人教版重點(diǎn)高中物理選修1-1教學(xué)說課：1.2 電場

第一章電場電流二電場【課前準(zhǔn)備】【三維目標(biāo)】知識與技能：（1）知道電荷間的相互作用是通過電場發(fā)生的，知道電場是客觀存在的一種特殊物質(zhì)形態(tài).（2）理解電場強(qiáng)度的概念及其定義式，會根據(jù)電場強(qiáng)度的定義式進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算，知道電場強(qiáng)度是矢量，知道電場強(qiáng)度的方向是怎樣規(guī)定的.（3）認(rèn)識電場線和電場強(qiáng)度，懂得用電場線、電場強(qiáng)度描述電場，知道勻強(qiáng)電場。過程與方法：通過分析在電場中的不同點(diǎn)，電場力F與電荷電量q的比例關(guān)系，使學(xué)生理解比值F/q反映的是電場的強(qiáng)弱，即電場強(qiáng)度的概念；知道電場疊加的一般方法。情感態(tài)度與價(jià)值觀：培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會分析和處理電場問題的一般方法。教學(xué)重點(diǎn)：電場強(qiáng)度的概念及其定義式教學(xué)難點(diǎn)：對電場概念的理解、應(yīng)用電場的疊加原理進(jìn)行簡單的計(jì)算【教學(xué)過程】【復(fù)習(xí)引入】上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了庫侖定:真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力的大小跟它們的電荷量的乘積成正比，跟它們的距離的二次方成反比.作用力的方向在兩個(gè)點(diǎn)電荷的連線上。適用于真空中的點(diǎn)電荷。庫侖定律提示了電荷間的相互作用規(guī)律。兩個(gè)電荷不需相互接觸，就能產(chǎn)生相互作用，這種相互作用是靠什么傳遞的呢？研究這個(gè)問題之前，我們先來回憶一下初中所學(xué)的磁體之間的相互作用。大家知道兩個(gè)磁體不需相互接觸，也能產(chǎn)生相互作用。誰能告訴大家，磁體間的相互是通過什么發(fā)生的？磁體間相互作用磁極間相互作用磁鐵磁場的感應(yīng)線分布磁體周圍有一種物質(zhì)叫磁場，磁體間是通過磁場發(fā)生相互作用的。那么電荷周圍是不是也有類似的情況呢？科學(xué)研究對這一類似的猜想提供了有力的支持：電荷周圍確實(shí)也存在著一種物質(zhì)，叫電場。電荷間的相互作用就是通過電場發(fā)生的。?電場經(jīng)過長期的科學(xué)研究，人們認(rèn)識到，電荷周圍存在著一種叫做電場的物質(zhì)，電荷之間是通過電場發(fā)生相互作用的。就是說，電荷的周圍都存在著由它產(chǎn)生的電場。電場是一種物質(zhì)，與磁場一樣都是物質(zhì)的一種形態(tài)。帶點(diǎn)橡膠棒與水流沒有接觸，就可以發(fā)生靜電力的作用。只要有電荷存在，電荷周圍就有電場。電場的基本性質(zhì)就是對其中的電荷有力的作用。這個(gè)力就叫電場力。前面所學(xué)的靜電力（庫侖力）就是一種電場力?！緦?shí)驗(yàn)】下面以電荷A與電荷B間相互作用為例，說明電荷A是怎樣對電荷B施加力的作用的，電荷B又是怎樣對電荷A施加力的作用的？電荷AI電荷電荷aML電_電荷電荷A對電荷B的作用，實(shí)際上是電荷A的電場對電荷B的作用；電荷B對電荷A的作用，實(shí)際上是電荷B的電場對電荷A的作用.場的概念的建立，是人類對客觀世界認(rèn)識的一個(gè)重要進(jìn)展，現(xiàn)在人們已經(jīng)認(rèn)識到，實(shí)物和場是物質(zhì)存在的兩種不同形式，雖然我們看不到電場和磁場，但它們也是客觀存在的物質(zhì)。