《静电场及其应用复习》教案

《静电场及其应用复习》教案

教学目标

【教学目标】

1.梳理静电场的知识，构建本章的知识网络，促进知识的理解；

2.挖掘隐藏在知识背后的科学思维和方法，促进学生的科学思维的发展；

3.通过具体问题的解决，体会本章中体现的物理观念。

【教学重点】知识的关联与整合

【教学难点】研究的思路与方法、物理观念的体会

教学过程

教学环节主要教学活动设置意图

今天这节课，来复习必修三第九章《静电场及其应用》

的知识。本节课的主要内容有三个部分：

引入一、对本章的知识进行梳理与整合

二、了解物理学科的核心素养在本章中的体现

三、应用知识解决实际问题、并体会其中的物理思想

环节一：一、知识的梳理与整合

知识的梳1、回顾一下这一章的基本内容

理与整合回顾1：什么是电场？在复习梳

电场是电荷周围存化的一种特殊物质。<9.1先研究）埋本宜知

回顾2：为什么要提出“场”的概念？识的基础

我们在研究电荷间相互作用时发现：两个电荷不接触、却能上，将已

产生力的作用，就是通过“电场”实现的。经学过的

可以说，场就是帮助'‘不接触的物体、传递相互作用的媒介知识进行

物比如：磁极之间的相互作用——是通过“磁场”产生的，关联整

天体之间的万有引力作用——是通过“引力场”实现的。合，形成

回顾3：电荷间的作用力遵循什么规律，这是9.2库仑定律的内知识结

容。构。

回顾4：而场有强弱，我们定义了一个新的物理量——电场强

度，来具体反映电场的情况（9.3的内容），9.4是用电场的知

识来解称静电中的防止与应用的现象。

《静电场》这四节内容之间的逻辑非常清晰，我们可以直

接整合成知识框架。

2、每节知识的复习和巩固：

分别回顾：每一节需要掌握的内容。

9.1电荷

问题1：怎样使物体带电？

使物体带电有三种方式：摩擦起电、接触起电、感应起电

->£—__—一

---T---

M,J

♦・

问题2：物体带电的本质是什么？

从微观的角度分析，三种带电方式的本质W也相同的一—都以问题为

是自由电荷转移的结果。电荷从一个物体转移到另一个物彳本，导向，对

或者从物体的一部分转移到另一部分，但总量保持不变，这就每节的知

是“电荷守恒定律”的内容.识点进行

问题3：什么是元电荷？回顾。

元电荷是电子或质子吗？错！

元电荷不是哪一种电荷，而是电量，最小的电荷量！（实

际带电体的电荷量都是它的整数倍Q=Ne）

9.2库仑定律

需要掌握：库仑定律的内容、条件，以及点电荷的概念

问题1：库仑定律的内容？

库仑定律研究的是：真空中两个静止点电荷，它们之间相

互作用力大小与它们的电荷量的乘积成正比、与它们距离的二

次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。

问题2：库仑定律的适用条件是什么？

从内容上可以知道，库仑定律适用条件是——真空中的点

电荷

问题3：什么是“点电荷”？库仑定律为什么有这个要求？

我们对实际的带电体研究发现：实际带电体表面的电荷分

布，与它的形状有关的，也会影响带电体之间的作用力大小。

为了便于研究，也是借鉴了质点模型建立的思想——当带电

体之间的距离＞＞自身的尺寸时，带电体的人小、形状以及电荷

分布的影响就可以忽略，这时的带电体可以看作的一个带电的

点，这就是点电荷。

所以说：库仑定律研究的是最简单的两个带电体之间的作

用力规律。

9.3电场强度

我们需要掌握电场强度的定义方法、及电场强度与试探电

荷的关系。

问题1：电场强度是用什么方法进行定义的？

场很抽象一看不见摸不着，怎样来描述呢？

可以打个比喻：场有点儿像风。想要知道今天和风向和风

力，可以借助于一面旗子：从旗子飘扬的方向知道风向，从它

飘展的程度判断风力的大小。

电场也一样，我们可以在电场中放入一个试探电荷，用试

探电荷的受力来确定电场的情况。

规定：正试探电荷在该点的受力方向为电场强度方向；试

探电荷所受的静电力与它的电荷量之比为场强大小。

问题2：电场强度与试探电荷什么关系？

试探电荷/旗子的作用，都是用来帮助“判断场的情况”的。

（旗子拿走、风还在那里：试探电荷拿走，电场强度也是不受

影响的）

