《電場強度》-教學設計

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3 電場強度 第 1 頁 共 6 頁 第 1 頁 3 電場強度 教學三維目標 一 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形 態(tài) 2 理解電場強度的概念及其定義式 會根據電場強度的定義式進行有關的計算 知道電 場強度是矢量 知道電場強度的方向是怎樣規(guī)定的 3 能根據庫侖定律和電場強度的定義式推導點電荷場強的計算式 并能用此公式進行有 關的計算 4 知道電場的疊加原理 并應用這個原理進行簡單的計算 二 過程與方法 通過分析在電場中的不同點 電場力 F 與電荷電量 q 的比例關系 使學生理解比值 F q 反 映的是電場的強弱 即電場強度的概念 知道電場疊加的一般方法 三 情感態(tài)度與價值觀 培養(yǎng)學生學會分析和處理電場問題的一般方法 重點 電場強度的概念及其定義式 難點 對電場概念的理解 應用電場的疊加原理進行簡單的計算 教學過程 一 引入新課 問題引入 電荷間的相互作用力是怎樣產生的 二 新課教學 第 3 節(jié) 電場 電場強度 1 電場 啟發(fā)學生從哲學角度認識電場 理解電場的客觀存在性 不以人的意識為轉移 但能為人 的意識所認識的物質屬性 利用課本圖 14 5 說明 電荷 A 和 B 是怎樣通過電場與其他電荷 發(fā)生作用 電荷 A 對電荷 B 的作用 實際上是電荷 A 的電場對電荷 B 的作用 電荷 B 對電荷 A 的作用 實際上是電荷 B 的電場對電荷 A 的作用 1 電荷之間的相互作用是通過特殊形式的物質 電場發(fā)生的 電荷的周圍都存在電 場 特殊性 不同于生活中常見的物質 看不見 摸不著 無法稱量 可以疊加 物質性 是客觀存在的 具有物質的基本屬性 質量和能量 2 基本性質 主要表現在以下幾方面 引入電場中的任何帶電體都將受到電場力的作用 且同一點電荷在電場中不同點處受到 的電場力的大小或方向都可能不一樣 電場能使引入其中的導體產生靜電感應現象 當帶電體在電場中移動時 電場力將對帶電體做功 這表示電場具有能量 可見 電場具有力和能的特征 提出問題 同一電荷 q 在電場中不同點受到的電場力的方向和大小一般不同 這是什么因 3 電場強度 第 2 頁 共 6 頁 第 2 頁 素造成的 引出電場強度的概念 因為電場具有方向性以及各點強弱不同 所以靠成同一電荷 q 在電場中不同點受到的電場力的方向和大小不同 我們用電場強度來表示電場的強弱和方 向 2 電場強度 E 由圖 1 2 1 可知帶電金屬球周圍存在電場 且從小球受力情況可知 電場的強弱與小球帶 電和位置有關 引出試探電荷和場源電荷 1 關于試探電荷和場源電荷 詳見 P12 注意 檢驗電荷是一種理想化模型 它是電量很小的點電荷 將其放入電場后對原電場強 度無影響 指出 雖然可用同一電荷 q 在電場中各點所受電場力 F 的大小來比較各點的電場強弱 但 是電場力 F 的大小還和電荷 q 的電量有關 所以不能直接用電場力的大小表示電場的強弱 實 驗表明 在電場中的同一點 電場力 F 與電荷電量 q 成正比 比值 F q 由電荷 q 在電場中的位 置所決定 跟電荷電量無關 是反映電場性質的物理量 所以我們用這個比值 F q 來表示電場 的強弱 2 電場強度 定義 電場中某一點的電荷受到的電場力 F 跟它的電荷量 q 的比值 叫做該點的電場強 度 簡稱場強 用 E 表示 公式 大小 E F q 適用于所有電場 單位 N C 意義 P13 提出問題 電場強度是矢量 怎樣表示電場的方向呢 方向性 物理學中規(guī)定 電場中某點的場強方向跟正電荷在該點所受的電場力的方向相 同 指出 負電荷在電場中某點所受的電場力的方向跟該點的場強方向相反 帶領學生討論真空中點電荷周圍的電場 說明研究方法 將檢驗電荷放入點電荷周圍的電 場中某點 判斷其所受的電場力的大小和方向 從而得出該點場強 