電場明顯特征之一是對場中其他電荷具有作用力，因此在研究電場的性質(zhì)時(shí)，可以從研究電場的力的性質(zhì)入手。?電場強(qiáng)度電荷在電場中受到力的作用，由此可以判斷電場的存在。研究電場，必須在電場中放入電荷。這個(gè)電荷的電量要非常小，放入之后不致影響要研究的電場。它的體積也要充分小，便于研究電場中各點(diǎn)的情況。這樣的電荷叫做試探電荷。試探電荷又叫檢驗(yàn)電荷，它是電荷量和尺寸都充分小，以致可忽略原來電場的影響中，同時(shí)又能確切地反映它在電場中的位置。因此試探電荷可以看作是電荷量很小的點(diǎn)電荷，是一種理想化模型，【演示】假設(shè)我們所研究的電場是由點(diǎn)電荷+Q所產(chǎn)生的，則點(diǎn)電荷+Q就是場源電荷。下面把電荷量為+q的試探電荷分別放在電場中的A、B、C各處（設(shè)rA=3rACr=2r），計(jì)算電場對+q的電場力FA,FB、FC。BC【發(fā)現(xiàn)】同一試探電荷+q在電場中不同點(diǎn)受到的電場力大小、方向各不相同，且FC>FB>FA,【結(jié)論】這能說明同一電荷在電場中不同的位置，所受的電場力大小、方向各不相同。表明電場中不同位置，強(qiáng)弱不同，方向不同?！驹O(shè)問】用怎樣的量來表示電場中不同位置的電場強(qiáng)弱與方向呢？剛才，試探電荷q在不同位置受力不同，那么是否可用電場力來表示電場的強(qiáng)弱呢？【猜想】對于電場中的同一位置，若放置一個(gè)電荷量較小的小電荷q,其受力就較小，如以此說明電場中該點(diǎn)較弱，那么若在該位置放置一個(gè)電荷量較大的小電荷qi,其受力就會較大，那是否又可以說電場中該點(diǎn)較強(qiáng)，若可以的話，豈不自相矛盾？【引導(dǎo)】請學(xué)生先思考：若將電荷量為+q的試探電荷1放在C處，所受到的電場力的大小為FC,將電荷量為+10q的試探電荷2放在A處，所受到的電場力的大小為FAi,那么還存在FC>FAi嗎？【回答】略【引導(dǎo)】如下圖，我們可以在同一位置A引入不同電荷量的試探電荷，受力又有何結(jié)果呢？【對比】在距場源Q為r處，分別放入電荷量不同的試探電荷qi.q2、……，由庫侖定律得F1=kQqi①，F(xiàn)2=kQq2②，……，F(xiàn)=kQqn③，可見同一位置不同電荷量的1r22r2nr2試探電荷受到的力是不等的。顯然不能用試探電荷受的力來表示電場的強(qiáng)弱。那么你們再思考一下，我們該用怎樣的量來表示電場的強(qiáng)弱？是什么量使不同電荷量的試探電荷受到的力不等呢？【分析】顯然，不是電場本身變化了，而是不影響電場的試探電荷的電荷量。到底用什么辦法來衡量電場強(qiáng)弱呢？【觀察】①，②…③式中FF二…二F=kQ，我們可發(fā)現(xiàn)只要A點(diǎn)位置不變，F(xiàn)qqqr212n與q的比值就不變。換到B點(diǎn)，我們把試探電荷放入在B點(diǎn)，看看:仍然有H=*二…q1q112=么=kQ，F(xiàn)/qkQ，位置變了，那么F與q的比值也變了，但還是只要B點(diǎn)位置qir12Br12n不變，F(xiàn)與q的比值就不變。從上面分析看出：場源+Q固定，則由它產(chǎn)生的電場的空間分布也固定，對于場中某確定的點(diǎn)，試探電荷受到的電場力F與試探電荷的電荷量q的比值F/q是一個(gè)不變的量，它僅與Q、r有關(guān)，與檢驗(yàn)電荷無關(guān)?，F(xiàn)設(shè)F=E;引入試探電荷q‘，則試q探電荷q‘在該處所受到的電場力F=Eq,E大處，q‘所受電場力F'也大；E小處，q‘所受電場力F'也小，這說明比值E可以反映電場某點(diǎn)的強(qiáng)弱。