高二物理 第十三章 《電場(chǎng)》 第三節(jié) 《電場(chǎng)》線 （2）教案 舊人教版

1、第十三章 電場(chǎng) 第三節(jié) 電場(chǎng)線 教學(xué)目標(biāo) 一、知識(shí)目標(biāo)： 1掌握用電場(chǎng)線表示電場(chǎng)強(qiáng)度的方法；2掌握常見(jiàn)電場(chǎng)的電場(chǎng)線畫(huà)法；3掌握勻強(qiáng)電場(chǎng)。二、能力目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生觀察歸納的能力三、德育目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生初步建立運(yùn)用科學(xué)知識(shí)的意識(shí)教學(xué)重點(diǎn)電場(chǎng)線的概念及其特點(diǎn)。教學(xué)難點(diǎn)用電場(chǎng)線來(lái)描述電場(chǎng)。教學(xué)方法實(shí)驗(yàn)法、觀察法、探究法。教學(xué)用具幻燈片、投影儀。課時(shí)安排1課時(shí)教學(xué)過(guò)程一、引入新課：直接引入課題：我們用什么來(lái)描述電場(chǎng)呢？二、新課教學(xué)1電場(chǎng)線概念引入英國(guó)物理學(xué)家法拉第首先引入了電場(chǎng)強(qiáng)度的圖象，他在電場(chǎng)中畫(huà)了一些線，使這些線上每一點(diǎn)的切線方向都跟該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向一致，并使線的疏密表示場(chǎng)強(qiáng)的大小。這些線稱(chēng)為電場(chǎng)線。2

2、幾種常見(jiàn)電場(chǎng)的電場(chǎng)線勻強(qiáng)電場(chǎng)（1）點(diǎn)電荷電場(chǎng)的電場(chǎng)線如圖2（a）所示，在A點(diǎn)放正電荷Q，研究該電場(chǎng)的電場(chǎng)線。為此在Q的周?chē)鶥點(diǎn)放上+1C的點(diǎn)電荷q，它受到的電場(chǎng)力方向在A與B連線上，并且由A指向B，再在A與B連線上取任一點(diǎn)C，放+1C點(diǎn)電荷q，它受的電場(chǎng)力方向仍在連線上，方向由A向C，由于電場(chǎng)線在B與C的切線共線，所以射線AC為一條電場(chǎng)線。同理，由A點(diǎn)出發(fā)的所有射線都可以是電場(chǎng)線，但考慮到對(duì)電場(chǎng)線的另一要求，它的疏密應(yīng)表示E的大小，再考慮到空間對(duì)稱(chēng)，所以每對(duì)相鄰電場(chǎng)線間的夾角應(yīng)該相同，所以電場(chǎng)線應(yīng)是圖2（b）所示的樣子。對(duì)負(fù)電荷Q的電場(chǎng)線，只需將正點(diǎn)電荷Q的電場(chǎng)線反向即可。如圖2（C）所示。（

3、2）等量異號(hào)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線如圖3（a）所示，在A點(diǎn)與B點(diǎn)分別放上點(diǎn)電荷+Q與-Q，并研究它們的電場(chǎng)線的形狀。首先研究直線AB上的情況，在A與B之間的連線的任一點(diǎn)放上+1C的點(diǎn)電荷q，q受到兩個(gè)電荷同時(shí)作用，而合力方向在A與B的連線上，由此可知，線段AB是一條電場(chǎng)線，方向由A指向B，再將q放于B點(diǎn)右側(cè)直線上的任一點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)q受的合力方向也在AB連線上，并指向B，所以終止于B點(diǎn)的這條射線也是一條電場(chǎng)線，方向指向B。再將q放于A點(diǎn)左側(cè)直線上的任一點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)q受的合力方向也在AB直線上，方向由A向外，所以從A點(diǎn)出發(fā)的，方向背向A點(diǎn)的這條射線也是一條電場(chǎng)線。A與B連線上的電場(chǎng)線情況如圖3（a）所示。再研究線

4、段AB的垂直平分線OO上的情況。為此在其上任一點(diǎn)放上+1C的點(diǎn)電荷q，它受到的兩個(gè)點(diǎn)電荷的作用力等大，而合力都垂直O(jiān)O，如圖3（b）所示。所以通過(guò)OO的所有電場(chǎng)線都應(yīng)與OO垂直。再在直線OO的兩側(cè)取D與D，使它們對(duì)OO直線成軸對(duì)稱(chēng)。將+1C的點(diǎn)電荷q放于D點(diǎn)，它所受的合力指向斜上方；將q放于D點(diǎn)，它受的合力指向斜下方?？梢钥闯?，從A點(diǎn)出發(fā)，經(jīng)過(guò)D、D回到B的一條曲線是一條電場(chǎng)線，如圖3（C）所示。同理，在直線AB的上邊與下邊可以畫(huà)出許多這樣的電場(chǎng)線，但考慮到電場(chǎng)線的疏密應(yīng)對(duì)應(yīng)場(chǎng)強(qiáng)的弱強(qiáng)的要求，電場(chǎng)線只能畫(huà)成圖3（d）所示的形狀。最后應(yīng)指出，電場(chǎng)線并不只存在于紙面上，而是分布于整個(gè)立體空間。要想

