第十三章电场

1、侯 军 全日制普通高级中学教科书（必修加选修）教案电场第十三章 电场电磁学是物理学中的一个重要板块，不论在哪一个学习阶段，都占有很大的分量。在高中教材里，安排了从第十三到第十八共六章内容，时间跨越近半个学期。而且，整个电磁学知识的连贯性很强，各章知识的内在联系非常紧密，没有明显的重点和非重点之分。电场（或静电场）一章是电磁学的开端。它力图从最简单的电现象开始，归纳出静电场的基本性质，并对这些知识做一些应用。本章内容较多，概念性强（尤其是电场能的性质），表面文字和数学规律不算复杂，但要理解它们的内涵至为不易。静电场是整个电磁学的门户，对恒定电流和电磁感应两章的影响尤其深远，没有今天的扎实铺垫，对

2、今后的学习将造成一定困难。本章分五个单元：电荷守恒和库仑定律（第1节）、关于电场的力的知识（第24节）、关于电场的能的性质（第57节）、电容（第8节）、静电场的相关应用（第9、10节）。只有第四单元的知识相对孤立，和其它的内容联系较少。其它各单元都环环相扣，内在联系很紧。进入本章后，希望同学们做好一定的思想准备，下决心、投入相当的时间和精力，克服困难与可能的挫折，去争取胜利。§131 电荷库仑定律【教学目的】1、知道摩擦起电的实质2、知道电荷守恒定律和元电荷3、掌握库仑定律的内容、条件，知道静电引力恒量4、会用库仑定律解决一些基本问题【教学重点】库仑定律的理解与掌握【教学难点】物体带

3、电的实质、库仑定律的条件【教具】有机玻璃棒和丝绸、橡胶棒和毛皮、枕形导体（含绝缘支架）两个、金属球（含绝缘支架）、丝线和铁架台【教学过程】、引入众所周知，我们生活在一个电的世界里：天上雷鸣闪电是电现象，学习的照明是电现象，各类家用电器的工作是电现象，科学生产、国防军事中的很多项目离不开电现象。最近，激动人心的“神州5号”上天了，又载着英雄成功的回来了，在这个复杂的过程中，离开了无线电和电子计算机，将是无法想象的。以上的这些电现象中，有的是比较简单，有的比较复杂。我们要进入电的世界，把其中的奥秘都弄清楚，必须从低级到高级，从简单到复杂。静电现象是最基本的电现象（如教材彩图4所示），要知道静电有关

4、的知识，则需要从电荷的实质和电荷的相互作用开始一、电荷 电荷守恒初中时，我们已经知道了一些静电现象演示：毛皮摩擦橡胶棒、丝绸摩擦玻璃棒后吸引轻小物体提问：这是什么原因？学生答问：摩擦能够起电（前者带负电、后者带正电），带电物体能够吸引轻小物体。总结：物体能够带电，也可以说物体带上了1、电荷。电荷有两种：正电荷和负电荷。电荷也是一种物质，但电荷本身没有质量，可以说是一种抽象而特殊的物质。电荷的多少叫电量，用Q表示（或q），它的单位是库仑，用C表示。过渡：物体带电的实质究竟是怎样的呢？演示：教材P117“实验”提问1：金属导体A、B上的箔片张开的原因是什么？学生答问：带电后，同种电荷相互排斥，致使

5、箔片张开（照应教材彩图4）提问2：A、B两导体带电性质是否相同？学生活动：讨论与猜测过渡：究竟是否相同？演示验证（将A、B再次合拢）提问3：大家看到了什么现象、说明了什么问题？学生答问：箔片不再张开；反映出三个方面的信息：A、B整体不再带电；分开时，A、B所带电的电性相反；分开时，A、B所带电的电量绝对值相同。提问：面对这些信息，我们应该思考一些什么问题？学生活动：思考、讨论；表达归口表述：我们都知道，物质是由分子组成的，分子是由原子组成的，而原子是由原子核和电子组成的。由于原子核和电子分别带正电和负电，这就意味着物质本身就带着等量异号的电荷。而这个实验现象说明了：原来起电的过程只是将整体的电

6、荷做了一个局部的转移（只有金属才会发生这种现象这个转移的过程也被称之为静电感应），所以当我们将A、B合拢时，它们等量异号的电荷又中和了。那么，我们又如何解释摩擦起电现象呢？学生讨论教师归口从种种电现象看来，电荷既不能创造，也不能消灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分，而且在转移的过程中，电荷的总量不变。这个结论叫做2、电荷守恒定律物质的结构是电结构，所以电荷守恒是事实上是物质守恒的一个狭义体现。谈到物质的结构，我们都知道，物质并不是无限可分的（组成物质的基本组分是基本粒子），那么电荷是不是无限可分呢？3、元电荷为了探讨这个问题，历史上许多科学家都做出了相当的努力

7、，其中比较典型的就有库仑和密立根。这里我们介绍一下美国科学家密立根探索过程。密立根最著名的实验成就是用在电场和重力场中的运动的带电油滴精确地测定了基本电荷。这个工作从1907年开始，直到1913年才最后完成，得到电子电荷的数值为e = (1.60217733±0.00000049)×10-19C而且证明了，所有物质的带电量，都只可能是这个值的整数倍。也就是说，这个电量是一个基本的、不可再分电量值。所以人们通常把这个电量的绝对数称之为基本电荷，或元电荷。通常取：e = 1.60×10-19C我们说到元电荷时，它已经是一个抽象的量，而不能说元电荷就是电子电量或一个电子

8、。譬如，我们可以说，一个电子带有一个元电荷的负电、一个粒子带两个元电荷的正电、一个氧核带有8个元电荷的正电，等等。密立根还测出电子电量之前，还测出了电子的比荷。这里顺便介绍= 1.76×1011C/kg下面我们定量地研究电荷之间的相互作用二、库仑定律演示实验：教材P118“实验”控制变量1：电量相同，变距离学生观察、总结控制变量2：距离相同，变电量学生观察、总结究竟严谨的定量规律怎样呢？法国物理学家用更精确的纽秤实验，在1785年发现了以下的规律库仑定律：真空中两个点电荷之间的相互作用力，跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们的距离平方正反比，作用力的方向在它们的连线上。用公式来表达，可

9、以写成F 。其中，Q1和Q2分别表示两个电荷的电量，r则表示他们的距离。当我们引进比例系数k后，上式就变成一个等式F = k 对于这个规律或等式，我们还有两个特别的说明，一是比例常量k 静电力常量 k = 9.0×109N·m2/C2二是“点电荷”的内涵 点电荷：当带电体的大小比它们的距离小得多时，这样的带电体称为点电荷。提问：如果带电体不是点电荷，它们之间的静电力怎么解决呢？学生思考“无限分割矢量叠加”思想的介绍至于力的具体方向，初中已经介绍，不是问题。关于库仑定律的应用，请看一个例题教材P119【例题】审题解答三、小结本节的概念、规律较多。除了电荷与电性、静电力的方向法则之外，都是新东西。希望同学们注意元电荷的抽象性和它的数字，并抓住库仑定律适用的条件。库仑定律和万有引力定律很相似，有些东西大家可以连合起来记忆、理解。这里再看一个课堂检测题下列说法正确的是（ ）A、两物体相互吸引，则它们一定带有异种电荷B