因此可以用這個(gè)比值反映電場的強(qiáng)弱，即電場的力的性質(zhì)，物理學(xué)上把它稱為電場強(qiáng)度，簡稱場強(qiáng)．【定義】放入電場中某點(diǎn)的電荷受到的電場力F跟它的電荷量的比值，叫做該點(diǎn)的電場強(qiáng)度，通常用E表示，也就是E=Fq電場強(qiáng)度是一個(gè)描述電場強(qiáng)弱與方向的物理量。電場強(qiáng)度是由電場本身決定的，它跟電場中是否有試探電荷、試探電荷的電荷量以及試探電荷受到的電場力均無關(guān)。它決定于電場的源電荷及空間位置。TOC\o"1-5"\h\zIIi物理學(xué)中常常用比值定義物理量，用來表示研究對象的某種性質(zhì)。例如，的iIIII:物質(zhì)的P=m/v;導(dǎo)體的電阻R二U/I;速度V=S/t等等，:IIIIi這個(gè)方法在其他領(lǐng)域也經(jīng)常使用，例如，人與耕地、人均收入、貨物的單價(jià)，【II它們有共同的特點(diǎn)：凡是用比值法定義的物理量與比值中的幾個(gè)物理量無關(guān)，則該比值就應(yīng)是反映了物質(zhì)的某種性質(zhì)。如場強(qiáng)E則是反映了電場的力的性質(zhì)。另外比值定義一個(gè)新的物理量的同時(shí)，也就確定了這個(gè)新物理量與原有物理量之間的關(guān)系。如果力的單位用牛，電荷的單位用庫，電場強(qiáng)度的單位是牛每庫，符號是N/C。其物理意義是電場中某點(diǎn)的電場強(qiáng)度數(shù)值上等于單位電荷(1C)在那里所受的電場力的大?。締栴}】電場強(qiáng)度是矢量，怎樣表示電場的方向呢？【解釋】物理學(xué)中規(guī)定，電場中某點(diǎn)的場強(qiáng)方向跟正電荷在該點(diǎn)所受的電場力的方向相同．負(fù)電荷在電場中某點(diǎn)所受的電場力的方向跟該點(diǎn)的場強(qiáng)方向相反．【例題】如圖所示，Q為放在真空中的正點(diǎn)電荷，其電荷量為Q。(1)畫出A、

B兩點(diǎn)的場強(qiáng)方向。（2）算出A、B兩點(diǎn)的場強(qiáng)大小（給出Q、r）+QABC【強(qiáng)調(diào)】（1）場強(qiáng)的大小與方向跟檢驗(yàn)電荷的有無、電量、電性沒有關(guān)系。（2）場強(qiáng)的大小只由場源電荷和場點(diǎn)到場源的距離來決定。（3）離場源電荷越近的點(diǎn)場強(qiáng)越大，離場源電荷越遠(yuǎn)的點(diǎn)場強(qiáng)越小?？偨Y(jié)】真空中點(diǎn)電荷周圍電場的大小和方向，總結(jié)公式E=F/q和E=kQ/r2的區(qū)別及聯(lián)系.1?（真空中）點(diǎn)電荷周圍的電場大小：E=kQ/r2（只適用于真空中點(diǎn)電荷的電場）說明：公式E=kQ/r2中的Q是場源電荷的電量，r是場中某點(diǎn)到場源電荷的距離?從而使學(xué)生理解：空間某點(diǎn)的場強(qiáng)是由產(chǎn)生電場的場源電荷和該點(diǎn)距場源電荷的距離決定的，與檢驗(yàn)電荷無關(guān).2、方向：以Q為中心做一球面。當(dāng)Q是正電荷，E的方向沿半徑向外；當(dāng)Q是負(fù)電荷，E的方向沿半徑向內(nèi)。（1）請比較公式E=F和E=kQ中的q與Q分別表示什么意義？兩個(gè)公式的適用qr2條件有何不同？（2）根據(jù)公式E=kQ可知，場點(diǎn)離場源電荷Q越近，該場點(diǎn)處的場強(qiáng)越大，當(dāng)r一r20時(shí)，E—8，顯然這是不可能的，那么該如何理解這個(gè)問題？