5、研究空間某一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)情況，只需將紙平面以AB線為軸轉(zhuǎn)動(dòng)到該點(diǎn)即可。（3）等量同號(hào)點(diǎn)電荷電場(chǎng)的電場(chǎng)線用上述的方法也可以得到等量同號(hào)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線，如圖4所示。分析方法略去。（4）均勻帶電的無(wú)限大平面電場(chǎng)的電場(chǎng)線圖5（a）所示為均勻帶正電的無(wú)限大平面，在平面上任一點(diǎn)A放+1C點(diǎn)電荷q，它所受電場(chǎng)力方向如何？由于空間對(duì)稱(chēng)，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、向下的直線，都可能是電場(chǎng)線，但考慮到電場(chǎng)線的疏密應(yīng)該表示場(chǎng)強(qiáng)的強(qiáng)弱，又考慮到空間對(duì)稱(chēng)，因而電場(chǎng)線各處的疏密相同，所以電場(chǎng)線只能畫(huà)成圖5（b）的形狀，即電場(chǎng)線是疏密均勻的平行線。對(duì)于無(wú)限大均勻帶負(fù)電的平面，電場(chǎng)線形狀

6、圖5（C）所示。電場(chǎng)線仍是疏密均勻的平行線，只是指向平面。這說(shuō)明在無(wú)限大均勻帶電平面的兩側(cè)場(chǎng)強(qiáng)大小、方向相同。這種電場(chǎng)稱(chēng)為勻強(qiáng)電場(chǎng)。（5）帶有等量異號(hào)電荷的無(wú)限大平行金屬板的電場(chǎng)的電場(chǎng)線如圖6（a）所示，帶有等量異號(hào)電荷的兩個(gè)無(wú)限大平面平行放置，由于對(duì)稱(chēng)，每個(gè)平面上電荷的分布是均勻的。由場(chǎng)的疊加原理可知，每個(gè)帶電平面都在它的周?chē)?dú)立地產(chǎn)生電場(chǎng)，而總的電場(chǎng)應(yīng)為兩個(gè)分電場(chǎng)的矢量和。圖6（b）畫(huà)出了每個(gè)帶電平面的電場(chǎng)線，實(shí)線代表正電荷的電場(chǎng)線，虛線代表負(fù)電荷的電場(chǎng)線。由于它們都是勻強(qiáng)電場(chǎng)，各分場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)大小處處相等，只是方向有差別。在兩板之間兩場(chǎng)方向相同，疊加后場(chǎng)強(qiáng)增大；在兩板外側(cè)，兩場(chǎng)方向相反，互相抵

7、消，場(chǎng)強(qiáng)為0，整個(gè)電場(chǎng)電場(chǎng)線的形狀如圖6（c）所示。3電場(chǎng)線的演示（1）點(diǎn)電荷電場(chǎng)線的演示如圖7（a）所示將驗(yàn)電羽與感應(yīng)起電機(jī)的一個(gè)放電桿接通，搖動(dòng)電機(jī)，驗(yàn)電羽上絲線會(huì)按場(chǎng)強(qiáng)方向排列，因而顯示出電場(chǎng)線?？梢钥闯?，電場(chǎng)線形狀與圖2（b）相似。（2）演示等量異號(hào)點(diǎn)電荷電場(chǎng)線放好兩個(gè)驗(yàn)電羽，如圖7（b）所示，再用導(dǎo)線將它們分別與起電機(jī)的兩個(gè)導(dǎo)電桿相連，搖動(dòng)電機(jī)，絲線排列在電場(chǎng)方向上，形成類(lèi)似圖3（d）的形狀。（3）演示等量同號(hào)點(diǎn)電荷電場(chǎng)線如圖7（b）所示，再用導(dǎo)線將同一個(gè)導(dǎo)電桿與兩個(gè)驗(yàn)電羽相連，搖動(dòng)起電機(jī)，絲線排成形成類(lèi)似圖4的形狀。（4）演示帶有等量異性電荷平行金屬板的電場(chǎng)線如圖7（c）所示用導(dǎo)線將兩板分別與起電機(jī)的兩個(gè)放電桿連接，并搖動(dòng)起電機(jī)，絲線就排列在電場(chǎng)線方向上?？梢杂^察到，在兩板的中央部分，電場(chǎng)線是平行的，其余邊緣部分電場(chǎng)線不平行，如圖8所示。這是因?yàn)槠叫薪饘侔宀⒎菬o(wú)限大所致，且非正對(duì)面上的絲線不動(dòng)，原因是外側(cè)E=0。三、小結(jié)：電場(chǎng)線的特點(diǎn)： 始于正電荷（或無(wú)窮遠(yuǎn)），終于負(fù)電荷（或無(wú)窮遠(yuǎn)）； 任意兩條電場(chǎng)線都不