唯一性和固定性 電場中某一點處的電場強度 E 是唯一的 它的大小和方向與放入該點電荷 q 無關 它決定 于電場的源電荷及空間位置 電場中每一點對應著的電場強度與是否放入電荷無關 帶領學生總結出真空中點電荷周圍電場的大小和方向 在此過程中注意引導學生總結公式 E F q 和 E kQ r2 的區(qū)別及聯系 3 真空中 點電荷周圍的電場 電場強度的疊加 1 點電荷周圍的電場 大小 E kQ r 2 只適用于點電荷的電場 方向 如果是正電荷 E 的方向就是沿著 PQ 的連線并背離 Q 如果是負電荷 E 的方 向就是沿著 PQ 的連線并指向 Q 參見課本圖 14 7 說明 公式 E kQ r2 中的 Q 是場源電荷的電量 r 是場中某點到場源電荷的距離 從而使 學生理解 空間某點的場強是由產生電場的場源電荷和該點距場源電荷的距離決定的 與檢驗 3 電場強度 第 3 頁 共 6 頁 第 3 頁 電荷無關 提出問題 如果空間中有幾個點電荷同時存在 此時各點的場強是怎樣的呢 帶領學生由 檢驗電荷所受電場力具有的疊加性 分析出電場的疊加原理 2 電場強度的疊加原理 某點的場強等于該點周圍各個電荷單獨存在時在該點產生的 場強的矢量和 先分析方法 P 13 14 后舉例 先在同一直線再不在同一直線 例如 課本圖 1 3 3 中 P 點的場強 等于 Q 1 在該點產生的場強 E1 和 Q2 在該點產生的場 強 E2 的矢量和 從而使學生進一步理解到 任何帶電體都可以看做是有許多點電荷組成 的 利用點電荷場強的計算公式及疊加原理就可以計算出其周圍各點場強 例題 課本 P9 例題演變 在真空中有兩個點電荷 Q1 3 0 10 8C 和 Q2 3 0 10 8C 它們相距 0 1m 求電場中 A 點的場強 A 點與兩個點電荷的距離相等 r 0 1m 分析 點電荷 Q1 和 Q2 的電場在 A 點的場強分別為 E1 和 E2 它們大小相等 方向如圖 所示 合場強 E 在 E1 和 E2 的夾角的平分線上 此平分線跟 Q1 和 Q2 的連線平行 解 E E 1cos60 E 2cos60 2E1cos60 2kQ1cos60 r2 代入數值得 E 2 7 104N C 可以證明 一個半徑為 R 的均勻球體 或球殼 在外部產生的電場 與一個位于球心的 電荷量相等的點電荷產生的電場相同 球外各點和電場強度一樣 即 E kQ r 2 組織學生討論課本中的 說一說 由學生討論后歸納 1 關于靜電平衡 2 靜電平衡后導體內部電場的特點 處于靜電平衡狀態(tài)的導體 內部的場強處處為零 注意 這時的場強是合場強 即外電 場和感應電場的疊加 處于靜電平衡狀態(tài)的導體 電荷只分布在導體的外表面上 4 電場線 1 電場線 電場線是畫在電場中的一條條有方向的曲線 曲線上每點的切線方向表示 該點的電場強度的方向 2 電場線的基本性質 3 電場強度 第 4 頁 共 6 頁 第 4 頁 電場線上每點的切線方向就是該點電場強度的方向 電場線的疏密反映電場強度的大小 疏弱密強 靜電場中電場線始于正電荷或無窮遠 止于負電荷或無窮遠 它不封閉 也不在無電荷 處中斷 任意兩條電場線不會在無電荷處相交 包括相切 介紹各種點電荷電場線的分布情況 演示 模擬電場線 指出 電場線是為了形象描述電場而引入的 電場線不是實際存在的線 5 勻強電場 1 定義 電場中各點場強的大小相等 方向相同的電場就叫勻強電場 2 勻強電場的電場線 是一組疏密程度相同 等間距 的平行直 線 例 如 兩等大 正對且?guī)У攘慨惙N電荷的平行金屬板間的電場中 除 邊緣附 近外 就是勻強電場 如圖 14 3 1 常見電場的電場線 電場 電場線圖樣 簡要描述 正點電荷 發(fā)散狀 負點電荷 會聚狀 等量同號電荷 相斥狀 等量異號電荷 相吸狀 勻強電場 平行的 等間距的 同向的直線 三 小結 對本節(jié)內容做簡要的小結 鞏固練習 3 電場強度 第 5 頁 共 6 頁 第 5 頁 1 下列說法中正確的是 ABC A 只要有電荷存在 電荷周圍就一定存在著電場 