试探电荷受的力的大小表示电场。是什么使其受力不等呢？显然，不是电场本身变化了，而是不影响电场的试探电荷。比值 值 电场的强弱 分布。 2电场强度： （ 1）试探电荷： （ 2）定义：物理学中把放入电场中某一点的检验电荷受到的电场力与它的电量的比值叫做这一点的电场强度。简称场强。 定义式： EF q （适用于任何电场） 比值定义法： =m/v v=s/t 提示分析 与 m， v 的关系，总结出 :电场中某一点的场强与场源电荷的带电量有关， 与场中的位置有关，而与检验电荷无关。 物理意义：描述某点电场的强弱和方向， 单位： 牛 /库（ N/C） 5 / 15 矢量性 ：我们规定电场中某点的场强方向与正电荷在该点所受电场力的方向相同，那么负电荷所受电场力的方向与电场强度方向相反。 (做图演示 ) 知道某点电场强度，有何用途呢？比如 F=Eq 说明了什么？已知 E，马上可确定点电荷受力了。 下面我们一起来试试，利用电场强度定义及库仑定律，设法推导点电荷产生的电场中某点电场强度。 （ 3）真空中点电荷的电场强度： （设场源电荷 +Q，试探 q，在 r 处，由库仑定律 F=E= 表达式： E=图，该 A 处，正试探电 荷 q 受力背离连线向外，（再举例 试探电荷）总结得出： 方向：正点电荷在各点处电场强度方向都是背离场源电荷向外。么所有物体都是很紧密的物质，但事实不是这样） （负电荷给学生讨论总结出来。） 大小与 Q 和 r 有关。 说明：公式 E=kQ/的 Q 是场源电荷的电量， r 是场中某点到场源电荷的距离从而使学生理解：空间某点的场强是由产生电场的场源电荷和该点距场源电荷的距离决定的，与检验电荷无关 提出问题：如果空间中有几个点电荷同时存在，此时6 / 15 各点的场强是怎样的呢？带领学生 由检验电荷所受电场力具有的叠加性，分析出电场的叠加原理 （ 4）电场强度的叠加原理：某点的场强等于该点周围各个电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和 先分析方法（ 举例：先在同一直线再不在同一直线。 例如：课本图 点的场强，等于 1 和 该点产生的场强 矢量和从而使学生进一步理解到，任何带电体都可以看做是有许多点电荷组成的利用点电荷场强的计算公式及叠加原理就可以计算出其周围各点场强 当堂练习： 1下列说法 中正确的是： A只要有电荷存在，电荷周围就一定存在着电场 B电场是一种物质，它与其他物质一样，是不依赖我们的感觉而客观存在的东西 C电荷间的相互作用是通过电场而产生的，电场最基本的性质是对处在它里面的电荷有力的作用 2下列说法中正确的是： A电场强度反映了电场的力的性质，因此场中某点的场强与检验电荷在该点所受的电场力成正比 B电场中某点的场强等于 F/q，但与检验电荷的受力大小及带电量无关 7 / 15 C电场中某点的 场强方向即检验电荷在该点的受力方向 D公式 E=F/q 和 E=kQ/于任何静电场都是适用的 3下列说法中正确的是： A场强的定义式 E=F/F 是放入电场中的电荷所受的力， q 是放入电场中的电荷的电量 B场强的定义式 E=F/F 是放入电场中的电荷所受的力， q 是产生电场的电荷的电量 C在库仑定律的表达式 F= kq/场对 122 用的电场力 F=qkq/同样 kq/电荷 场对 用的电场力 F=qkq/1 D无论定义式 E=F/q 中的 q 值 (不为零 )如何变化，在电场中的同一点， F与 q 的比值始终不变 电场线在每一点的切线方向表示该点的场强方向，电场线的疏密表示场强的大小。 （用计算机展示几种典型电场线的分布图，并介绍它们的特点） 问：根据我们所看到的几种电场线，谁能归纳一下电8 / 15 场线的方向有什么特点？ 教师归纳：电场线 总是从正电荷出发，终止于负电荷或无穷远，如果只有负电荷，则电场线来自无穷远，终止于负电荷。 问：任意两条电场线都不会相交，这是为什么？ 教师归纳：如果相交，则交点就会有两个切线方向，而同一点场强的大小和方向是唯一的。 实验模拟以上几种典型的电场线。 归纳：大家要特别注意一个问题：我们虽然可以用实验模拟电场线的分布，但是，电场线并不是电场中真实存在的曲线，它只是我们为了形象地描述电场而引入的。大家知道，法拉第首先提出了电场，并用电场线形象地描述电场的分布，这在物理学中是 非常重要的。虽然法拉第当时认为电场线是真实的曲线，这是不对的，但是，法拉第的场线思想却是非常宝贵的。用场线来形象地描绘矢量场的分布这种方法一直被普遍地采用着。 4匀强电场 如果电场中各点电场强度的大小相等、方向相同，这个电场就叫匀强电场。见课本图。 课堂小结： 1电场的性质：电荷 在其周围空间产生电场，电场对处在场中的其他电荷有力的作用。 9 / 15 2 “ 场 ” 的特点：在空间有分布，同一电场中的不同点，电场强度的大小和方向不同。 3电场强度的定义 4点电荷的场强公式 5叠加原理 【作业布置】 、 试以 “ 电场强度 ” 为例，分析它的建立过程、教学要求，并设计其教学活动过程。 建立过程： 1对电场强弱和方向的认识。 研究验证库仑定律的实验，明确几个问题。 B 在 B 在不同位置受力不同，说明电场的性质与位置有关；场源电荷不同 B 的受力不同，说明电场的性质与场源电荷有关。所以我们说电场的性质只与电场本身有关。 确定场源电荷和场中的位置，选择不同的试探电荷发现其受到的电场力不同，要找到一个物理量描述电场的性质，此物理量只与电场本身有关，与试探电荷无关，所以直接用电场力描述电场的力的性质不合适。 2寻找描述电场的力的性质的物理量。 在研究电荷在确定的电场、确定的点受力时，一个试探电荷受力为 F，如果有一个同样的试探电荷 在相同的点，10 / 15 其受力必然也为 F，把这两个试探电荷放在一起时，电荷量变为一个的两倍，它们的受力可能是 2F，依次类推 从比值定义物理量在初中就已经学习过，密度就是利用比值来定义的。我们看到电荷的受力与电荷量的比值是一个与电荷量无关的量，所以我们用这个比值来描述电场的力的性质，引入电场强度的概念。 3电场强度的方向。 在电场中的同一点，放上不同的试探电荷，其受力方向可能不同，而同一电荷在电场的不同位置其受力方向可能也不同，所以要想完整的描述电场的力的性质，电场强度必须是矢量。我们规定正电荷的 受力方向为电场强度的方向。 教学要求： 理解电场强度的概念及其矢量性，会根据电场强度的定义式进行有关的计算； 掌握点电荷电场强度的公式； 掌握电场强度矢量性及叠加原理。 教学活动： 提出探究课题 师：电场是物质存在的一种特殊形态 ,它看不见、摸不着 ,但客观存在 ,而且有能量。那么 ,我们如何认识它的特性 ,摸清它的 “ 脾气 ”? 我们只有根据它表现出来的性质去了解它。 师：电场最基本的性质是什么 ?这对我们研究问题有何启发 ? 11 / 15 生：电场 最基本的性质是对放入其中的电荷有电场力的作用。所以 ,研究电场 ,我们可以在电场中放入电荷。 师：对 !只有把电荷放入电场中 ,通过研究电荷的受力情况 ,才有可能探明电场的属性。那么 ,对放入电场中的电荷有没有要求 ?可不可以随意找一个带电体放入电场 ? 生：电荷的电荷量要充分小 ,不致影响原来要研究的电场；电荷的体积要充分小 ,以便于研究电场中各点的情况。 