所以说：电场强度是电场本身的性质，与试探电荷无关。

3：为了形象的展示电场的形状，法拉第还引入了“场线”的概

念。大家回顾一下五种特殊的电场分布情况。

关于电场线，要注意这样几点：

（1）电场线只是对电场情况的定性描述一一电场线用疏密来表

示电场强度大小、电场线的切向方向为该点的电场方向

没有电场线的地方，不代本没有电场。

（2）电场线是人为画出的、虚拟的曲线，实际不存在（但可以

用实验进行模拟）

一通过起电机使人体带电，人的头发模拟的是点

电荷周围空间的电场分布

屑，可以显示各种带电体周围电场的分布情况

（3）电场线弯曲，不是因为受力造成的。

实际上：每个电荷周围都有电场，各点的电场情况是对该

点所有电场强度合成的结果。

4：电场强度的定义式变形可以得到静电力的表达式：凡小功，

这也反映了电场的力的性质。

库仑力其实就是“真空中两个点电荷之间的静电力

（这里，电场强度不要和静电力混淆，电场强度大的地

方、静电力不一定大，还与试探电荷的电量有关。）

9.4静电现象的防止与应用

静电现象有很多，教材上重点介绍了四种——静电平衡、

静电屏蔽/尖端放电/静电吸附。其中，静电平衡是最重要的基础

概念。

问题I：静电平衡的条件是什么？

静电平衡的条件——必须是导体。因为导体内有大量可自由

移动的电荷，自由电荷在静电力的作用下会定向移动，发生静

电感应。

问题2：静电平衡的结果是什么？

静电平衡的最终结果是一一感应电荷的场将外电场抵消，

导体内部合场强为零。

用物理量之比定义新物理・

在物理学中，雷常用物理量之比表示研究对靠的某种性质倒如.用质量m与

体枳V之比定义密度0、用位移/与时间，之比定义速度P、用舱电力产与电荷量g之

比定义电埼通度E.等等这样定义一个新的物理量的同时，也就项定了这个新的物

理量与原有物理看之间的关系

比值定义包含“比较”的思想例如.在电场强度概念建立的过程中.比较的

是相同电荷量的试探电荷受龄电力的大小。

用物理量之比定义一个新的物理量，在之前的学习中早有

应用。比如密度、速度、电阻R用电压U和电流/之比定义

等……。这种定义的方法我们以后还会遇到。

比值定义还包含了“比较”的思想，其实E在数值上等于“1C

的试探电荷在该点的受力大小”。

3、科学探究

本章对于“电荷间作用力规律”的探究，经历了这样几个

过程：

【第1步】提出问题一一“电荷间作用力与什么因素有关“

【第2步】通过观察实验现象，类比万有引力的特点，大胆

猜测F与电荷量以及距离的关系。

【第3步】进行实验探究一一库仑扭称实验中，还有“均分、

放大'’等思想的应用。

【第4步】得出结论，井应用于静电现象的分析。

4、静电的防止与利用，展示了“静电现象产生的两面性”。这些

事例告诉我;门：要形成正确的“科学价值观”，学会辩证的去认识

事物、科学的进行利用和防止。

这，就是科学态度与责任。

其实，核心素养的四个方面是一个整体，物理观念是基

础、科学思维是核心、科学探究是手段、科学态度与责任则贯

穿始终。

每章的学习去其实都蕴含着这四个方面，同学们可以去慢

慢体会。

三、应用电场的知识解决下面问题

1、类比法

例1、场是物理学中的重要概念，除了电场和磁场，还有重力

场。地球附近的物体就处在地球产生的重力场中。仿照电场强

通过具体

度的定义，你认为应该怎样定义重力场强度的大小和方向？

问题的解

解析：

环节三决，促进

这里要用到“类比法”：电场强度是用试探电荷的静电力与电

物理观念知识的理

荷量之比定义的。

的理解解，体会

要研究重力场，我们需要在研究的位置放一个质点m,找

研究的思

到它的受力一也就是“重力G%

路与方

那么，重力场强度EG=G/m,即为该点的重力加速度g。从

法，

定义式上可以看出：重力场强度EG的方向与重力方向相同——

都是竖直向下，EG大小为g、与重物无关。

我们还可以画出地球周围的重力场线，应该是一组竖直向下

的平行线（与匀强电场相似）

【拓展】从宇宙的角度来看，地球周围的物体受到地球引力的

作用。仿照电场强度的定义，定义引力场强度的大小和方向，

并求出其引力场强度的决定式。

解析：

类比电场强度的定义，那么该点的引力场强度E后F/m。

