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1、2022粵教版選修(1-1)《認(rèn)識(shí)電場(chǎng)》word教案
一、教學(xué)目標(biāo)
1.知識(shí)目標(biāo):
(1)通過(guò)對(duì)電場(chǎng)概念的學(xué)習(xí),使學(xué)生明確場(chǎng)的特點(diǎn),描寫(xiě)場(chǎng)的方法,并能在頭腦中建立起場(chǎng)的模型和圖象。
(2)理解場(chǎng)電荷、檢驗(yàn)電荷的概念,理解和掌握電場(chǎng)強(qiáng)度的概念。
(3)掌握點(diǎn)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度公式。
(4)理解和掌握電場(chǎng)的疊加原理,會(huì)計(jì)算簡(jiǎn)單的點(diǎn)電荷組產(chǎn)生的電場(chǎng)。
2.能力目標(biāo):
用比值定義物理量、類比方法的重要研究方法的介紹,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究能力。
3.物理方法教育目標(biāo):
(1)樹(shù)立“場(chǎng)”在空間上有分布的觀念,并培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力。
(2)通過(guò)“檢驗(yàn)電荷”的概念,使學(xué)生明確物理測(cè)量的有效性
2、的觀念。
(3)對(duì)點(diǎn)電荷場(chǎng)強(qiáng)公式的分析,使學(xué)生明確理想模型建立的條件。
二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)
1.“場(chǎng)”是物理學(xué)中的重要概念,“場(chǎng)”的概念比較抽象,在中學(xué)物理中,本章又是初次較深入地研究“場(chǎng)”,所以“場(chǎng)”概念的引入,“場(chǎng)”觀念的建立,既是本節(jié)的重點(diǎn)也是本節(jié)的難點(diǎn)。
2.電場(chǎng)強(qiáng)度的概念、場(chǎng)的疊加原理也是本節(jié)的重點(diǎn)。
三、教學(xué)方法:
計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)
四、教 具:
計(jì)算機(jī)、投影儀、大屏幕、自制CAI課件
五、教學(xué)過(guò)程:
(一)復(fù)習(xí)提問(wèn)
兩個(gè)點(diǎn)電荷電量分別為+4Q、-Q,固定在相距為L(zhǎng)的兩點(diǎn),在何處放一個(gè)什么樣的第三點(diǎn)電荷可使第三點(diǎn)電荷保持靜止?
在兩點(diǎn)電連線延長(zhǎng)線上
3、,-Q的一側(cè)距-Qx=L處(復(fù)習(xí)庫(kù)侖定律)。
與第三個(gè)電荷電量無(wú)關(guān)(為建立場(chǎng)強(qiáng)與檢驗(yàn)電荷無(wú)關(guān),及由力的合成向場(chǎng)的疊加過(guò)渡做鋪墊)。
(二)引入新課
兩個(gè)電荷間存在著相互作用力,上一節(jié)我們定量地研究了兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的相互作用力的規(guī)律——庫(kù)侖定律。
提出問(wèn)題:在力學(xué)中,我們所學(xué)過(guò)的彈力、摩擦力均是接觸力,只有相互接觸的兩個(gè)物體之間才有可能產(chǎn)生彈力、摩擦力。兩個(gè)電荷之間并不接觸,它們之間的相互作用力是如何實(shí)現(xiàn)的呢?