师：满足这样要求的电荷叫试探电荷。显然 ,试探电荷是一种理想化模型 ,有了试探电荷 ,我们就可以研究电场的基本属性。 师：电荷在电场中不 同点受到的电场力大小一般不同 ,这说明什么问题 ? 生：这表示各点的电场强弱不同。 师：电场中各点的电场强弱与什么因素有关 ?如何描述电场的强弱 ?请同学们针对这个主题展开研究 ,得出结论。 设计探究方案 师：同学们可以猜想一下 ,电场中各点的强弱可能会与哪些因素有关 ?你们打算设计怎样 的方案去研究、解决这个问题 ? 生：各点的电场强弱可能与带电体、各点位置、试探电荷有关。 (1)学生设计的实验方案：用丝线将一个轻小物体悬12 / 15 挂在木架上 ,做成 如图 1所示的简单实验装置 ,让它与带正电的玻璃棒接触带上同种电荷 ,进行以下实验：保持带正电的玻璃棒与小物体的位置不变 ,通过控制丝绸与玻璃棒的摩擦 ,改变玻璃棒的带电量 ,观察悬线偏角的变化情况。设法保持玻璃棒的带电量不变 ,改变小物体的带电量 ,观察悬线偏角的变化情况。改变木架位置 ,使小物体与带电体的距离改变 ,观察悬线偏角的变化情况。 (2)学生设计理论研究方案：在电荷 将同一试探电荷 q 分别放在不同的位置 A、 论证探究假设 (1)学生通过定性实验得到的 初步结论： 仅改变玻璃棒的带电量 ,小物体受到的电场力大小变化 ,说明电场的强弱受玻璃棒所带电量的影响。 仅改变小物体的带电量 ,小物体受到的电场力大小变化 ,说明电场的强弱可能与小物体的带电量有关。 仅改变小物体的位置 ,小物体受到的电场力大小变化 ,说明电场的强弱与距离玻璃棒的远近有关。 师：上述定性实验的结论是否都是正确的 ?还必须从理论的层面加以深入研究。 (2)学生通过理论研究得到的初步结论： 对图 2情景 ,有 弱与距离场源电荷的远近有关。 ,因 明某点电场的强 13 / 15 对图 3情景 ,有， F3=此看出 ,实验初步结论 是有问题的 ,因为电场力大小变化的直接原因是试探电荷的电量变化 ,因此 ,不能说明某点电场的强弱与试探电荷的带电量有关。 师：请大家仔细观察、研究这三个式子 ,从中能找到什么规律 ? 生： ,说明在电场中同一点 ,试探电荷受到的电场力与其电量的比值是一个定值 ,而且该定值与位置有关 ,与场源电荷有关 ,与试探电荷无关。 对图 4 情景 ,有 ,虽因 交流探究体会 师生共同总结：理论和实验探究结果均表明 ,在电场中的同一点 ,试探电荷受到的电场力与其电荷量的比值是恒定的 ;在电场中的不同点 ,试探电荷受到的电场力与其电荷量的比值一般是不同的。这个比值由试探电荷在电场中的位置决定 ,跟试探电荷大小无关 ,因而可以用这个比值来定义反映电场强弱性质的物理量。 师：用比值定义一个物理量 ,用来表示研究对象的某种性质 ,这种方法我们不是第一次遇见。在 2015年世界田径锦标赛上 ,刘翔 13秒 08夺得 110米栏亚军 ,而我们班一个男生只跑了 10秒 ,你认为该同学跑得比刘翔快吗 ? 生：无法判断 ,因为该同学运动的位移并不清楚 ,仅通过比较运动时间 是无法比较物体运动快慢的 ,只有确定相同14 / 15 的位移 ,再来比时间 ,才能判断运动的快慢。 师；这样我们用单位时间内物体的位移来描述物体运动的快慢 ,从而引出了速度这一反映物体运动快慢性质的新的物理量。同样 ,如果直接用电场力的大小表示电场的强弱是行不通的 ,因为比较的电荷量可能不同 ,为了能统一比较标准 ,我们就用单位电荷量的电荷受到的电场力来描述电场的强弱 ,并且给这个比值一个新的名称 ,即电场强度 ,简称场强。 师：在整个探究的过程中 ,同学们都能积