从定义式上可以看出；引力场强度的方向与万有引力方向相同

----指向地心；

将万有引力表达式F=GMm/r2代入可得：引力场强度E不大

小应该等于GM/r2（与中心天体质量M成正比、与到中心天体

的距离r2成反比，与重物无关）

如果画出引力场线的话，与负点电荷产生的电场相似。

2、运动与相互作用观

【教材P23第4题】

例2、有两个带正电小球，电荷量分别为Q和9Q,在真空中相

距0.4m。如果引进第三个带电小球，正好使三个小球仅在静电

力的作用下处于平衡状态，那么：（1）第三个小球应放在什么

地方？带的是哪种电荷？（2）电荷量是。的几倍？

解析：

（1）先画一下情景图，原来的两个电荷都带正电，它们之间

是互相排斥的，设为尸I和尸1

要使Q平衡，必须受一个向右的力

F2=FX

要使9。立衡，必须受一个向左的力"3=尸'1

由此可以判断第三个电荷应在。和9Q中间某位置，并带

负电，而且要使Q3平衡，受到Q和9Q对它的反作用力尸、

=尸，3。

整个分析，用到的其实是力学中的“运动与相互作用观”，找

到这些平衡关系，剩下的其实就是计算了

（2）设与Q的距离为，•

A••。=卜Qi。

根据。3受力平衡可得产

解得/-0.1m

◎Q=A9Q.。

根据Q受力平衡可得产0.42

蟀得。3=9Q/16,带负电

。和Q.3都受力平衡尸1=尸2、尸’2=尸’3’可以得到尸1=尸’3

再结合牛顿第三定律，就意味着它们的反作用力户'|=尸3，

9Q也受力平衡，所以9Q的平衡方程就不需要列了。

3、能量观——能量守恒，也是物理学中很重要的观念

例3、图为某静电场的一部分电场线分布情况，仅在静电力作用

下，一带电粒子沿虚线从。点运动到4点，则下列说法正确的

是（）

A.该电场可能是孤立的负点电荷产生的一一一

B.该粒子带正电Z*

C.该粒子的加速度不断增大

D.该粒子的速度不断增大二二一

先看一下电场线分布：

[A]孤立的正点电荷形成的电场线，是由电荷指向无穷远

的直线（该电场的电场线是曲线，一定不是由孤立的正点电荷

形成的）

这个题主要考查的是曲线中的运动与相互作用：

[B]曲线运动的速度方向沿切线方向，受到的静电力/应

该指向曲线穹曲的内侧，即与电场线方向相反，所以该粒子应

该带负电，B错误；

[C]由于A点的电场线比C的电场线密集，所以A点的

电场强度大，粒子在A点时受到的静电力也就大。根据牛顿第

二定律可知，粒子在A点的加速度比C点大，所以C正确；

[DJ粒子在从C运动的A的过程中，力与速度夹角始终

为锐角，静电力是动力，会使粒子速度不断增大，D正确。

这里我们再深入思考一-下：粒子速度增加、动能会增大，

从能量的观念，这意味着什么？自然界的能量是守恒的，粒子

的动能在增大，一定有某种能量在减少。

那么，具体什么能减少了，这是下一章要研究的问题。大

家可以带着这个问题，继续下一章的学习。

这节课，我们对《静电场》的知识进行了梳理与整合，而

且挖掘了其中的科学方法和物理观念，希望对大家能有所帮

课堂总结

助。

今天这节课就讲到这里，同学们再见。

课后测评

一、单项选择题（本题共7小题,每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项

中，只有一个选项符合题目要求）

1.N95口罩中起阻隔作用的关键层是熔喷布，熔喷布的纤维里加入了驻极体材料,

它能依靠静电感应吸附比熔喷布网状纤维孔洞小很多的（）.1mn量级或更小的微

粒,从而有了更好的过滤效果。制备驻极体的一种方法是对某些电介质材料进行

加热熔化，然后在强电场中进行极化冷却。电介质中每个分子都呈电中性,但分子

内正、负电荷分布并不完全重合，每个分子都可以看成是等量异号的电荷对。如

图所示，某种电介质未加电场时，分子取向随机排布，熔化时施加水平向左的匀强

电场，正、负电荷受电场力的作用，分子取向会发生变化。冷却后撤掉电场，形成

驻极体，分子取向能够较长时间维持。根据以上信息可知，下列说法正确的是

（）__________________

rr~=irr~^irr^

rr^irr^irr^i

未加电场时,分子E.

