《电场线》教案

电场线 教案 教材分析 电场线 是人教版物理选修 3 1 第一章 静电场 第三节 电场强度 的第 四部分内容 它并没有独立成节 但是其纵观内容和篇幅以及对后面知识学习 的影响 这一节的教学内容是非常重要的 电场线是假象的 曲线 它不但能形 象地研究电场的各种特性 还给人们研究抽象事物提供的科学方法 教学目标 1 知识与技能 1 了解电场线的定义 知道用电场线可以形象的表示电场的强弱与方向 2 了解五种特殊电场的电场线分布特征 2 过程与方法 1 通过类比思维 构建电场线的意义 2 观察电场线的模拟实验 构建各种电场的电场线 3 情感态度价值观 1 通过对光线的认识 引出电场线的概念 从而激发学生的学习热情 2 通过具体电场问题的研究 了解电场线在研究电场问题中的意义与作 用 3 了解电场线也是认识电场的一种科学手段与方 教具 感应起电机一个 验电羽两个 两块带有验电羽的绝缘铝板 自制帽子一 顶 橡胶板一块 教学过程 一 复习提问 1 电场强度的定义及其物理意义是什么 2 电场强度的决定因素是什么 3 及 有什么联系与区别 4 简述电场强度的叠加原理 二 引入新课 电场强度能够精确的描述电场 但不够形象直观 电场看不见 摸不着 想个什么样的方法来形象地描述它呢 引入磁场线为电场线做铺垫 在初中 同学们学过磁场 磁场也看不见摸不着 当时用什么方法来形象 地描述它呢 磁感线 磁感线的疏密程度反映了磁场的强弱 磁感线上一点的切线方向就是这点 的磁场方向 用实验模拟磁感线 实验演示 实验通过小磁针的规则排列间接反应出了磁场的分布是有规律的 为电场规律的研究提供思路 演示实验 保证绝对安全情况下 用静电起电器使一学生带有电荷 并 让学生带上一顶带有 金属头发 的帽子 现象 帽子上 头发 很有规律的竖起来 结论 带电的头发在电场力的作用下很有规律地竖起来 间接的反应出 电场的分布是有规律的 类比磁场 电场也可以像电场那样用一组线来形象直观的描述 它这就是我们 今天要研究的电场线 新课教学新课教学 1 点电荷电场的电场线 画出电荷周围各点的场强矢量 用直线把同方向场强矢量连起来 可反应场强的大小和方向 这组线就是正点电荷的电场线 对负电荷 Q 的电场线 只需将正点电荷 Q 的电场线反向即可 如下图 2 等量异号点电荷的电场线 等量异号点电荷周围某一点的场强矢量等于正点电荷的场强矢量和负点 电荷的场强矢量的矢量和 画出等量异种点电荷周围各点的电场矢量 用一组曲线画出电场线 电场线的疏密程度反应场强的大小 电场线一点上的切线方向就是该点的 场强方向 最后应指出 电场线并不只存在于纸面上 而是分布于整个立体空间 观看电场线的立体结构视频 3 等量同号点电荷电场的电场线 用上述的方法也可以得到等量同号点电荷的电场线 如下图 电场线的演示 l 正点电荷电场线的演示 将验电羽与感应起电机的正极放电杆接通 摇动电机 验电羽上丝线会按 场强方向排列 因而显示出电场线 可以看出 电场线形状与图 1 相似 2 负点电荷电场线的演示 将验电羽与感应起电机的负极放电杆接通 摇动电机 验电羽上丝线会按场强 方向排列 因而显示出电场线 可以看出 电场线形状与图 2 相似 3 演示等量异号点电荷电场线 放好两个验电羽 所示 再用导线将它们分别与起电机的两个导电杆相连 摇动电机 丝线排列在电场方向上 形成类似图 3 的形状 4 演示等量同号点电荷电场线 用导线将同一个导电杆与两个验电羽相连 摇动起电机 丝线排成形成类似 图 4 形状 思考思考 观察下图 关于观察下图 关于 A A B B 两点的带电情况能得出哪些确两点的带电情况能得出哪些确 切的结论切的结论 学生讨论老师总结 两电荷是异种电荷 A 电荷的带电量比 B 电荷的带电量大 计算机模拟动画演示计算机模拟动画演示 两个点电荷电场线随电荷电量的变化情况 现象 当电荷的带电情况发生变化时 电场线分布也发生变化 结论 由电荷我们可以推知电场线分布 由电场线分布我们也可推知电荷的带 电情况 两者息息相关 电场线可以很好的反应电场的特征 我们还有种最简单的电场要研究 匀强电场 画出无限大平面上一点的场强矢量 如图 由于空间对称 可以肯定场强矢量方向一定垂直平面 所以垂直平面 a 的所有 向上的 向下的直线 都可能是电场线 