(三)進(jìn)行新課
1.在同學(xué)回答的基礎(chǔ)上總結(jié)出:兩個(gè)電荷之間的相互作用力是通過(guò)電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)的。任何一個(gè)電荷在其周?chē)臻g產(chǎn)生電場(chǎng),另一個(gè)電荷處在它產(chǎn)生的電場(chǎng)中,另一個(gè)電荷受到電場(chǎng)對(duì)它
4、的作用力——稱為電場(chǎng)力。
(如同學(xué)提出重力、引力,順便提出重力場(chǎng)、引力場(chǎng)的概念,如無(wú)人提出暫不引入重力場(chǎng)、引力場(chǎng)。)
電荷在其周?chē)臻g產(chǎn)生電場(chǎng),靜止的電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)是靜電場(chǎng)。電場(chǎng)對(duì)處在場(chǎng)中的其他電荷有力的作用。
2.對(duì)任何事物的認(rèn)識(shí)和理解,都要從它與其他事物的相互關(guān)系(相互作用)入手,從中找出它的基本性質(zhì),對(duì)電場(chǎng)的認(rèn)識(shí)也應(yīng)如此。為了認(rèn)識(shí)電場(chǎng),找到描寫(xiě)電場(chǎng)性質(zhì)的物理量,我們先引入兩個(gè)基本概念:場(chǎng)電荷和檢驗(yàn)電荷。
場(chǎng)電荷:產(chǎn)生電場(chǎng)的電荷。
提出問(wèn)題:什么樣的電荷能產(chǎn)生電場(chǎng)?什么樣的電荷不能產(chǎn)生電場(chǎng)?!為什么還要提出場(chǎng)電荷呢?
在總結(jié)同學(xué)的回答時(shí),強(qiáng)調(diào)指出這與以前在力學(xué)、熱學(xué)中研究問(wèn)
5、題時(shí)一樣,是研究對(duì)象的選取的問(wèn)題。
檢驗(yàn)電荷:放在我們所研究的電場(chǎng)中,用來(lái)檢驗(yàn)該電場(chǎng)的性質(zhì)的電荷。
檢驗(yàn)電荷必須具備的條件:(1)點(diǎn)電荷;(2)電量足夠小,使得當(dāng)將檢驗(yàn)電荷引入電場(chǎng)中時(shí)不改變場(chǎng)電荷的分布。
提出問(wèn)題:為什么檢驗(yàn)電荷必須具備以上兩個(gè)條件?
先總結(jié)必須滿足第二個(gè)條件的原因,強(qiáng)調(diào)對(duì)于任何物理測(cè)量,只有當(dāng)測(cè)量工具(儀器)的引入不改變被測(cè)對(duì)象的性質(zhì)時(shí),或?qū)Ρ粶y(cè)對(duì)象的影響小到可以忽略不計(jì)時(shí),這種測(cè)量才有意義,否則這種測(cè)量是無(wú)意義的。
對(duì)于必須滿足第一個(gè)條件的原因,留在以后解決。
3.引入電場(chǎng)強(qiáng)度的概念
(1)將同一個(gè)檢驗(yàn)電荷q,分別放在電場(chǎng)中的不同點(diǎn),它所受的電場(chǎng)力的大小和方
6、向一般說(shuō)來(lái)是不同的。
提問(wèn):這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果,說(shuō)明了什么問(wèn)題?
總結(jié)同學(xué)回答的情況,強(qiáng)調(diào):同一電場(chǎng)中不同點(diǎn)的性質(zhì)是不同的,研究電場(chǎng)必須一點(diǎn)一點(diǎn)地研究,即電場(chǎng)在空間有分布。同時(shí)回答檢驗(yàn)電荷必須是點(diǎn)電荷的原因。
(2)集中研究電場(chǎng)中的某一點(diǎn)P。
將電量為q1的檢驗(yàn)電荷放在P點(diǎn),測(cè)得它所受的電場(chǎng)力大小為F1;將電量為q2的檢驗(yàn)電荷放在P點(diǎn),測(cè)得它所受的電場(chǎng)力大小為F2;……將電量為qn的檢驗(yàn)電荷放在P點(diǎn),測(cè)得它所受的電場(chǎng)力的大小為Fn。
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):在電場(chǎng)中的同一點(diǎn),檢驗(yàn)電荷的電量q發(fā)生變化,它所受的電場(chǎng)力的大小F也隨之變化(成正比的變化),而電場(chǎng)力的大小F與檢驗(yàn)電荷電量q的比值不變,即
7、這個(gè)比值不隨檢驗(yàn)電荷電量變化,說(shuō)明它與檢驗(yàn)電荷無(wú)關(guān),它只與電場(chǎng)中這點(diǎn)(P)有關(guān),它只由電場(chǎng)中這一點(diǎn)決定,所以這個(gè)比值可以用來(lái)描寫(xiě)電場(chǎng)中該點(diǎn)的性質(zhì),將它叫做電場(chǎng)中該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小。