取向随机排布加电场后,分子取向有序

A.驻极体能够吸引带电的微粒，但不能吸引电中性的微粒

B.驻极体吸附小微粒利用了静电感应，所以驻极体所带的总电荷量一定不为零

C.不带电的微粒也能被驻极体吸引，但并不会中和驻极体表面的电荷

D.加有驻极体的口罩会因存放时间过长向外放电而使其中的电场衰减

答案C

朝驻极体所带的总电荷量始终为零，但能够吸引带电的微粒，也能吸引电中性的

微粒，故A、B错误,C正确;如有驻极体的口罩会因存放时间过长其中的电场衰减

而过期，这是由于外界宸动等作用使驻极体内部的分子取向变得不再一致,而不是

驻极体向外放电使电荷减少的结果，故D错误。

2.关于库仑定律公式厂二喈，下列说法正确的是（）

A.该公式对任何情况都适用

B.当真空中的两个电荷间的距离r->0时，它们之间的静电力尸-8

C.当真空中的两个电荷之间的距离,•TOO时,库仑定律的公式就不适用了

D.当真空中的两个电荷之间的距离--0时，电荷不能看成点电荷,库仑定律的公

式就不适用了

庭丽库仑定律适用于真空中点电荷，当真空中两电荷间的距离r->0时，两电荷不

能看成点电荷，公式不运用，故选项D对。

3.如图所示，四个质量均为机、带电荷量均为+q的微粒。、〃、c、d距离地面的

高度相同，以相同的水立速度被抛出，除了。微粒没有经过电场外,其他三个微粒

均经过电场强度大小为E的匀强电场（〃吆为0，这四个微粒从被抛出到落地所用

的时间分别是垢加。、必不计空气阻力，则（）

B」b=1c<fa=td

C.ta=td<tb<tc

蠲D

根据四个微粒所受静电力的情况可以判断出，竖直方向上的加速度大小关系

4.A、B、。三点在同一直线上：2,8点位于A、。之间，在8处固定一

电荷量为Q的点电荷。当在A处放一电荷量为+«的点电荷时，它所受到的静电

力为尺移去A处电荷，在C处放一电荷量为・2q的点电荷，其所受静电力为（）

答案B

廨桐设4处电场强度为E,则产二夕£由点电荷的电场强度公式E二号可知,。处的

电场强度为在C处放电荷量为-2q的点电荷，其所受静电力为尸'=-2存=，，故

选B。

5.