但考虑到电场线的疏密应该表示场强 的强弱 又考虑到空间对称 因而电场线各处的疏密相同 所以电场线只能画 成如下图的形状 即电场线是疏密均匀的平行线 对于无限大均匀带负电的平面 电场线形状下图所示 电场线仍是疏密均匀的平行线 只是指向平面 这说明在无限大均匀带电 平面的两侧场强大小 方向相同 这种电场称为匀强电场 5 带有等量异号电荷的无限大平行金属板的电场的电场线 带有等量异号电荷的无限大平行金属板的场强矢量叠加后画出电场线 如图 6 a 所示 带有等量异号电荷的两个无限大平 面平行放置 由于对称 每个平面上电荷的分布是均匀的 由场的叠加原理可知 每个带电平面都在它的周围独立地 产生电场 而总的电场应为两个分电场的矢量合 图 6 b 画出了每个带电平 面的电场线 实线代表正电荷的电场线 虚线代表负电荷的电场线 由于它们 都是匀强电场 各分场场强大小处处相等 只是方向有差别 在两板之间两场 方向相同 叠加后场强增大 在两板外侧 两场方向相反 互相抵消 场强为 0 整个电场电场线的形状如图 6 c 所示 实验 用导线将两板分别与起电机的两个放电杆连接 并摇动起电机 丝线就 排列在电场线方向上 可以观察到 在两板的中央部分 电场线是平行的 其 余边缘部分电场线不平行 如图 8 所示 这是因为平行金属板并非无限大所致 且非正对面上的丝线不动 原因是外侧 4 均匀带电的无限大平面电场的电场线 图 5 a 所示为均匀带正电的无限大平面 在平面上任一点 A 放 1C 点电 荷 q 它所受电场力方向如何 由于空间对称 可以肯定 q 受力的方向一定垂 直平面 a 向上 所以垂直平面 a 的所有向上的 向下的直线 都可能是电场线 但考虑到电场线的疏密应该表示场强的强弱 又考虑到空间对称 因而电场线 各处的疏密相同 所以电场线只能画成图 5 b 的形状 即电场线是疏密均匀 的平行线 对于无限大均匀带负电的平面 电场线形状图 5 c 所示 电场线仍是疏 密均匀的平行线 只是指向平面 这说明在无限大均匀带电平面的两侧场强大小 方向 相同 这种电场称为匀强电场 5 带有等量异号电荷的无限大平行金属板的电场的 电场线 如图 6 a 所示 带有等量异号电荷的两个无限大平 面平行放置 由于对称 每个平面上电荷的分布是均匀的 由场的叠加原理可知 每个带电平面都在它的周围独立地 产生电场 而总的电场应为两个分电场的矢量合 图 6 b 画出了每个带电平 面的电场线 实线代表正电荷的电场线 虚线代表负电荷的电场线 由于它们 都是匀强电场 各分场场强大小处处相等 只是方向有差别 在两板之间两场 方向相同 叠加后场强增大 在两板外侧 两场方向相反 互相抵消 场强为 0 整个电场电场线的形状如图 6 c 所示 3 电场线的演示 l 点电荷电场线的演示 如图 7 a 所示将验电羽与感应起电机的一个放电杆接通 摇动电机 验 电羽上丝线会按场强方向排列 因而显示出电场线 可以看出 电场线形状与 图 2 b 相似 2 演示等量异号点电荷电场线 放好两个验电羽 如图 7 b 所示 再用导线将它们分别与起电机的两个 导电杆相连 摇动电机 丝线排列在电场方向上 形成类似图 3 d 的形状 3 演示等量同号点电荷电场线 如图 7 b 所示 再用导线将同一个导电杆与两个验电羽相连 摇动起电 机 丝线排成形成类似图 4 的形状 4 演示带有等量异性电荷平行金属板的电场线 如图 7 c 所示用导线将两板分别与起电机的两个放电杆连接 并摇动起 电机 丝线就排列在电场线方向上 可以观察到 在两板的中央部分 电场线 是平行的 其余边缘部分电场线不平行 如图 8 所示 这是因为平行金属板并 非无限大所致 且非正对面上的丝线不动 原因是外侧 4 总结电场线的性质 l 电场线是假想的 不是真实的 2 电场线起于正电荷止于负电荷 电场线不闭合 对于单个点电荷 正电荷假想无穷远处有负电荷 电场线终止于那里 负 电荷同理 3 电场线的疏密表示电场的强弱 4 电场线不能相交 因为在电场中的任一点处只有一个电场强度 方向唯一 如相交则该处出 现两个场强方 向 所以不能相交 5 电场统不能相切 原因 电场线疏密表示强弱 如相切则在切点电场线密度无穷大 这种情 况不可能 所 以不会相切 四 作业 分别画出正点电荷 负点电荷 等量异性