4.電場(chǎng)強(qiáng)度的定義
電場(chǎng)強(qiáng)度(簡(jiǎn)稱場(chǎng)強(qiáng))是描寫(xiě)電場(chǎng)有關(guān)力的性質(zhì)的物理量,它是矢量。
檢驗(yàn)電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)所受電場(chǎng)力的大小F與檢驗(yàn)電荷的電量q的比值F/q,叫做電場(chǎng)中該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小,即
在國(guó)際單位制中,電場(chǎng)強(qiáng)度的單位是牛/庫(kù)。
5.請(qǐng)同學(xué)根據(jù)庫(kù)侖定律和電場(chǎng)強(qiáng)度的定義,推導(dǎo)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度的表達(dá)式。
(1)先求距場(chǎng)電荷Q為r的一定點(diǎn)P的場(chǎng)強(qiáng)大小和方向。
(2)再將r看成是變量(P點(diǎn)為動(dòng)點(diǎn)),可
8、得出點(diǎn)電荷Q的電場(chǎng)中任意一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的表達(dá)式。
(3)從表達(dá)式,進(jìn)一步說(shuō)明電場(chǎng)中任一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向與檢驗(yàn)電荷無(wú)關(guān),完全由場(chǎng)電荷Q和該點(diǎn)的位置所決定。
(4)正的點(diǎn)電荷與負(fù)的點(diǎn)電荷在空間各點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向(為以后引入電場(chǎng)線做準(zhǔn)備)。
6.研究點(diǎn)電荷所產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度,從力的疊加(力的合成)引出場(chǎng)的疊加。
(1)兩個(gè)等值異號(hào)的點(diǎn)電荷+Q、-Q,相距為L(zhǎng),求連線中點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng);連線延長(zhǎng)線距-Qx點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng);連成的垂直平分線上距中點(diǎn)為x處點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng);當(dāng)x >>L時(shí),這兩點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)。
(2)在正方形(邊長(zhǎng)為a)的四個(gè)頂點(diǎn)處各固定一電量為+Q的點(diǎn)電荷,在過(guò)四邊形對(duì)角線中心O垂直于平面的軸
9、線上距O點(diǎn)x處的場(chǎng)強(qiáng)。
對(duì)頂?shù)膬蓚€(gè)點(diǎn)電荷在該點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng),在垂直于x軸上的分量相互抵消。
(3)半徑為r的均勻帶電圓環(huán),電量為q,在其軸線上距環(huán)心O距離為x的一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向沿軸線,其指向由電荷種類確定。
小結(jié):有了點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)公式和場(chǎng)的疊加原理,原則上可求任意電荷分布的電場(chǎng)各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度。強(qiáng)調(diào)點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)公式的重要性。
例題精講
例1? 場(chǎng)電荷Q=2×10-4C,是正點(diǎn)電荷;檢驗(yàn)電荷q=2×10-5C,是負(fù)電荷,它們相距r=2m而靜止且都在真空中,如圖所示。求:
(1)q受的電場(chǎng)力。
(2)q所在的B點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)EB。
(3)只將q換為q'=4×10-5C的正
10、點(diǎn)電荷,再求q'受力及B點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)。
(4)將受力電荷拿去后再求B點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)。
在A與B的連線上,且指向A。
=4.5×105N/C方向由A指向B。