B 電場是一種物質 它與其他物質一樣 是不依賴我們的感覺而客觀存在的東西 C 電荷間的相互作用是通過電場而產生的 電場最基本的性質是對處在它里面的電荷有 力的作用 2 下列說法中正確的是 BC A 電場強度反映了電場的力的性質 因此場中某點的場強與檢驗電荷在該點所受的電場 力成正比 B 電場中某點的場強等于 F q 但與檢驗電荷的受力大小及帶電量無關 C 電場中某點的場強方向即檢驗電荷在該點的受力方向 D 公式 E F q 和 E kQ r2 對于任何靜電場都是適用的 3 下列說法中正確的是 ACD A 場強的定義式 E F q 中 F 是放入電場中的電荷所受的力 q 是放入電場中的電荷的 電量 B 場強的定義式 E F q 中 F 是放入電場中的電荷所受的力 q 是產生電場的電荷的電 量 C 在庫侖定律的表達式 F kq1q2 r2 中 kq2 r2 是電荷 q2 產生的電場在點電荷 q1 處的場強 大小 此場對 q1 作用的電場力 F q1 kq2 r2 同樣 kq1 r2 是電荷 q1 產生的電場在點電荷 q2 處的場強的大小 此場對 q2 作用的電場力 F q2 kq1 r2 D 無論定義式 E F q 中的 q 值 不為零 如何變化 在電場中的同一點 F 與 q 的比值始 終不變 4 討論電場力與電場強度的區(qū)別于聯系 作業(yè) 復習本節(jié)課文 1 思考課本 P16 問題與練習第 1 3 4 5 7 題 2 作業(yè)紙 物 理 量 比 較 內 容 電 場 力 電 場 強 度 物 理 意 義 電 荷 在 電 場 中 所 受 力 反 映 電 場 的 力 的 屬 性 決 定 因 素 由 電 場 和 電 荷 共 同 決 定 僅 由 電 場 自 身 決 定 大 小 F qE E F q 方 向 正 電 荷 受 力 與 E同 向負 電 荷 受 力 與 E反 向 規(guī) 定 E的 方 向 為 正 電 荷 在該 點 的 受 力 方 向 區(qū) 別 單 位 N N C 或 V m 聯 系 F qE 普 遍 適 用 3 電場強度 第 6 頁 共 6 頁 第 6 頁 參考題 在電場中某一點 當放入正電荷時受到的電場力向右 當放入負電荷時受到電場力向 左 下列說法正確的是 A 當放入正電荷時 該點的場強向右 當放入負電荷時 該點的場強向左 B 只有在該點放入電荷時 該點才有場強 C 該點的場強方向一定向右 D 以上說法均不正確 真空中 兩個等量異種點電荷電量數值均為 q 相距 r 兩點電荷連線中點處 的電場強度的大小為 A B 2kq r 2 C 4k r 2 D 8kq r 2 3 真空中 A B 兩點上分別設置異種點電荷 Q1 Q 2 已知兩點電荷間引力為 10N Q 1 1 0 10 2C Q 2 2 0 10 2C 則 Q2 在 A 處產生的場強大小是 N C 方向 是 若移開 Q2 則 Q1 在 B 處產生的場強的大小是 N C 方向是 說明 1 電場強度是表示電場強弱的物理量 因而在引入電場強度的概念時 應該使學生了解 什么是電場的強弱 同一個電荷在電場中的不同點受到的電場力的大小是不同的 所受電場力 大的點 電場強 2 應當使學生理解為什么可以用比值 F q 來表示電場強度 知道這個比值與電荷 q 無關 是反映電場性質的物理量 用比值定義一個新的物理量是物理學中常用的方法 應結合學生前面學過的類似的定義方 法 讓學生領會電場強度的定義 3 應當要求學生確切地理解 E F q 和 E kQ r2 這兩個公式的含義 以及它們的區(qū)別和聯 系 4 應用電場的疊加原理進行計算時不應過于復雜 一般只限于兩個電場疊加的情形 通 過這種計算 使學生理解場強的矢量性 5 電場線是為了形象描述電場而引入的 電場線不是實際存在的線 教后記 1 對于兩個公式的理解以及電場強度的定義還存在問題 要通過題目去強化 2 對于幾種典型問題 學生死記答案 要讓他們養(yǎng)成分析題目的習慣 3 學生對于計算題過于依賴計算器 要讓他們養(yǎng)成手算習慣