【過渡】在研究磁場時(shí)，根據(jù)放在磁體周圍鐵屑的分布，可以畫出一條條曲線（磁感線）形象地描述磁場。前面我們在研究電荷間的相互作用是通過什么發(fā)生的問題時(shí)通過與磁體間的相互作用是通過磁場發(fā)生的相類比，從而認(rèn)識到電荷的周圍存在由它自身產(chǎn)生的電場。這個(gè)類比的成功足以鼓舞我們對電場的研究也可以用類似的方法。電場線（法拉第首先引入）如果在電場中畫出一些曲線，使曲線上每一點(diǎn)的切線方向都跟該點(diǎn)的場強(qiáng)方向一致。這樣的曲線就叫做電場線。下圖畫出了一條電場線，A、B、C三點(diǎn)的電場強(qiáng)度在曲線這三點(diǎn)的切線方向上。這條電場線上，A、B、C各點(diǎn)的切線方向代表該點(diǎn)的電場強(qiáng)度方向【規(guī)定】靜電場中的電場線從正電荷出發(fā)，終止于負(fù)電荷或無窮遠(yuǎn)；電場線的疏密程度表示電場的強(qiáng)弱。（1）單個(gè)正、負(fù)點(diǎn)電荷的電場線的建立，師：虛線上A、B、C的場強(qiáng)方向朝哪里的呢？（打出方向）【講述】現(xiàn)在，我們要在這個(gè)電場中建立一條線一一電場線，它能表達(dá)出A、B、C三點(diǎn)的場強(qiáng)情況。那就要使它的切線方向與該點(diǎn)的場強(qiáng)方向一致，這樣的線不就是虛線本身嗎？當(dāng)然，為了表達(dá)切線的方向與場強(qiáng)方向一致，還要給它加上箭頭，朝左還是朝右？對，朝右（打出箭頭），這就是這個(gè)正點(diǎn)電荷的一條電場線了。為了表示各處的場強(qiáng)情況，我們應(yīng)該畫出一系列這樣的線條，即形成了點(diǎn)電荷的電場線。果真如此嗎？可以用實(shí)驗(yàn)來模擬。【演示】電場線的模擬【提問】正點(diǎn)電荷的電場線是這樣的，那負(fù)點(diǎn)電荷的呢？為什么這里的箭頭是朝里的呢？生：可以在電場中引入一個(gè)正的試探電荷，其所受的電場力方向就向里，也就是電場強(qiáng)度的方向要向里，這樣電場線的切線方向，在這里也就是電場線的方向就能表示出電場強(qiáng)度的方向了。2）從簡單到復(fù)雜，等量異種點(diǎn)電荷的電場又怎么樣呢？（模擬實(shí)驗(yàn)后）：它是從正電荷出發(fā)終止于負(fù)點(diǎn)電荷。剛才，單個(gè)正點(diǎn)電荷的電場線是從正電荷出發(fā)到無窮遠(yuǎn)，單個(gè)負(fù)點(diǎn)電荷是從無窮遠(yuǎn)到負(fù)電荷。這四種電場的電場線的分布圖在課本第9頁中都有了，希望同學(xué)們能把這幾幅分布圖都深深地烙在腦海里。但是，不要忘記，這是平面圖，然而，實(shí)際的情況是立體的。這就是對稱之美，理性之美，物理之美。在這種美之下，電場線存在什么樣的特點(diǎn)呢？3、電場線特點(diǎn)（展開第二次的討論）師：按剛才的做法，每一組的奇數(shù)排同學(xué)往后轉(zhuǎn)，與后一排同學(xué)組成一個(gè)小組，展開討論，歸納（用?回顧磁感線來引導(dǎo)）。生：電場線上每一點(diǎn)的切線方向與該點(diǎn)的場強(qiáng)方向一致（板書）。生：電場線的疏密表示了電場的弱強(qiáng)（板書）。師：靜電場中的電場線始于哪里，又到哪里去？生：如果是單個(gè)正點(diǎn)電荷的電場，電場線要從正電荷出發(fā)，到無窮遠(yuǎn)；如果是單個(gè)負(fù)點(diǎn)電荷的電場，電場線則要從無窮遠(yuǎn)終止于負(fù)電荷。師：對。如果既有正點(diǎn)電荷，又有負(fù)點(diǎn)電荷的電場線？（稍停頓）生：從正電荷終止于負(fù)電荷。師：且不閉合。小結(jié)：靜電場中電場線始于正電荷或無窮遠(yuǎn)，止于負(fù)電荷或無窮遠(yuǎn)。它不封閉。師：不同的電場線在電場中能否相交？請說明理由。生：電場線不能相交師：點(diǎn)電荷構(gòu)成的電場除了上述我們研究的上下、左右、前后都對稱的，其實(shí)還有