(4)因E與q無(wú)關(guān),自然q=0也不會(huì)影響E的大小與方向,所以拿走q后場(chǎng)強(qiáng)不變。
例2? 如圖(a)所示,點(diǎn)電荷q與9q靜止于真空中,相距r,它們均為正電荷,求:
(1)連線中點(diǎn)A的場(chǎng)強(qiáng)EA;
(2)求場(chǎng)強(qiáng)為0的點(diǎn)位置。
解? (1)在A點(diǎn)放q'=1C,它受力情況如圖5(c)所示,F(xiàn)為q對(duì)q'的作用力,9F為9q對(duì)q'的作用力,而合力為8F方向指向q,所以
(2)先分析E=0的點(diǎn)可能的位置范圍,因在該點(diǎn)放+1C時(shí)
11、,它受力為零,所以q與9q對(duì)+1C作用力一定等大反向,因而兩力共線,由此可以斷定E=0的點(diǎn)在q與9q的連線上,當(dāng)+1C放于q以左及9q以右的連線上時(shí),它受的兩個(gè)力都同向,因而不可能抵消,所以E=0的點(diǎn)一定在兩點(diǎn)電荷中間的連線上。
令E=0的點(diǎn)O距q為x,如圖(b)所示,+1C電荷在O點(diǎn)受力為零,所以有
(2)E=0的點(diǎn)在q與9q之間,距q為r/4。
說(shuō)明
1.對(duì)于電場(chǎng)強(qiáng)度概念的理解注意:
無(wú)論放正、負(fù)檢驗(yàn)電荷,E的方向定義為+q受力方向,類似于電流方向定義為正電荷移動(dòng)方向,無(wú)論是誰(shuí)移動(dòng)形成電流。
(2)電場(chǎng)強(qiáng)度為自身性質(zhì),與檢驗(yàn)電荷無(wú)關(guān)。
2.我們研究的電荷均
12、處于真空中,如處于空氣中也可近似認(rèn)為是在真空中。
思考題:
1.場(chǎng)強(qiáng)E是描寫(xiě)電場(chǎng)有關(guān)力的性質(zhì)的物理量。為什么不直接用檢驗(yàn)電荷所受的電場(chǎng)力F來(lái)描寫(xiě),而要引入電場(chǎng)強(qiáng)度這個(gè)物理量?
目的:進(jìn)一步鞏固場(chǎng)強(qiáng)的概念,明確場(chǎng)強(qiáng)E與電場(chǎng)力F的聯(lián)系與區(qū)別。
2.由點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)公式,能否求點(diǎn)電荷所在處(即r=0)的場(chǎng)強(qiáng)?結(jié)果如何?為什么?
目的:進(jìn)一步使學(xué)生明確,點(diǎn)電荷(理想模型)建立的條件。
〔如時(shí)間富裕,在課堂上討論,如時(shí)間不夠,請(qǐng)學(xué)生在下面思考、討論,下節(jié)課再做總結(jié)〕
(四)課堂小結(jié)(配合flash課件演示。)
1.電場(chǎng)的性質(zhì):電荷在其周?chē)臻g產(chǎn)生電場(chǎng),電場(chǎng)對(duì)處在場(chǎng)中的其他電荷有力的作用。
13、
2.“場(chǎng)”的特點(diǎn):在空間有分布,同一電場(chǎng)中的不同點(diǎn),電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向不同。
3.電場(chǎng)強(qiáng)度的定義
4.點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)公式
5.疊加原理
(五)布置作業(yè)
1.復(fù)習(xí)本節(jié)課文。
2.思考練習(xí)二第(1)、(2)題。
3.將練習(xí)二(3)、(4)、(5)、(6)(7)題做作業(yè)。
六、說(shuō)明
如學(xué)生基礎(chǔ)較好,場(chǎng)的疊加全講;如不好,只講第一個(gè)問(wèn)題即可。
附:板書(shū)設(shè)計(jì)
二、電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度
1.電場(chǎng) 電場(chǎng)是一種客觀存在著的物質(zhì)
2.電場(chǎng)強(qiáng)度
放入電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電荷受到的電場(chǎng)力跟它的電量的比值,叫做這一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度,
簡(jiǎn)稱場(chǎng)強(qiáng),單位牛每庫(kù),N/C
電場(chǎng)力、電場(chǎng)強(qiáng)度是矢量
規(guī)定 電場(chǎng)中某點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向跟正點(diǎn)電荷在該點(diǎn)所受電場(chǎng)力的相同。
3.點(diǎn)電荷電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)
4.電場(chǎng)的疊加