如图所示，出?cdc是半径为r的圆的内接正五边形，当在顶点〃、b、c、d、e处各

固定一带电荷量为+。的点电荷时,。点的电场强度为零;若在e处改为固定一带

电荷量为-3Q的点电荷必b、c、d各处点电荷不变，则圆心O处的电场强度大

小为（静电力常量为2）（）

D等

C.等rz

答案A

廨前初始时,0点的电场强度大小为零,若取走e处的点电荷，则其余点电荷在0

处产生的合电场强度大小为号,方向为若在e处换上电荷量为-3Q的点电

荷,则该点电荷在0处产生的电场强度大小为哈.方向也为0—e,因此叠加可得,

圆心。处的电场强度大小为管，故A正确。

R

如图所示，一半径为R的绝缘环上,均匀地带有电荷量为Q的电荷，在垂直于圆环

平面的对称轴上有一点P,它与环心。的距离0P=L0静电力常量为上关于P点

的电场强度E,下列四个表达式中有一个是正确的,请你根据所学的物理知识，通

过一定的分析，判断正确的表达式是（）

kQR^

J(R2；03

•J(R2+L2)3

答案D

将圆环分为〃个小段，当〃相当大时海一小段都可以看作点电荷,其所带电荷量

为^=2,由点电荷电场强度公式可求得每一点电荷在户处的电场强度为

n

母=舄=勺岛亓由对称性可知，各小段带电环在p处的电场强度舔的垂直于轴

向的分量与相互抵消，而稣的轴向分量反之和即为带电环在P处的电场强度E,

即房回W=缶=后，选项口对。

7.如图所示,水平地面上固定一个光滑绝缘斜面，斜面与水平面的夹角为仇一根

轻质绝缘细线的一端固定在斜面顶端，另一端系有一个带电小球4细线与斜面平

行。小球A的质量为机、电荷量为外小球A的右侧固定放置带等量同种电荷

的小球比两球心的高度相同、间距为小静电力常量为太重力加速度为g,两带

电小球可视为点电荷。小球A静止在斜面上，则（）

A.小球A与3之间静电力的大小为里

md2

B.当:=届应时，细线上的拉力为0

C.当?=［要时，细线上的拉力为o

D•当£=叵时，斜面对小球A的支持力为0

d7ktand

画根据库仑定律可得两小球之间的静电力大小为F二察，选项A错;当细线上

的拉力为0时,小球A受到静电力、斜面支持力、重力，由平衡条件得*="次tan

仇解得?=J吗詈，选项B错,c对;由受力分析可知,斜面对小球的支持力不可能

为0,选项D错。

二、多项选择题（本题共3小题,每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项

中，有多个选项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的

得0分）

8.如图所示，带箭头的直线是某一电场中的一条电场线,在该直线上有〃、b两点,

用后、邑表示4、b两点的电场强廛大小:则（）

bE

A.a、8两点电场强度方向相同

B.电场线从。指向上所以Ea>Eb

C.电场线是直线，所以E尸瓦

D.不知小〃附近的电场线分布，瓦、瓦大小不能确定

答案AD

蓟由于电场线上每一点的切线方向跟该点的电场强度方向一致，而该电场线是

直线，故A对。电场线的确密表示电场的强弱，只有一条电场线时，瓦和瓦的关系

不能确定。故正确选项为A、Do

9.图甲为某一点电荷。产生的电场中的一条电场线鼻、B为电场线上的两点一

电子以某一速度沿电场线由A运动到B的过程中,其速度一时间图像如图乙所

示，则下列叙述正确的是（）

AB

甲

A.电场线方向由8指向A

B.电场强度大小EA>EB

C.Q可能为负电荷，也可能为正电荷

D.Q在A的左侧且为负电荷

客案ABD

■责根据速度一时间图像分析，电荷做加速度减小的加速运动，所以静电力向右，

电场线方向向左,A对;加速度减小，甜电力减小，电场强度减小,B对;根据点电荷电

场特点，。只能在A的左侧且为负电荷,D对。

10.

］二........1

（2021广东信宜三中高二期中）如图所示，在水平放置的无限大光滑金属板中心正

上方有一带正电的点电荷。，另一表面绝缘、带正电的小球（可视为质点，且不影

响原电场）自左侧以初速度如在金属板上向右运动，在运动过程中（）

A.小球做先减速后加速的运动

B.小球做匀速直线运动

C.小球受到的静电力做功不为0

D.小球受到的静电力做功为0

牌剽BD

陛州金属板处于正点电荷。形成的电场中，达到静电平衡后，在水平放置的金属

板的上表面,电场方向叁直表面竖直向下，所以小球运动时只在竖直方向上受力的

作用,在水平方向上不受力的作用，所以小球做匀速直线运动。小球受到的繇电力

不做功。

三、非选择题（本题共5小题，共54分）

11.（7分）观察静电感应现象的操作如下。

⑴带正电的C移近导体A,金属箔片，移走C之后金属箔

片

（2）带正电的C移近导体人先把A、B分开,再移走C,金属箔片,4带

电力带电，再让A、8接触，金属箔片o

⑶带正电的C移近导体4用手摸一下A或者民移走C,再分开人、B,金属箔

片,A、8带电。

（4）把C碰一下A或者8,移走C,分开A、3工、3带电。

曾冕⑴张开闭合（2）张开负正闭合（3）张开负（4）正

除羽（1）C靠近A,A端感应出负电荷,3端感应出正电荷,电子从B端移到4端，金

属箔片张开，移走C之后金属箔片闭合。

（2）C靠近A,金属箔片张开,先分开A、B再移走C,金属箔片张开工带负皂,8

带正电，再让A、3接触，金属箔片闭合。

（3）C靠近A,用手摸一下A或者B,手上的电子移到A、8,移走C分开A、

B工、3带负电。

（4）。碰一下A或者R电子转移到。上，移走C再分开4、B,A、B带正电。

12.

（9分）在探究“两电荷间相互作用力的大小与哪些因素有关”的实验中，一同学猜想

可能与两电荷的距离和电荷量有关。他选用带正电的小球A和BA球放在可移

动的绝缘座上,8球用绝缘丝线悬挂于玻璃棒C点，如图所示。

实验时，先保持两球电荷量不变，使A球从远处逐渐向B球靠近，观察到两球距离

越小石球悬线的偏角越大;再保持两球的距离不变，改变小球所带的电荷量，观察

到电荷量越大,B球悬线的偏角越大。

实验表明:两电荷之间的相互作用力，随其距离的而增大，随其所带电荷

量的而增大。

此同学在探究中应用的科学方法是（选填“累积法””等效替代

法”“控制变量法”或“演绎法