其他的電場。4、其他電場的電場線1）不全對稱電場線師：我們看一下，不等量異種電荷左右就不對稱了。所以電場的分布與場源的電量多少有很大的關(guān)系（用多媒體展示如圖D究竟有多大關(guān)系呢？ms2）】電場（線）圖6圖5實(shí)際生活、生產(chǎn)中，兩塊靠近的有限平行帶電板間除邊緣外電場線是一系列等間距的同方向的平行的有向直線。（用多媒體展示如圖5師：我們看一下，不等量異種電荷左右就不對稱了。所以電場的分布與場源的電量多少有很大的關(guān)系（用多媒體展示如圖D究竟有多大關(guān)系呢？ms2）】電場（線）圖6圖5實(shí)際生活、生產(chǎn)中，兩塊靠近的有限平行帶電板間除邊緣外電場線是一系列等間距的同方向的平行的有向直線。（用多媒體展示如圖5)師：這能說明什么呢？生：說明場強(qiáng)的大小相等，方向相同。師：也就是說，電場中各點(diǎn)場強(qiáng)的大小相等、方向相同，這樣的電場叫做勻強(qiáng)電場（板書）根據(jù)電場線上述的特點(diǎn)，還可以畫出點(diǎn)電荷與帶電平板所形成的電場的電場線（用多媒體展示如圖6）。三）想一想：1、點(diǎn)電荷+q放在A、B兩點(diǎn)上，所受的電場力Fa大還是Fb大呢？2、這一點(diǎn)電荷+q僅在電場力作用下由A點(diǎn)從靜止開始運(yùn)動，那么它將做什么運(yùn)動呢？生：初速度為零的勻加速直線運(yùn)動。師：運(yùn)動軌跡與電場線是不是重合的？生：重合。師：電場線是不是都與點(diǎn)電荷的運(yùn)動軌跡重合呢？3、如果電場線水平向右，且要考慮點(diǎn)電荷+q的重mg,它又將做什么運(yùn)動呢？它的運(yùn)動軌跡又會怎么樣？師：點(diǎn)電荷所做的又是什么運(yùn)動？生：勻加速直線運(yùn)動。師：對，也是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動。那這時(shí)它的運(yùn)動軌跡與電場線是不是重合的？生：不重合。師：為什么呢？生：由牛二得：是一條斜向右下方的直線，而電場線是水平的。師：可見，電場線是不是運(yùn)動軌跡呢？生：不是。師：當(dāng)然，假如點(diǎn)電荷q的初速度不同，所受的力不同，點(diǎn)電荷的運(yùn)動軌跡是不同的，但是這個(gè)電場的電場線不會因?yàn)辄c(diǎn)電荷q的變化而變化。所以，電場線不是運(yùn)動軌跡（板書）?！颈菊n小結(jié)】本節(jié)課，我們學(xué)習(xí)了重要的科學(xué)研究方法：用比值法定義物理量E是用比值法來定義的，E=F/q，以往學(xué)習(xí)過的物質(zhì)的p=m/v;導(dǎo)體的電阻R二U/I；速度V=S/t等物理量都是用比值法來的定義的，它們有共同的特點(diǎn)：凡是用比值法定義的物理量與比值中的幾個(gè)物理量無關(guān)，若比值是恒量，則反映了物質(zhì)某種性質(zhì)。如場強(qiáng)E則是反映了電場的力的性質(zhì)。通過推導(dǎo)真空中正點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場中某點(diǎn)電場強(qiáng)度的計(jì)算式，讓我們理解了決定場強(qiáng)大小的真正因素。我們從簡單的正點(diǎn)電荷出發(fā)，運(yùn)用我們的智慧，結(jié)合摸擬的實(shí)驗(yàn)方法，建立起了電場線。摸擬的方法也是我們化抽象為形象的一