高中物理 电场 电场强度教案 人教版第二册.docx
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高中物理电场电场强度教案人教版第二册
2019-2020年高中物理电场电场强度教案人教版第二册
1.电荷电荷守恒(投影)
元电荷e=1.6×10-19C
2.库仑定律:
F=K(适用条件:
真空中点电荷)
(1)点电荷
(2)K的物理意义
13.2电场电场强度(2课时)
(第1课时)
一、教学目标:
1.通过对电场概念的学习,使学生明确场的特点,描写场的方法,并能在头脑中建立起场的模型和图象。
2.理解场电荷、检验电荷的概念,理解和掌握电场强度的概念。
3.掌握点电荷的电场强度公式。
4.理解和掌握电场的叠加原理,会计算简单的点电荷组产生的电场。
二、教学重点、难点
1.“场”是物理学中的重要概念,“场”的概念比较抽象,在中学物理中,本章又是初次较深入地研究“场”,所以“场”概念的引入,“场”观念的建立,既是本节的重点也是本节的难点。
2.电场强度的概念、场的叠加原理也是本节的重点。
三、教学方法:
计算机辅助教学
四、教具:
计算机、投影仪、大屏幕、自制CAI课件
五、教学过程:
(一)复习提问
两个点电荷电量分别为+4Q、-Q,固定在相距为L的两点,在何处放一个什么样的第三点电荷可使第三点电荷保持静止?
在两点电连线延长线上,-Q的一侧距-Qx=L处(复习库仑定律)。
与第三个电荷电量无关(为建立场强与检验电荷无关,及由力的合成向场的叠加过渡做铺垫)。
(二)引入新课
两个电荷间存在着相互作用力,上一节我们定量地研究了两个点电荷之间的相互作用力的规律——库仑定律。
提出问题:
在力学中,我们所学过的弹力、摩擦力均是接触力,只有相互接触的两个物体之间才有可能产生弹力、摩擦力。
两个电荷之间并不接触,它们之间的相互作用力是如何实现的呢?
(三)进行新课
1.在同学回答的基础上总结出:
两个电荷之间的相互作用力是通过电场实现的。
任何一个电荷在其周围空间产生电场,另一个电荷处在它产生的电场中,另一个电荷受到电场对它的作用力——称为电场力。
(如同学提出重力、引力,顺便提出重力场、引力场的概念,如无人提出暂不引入重力场、引力场。
)
电荷在其周围空间产生电场,静止的电荷产生的电场是静电场。
电场对处在场中的其他电荷有力的作用。
2.对任何事物的认识和理解,都要从它与其他事物的相互关系(相互作用)入手,从中找出它的基本性质,对电场的认识也应如此。
为了认识电场,找到描写电场性质的物理量,我们先引入两个基本概念:
场电荷和检验电荷。
场电荷:
产生电场的电荷。
提出问题:
什么样的电荷能产生电场?
什么样的电荷不能产生电场?
!
为什么还要提出场电荷呢?
在总结同学的回答时,强调指出这与以前在力学、热学中研究问题时一样,是研究对象的选取的问题。
检验电荷:
放在我们所研究的电场中,用来检验该电场的性质的电荷。
检验电荷必须具备的条件:
(1)点电荷;
(2)电量足够小,使得当将检验电荷引入电场中时不改变场电荷的分布。
提出问题:
为什么检验电荷必须具备以上两个条件?
先总结必须满足第二个条件的原因,强调对于任何物理测量,只有当测量工具(仪器)的引入不改变被测对象的性质时,或对被测对象的影响小到可以忽略不计时,这种测量才有意义,否则这种测量是无意义的。
对于必须满足第一个条件的原因,留在以后解决。
3.引入电场强度的概念
(1)将同一个检验电荷q,分别放在电场中的不同点,它所受的电场力的大小和方向一般说来是不同的。
提问:
这一实验结果,说明了什么问题?
总结同学回答的情况,强调:
同一电场中不同点的性质是不同的,研究电场必须一点一点地研究,即电场在空间有分布。
同时回答检验电荷必须是点电荷的原因。
(2)集中研究电场中的某一点P。
将电量为q1的检验电荷放在P点,测得它所受的电场力大小为F1;将电量为q2的检验电荷放在P点,测得它所受的电场力大小为F2;……将电量为qn的检验电荷放在P点,测得它所受的电场力的大小为Fn。
实验发现:
在电场中的同一点,检验电荷的电量q发生变化,它所受的电场力的大小F也随之变化(成正比的变化),而电场力的大小F与检验电荷电量q的比值不变,即
这个比值不随检验电荷电量变化,说明它与检验电荷无关,它只与电场中这点(P)有关,它只由电场中这一点决定,所以这个比值可以用来描写电场中该点的性质,将它叫做电场中该点的电场强度的大小。
4.电场强度的定义
电场强度(简称场强)是描写电场有关力的性质的物理量,它是矢量。
检验电荷在电场中某点所受电场力的大小F与检验电荷的电量q的比值F/q,叫做电场中该点的电场强度的大小,即
E=
规定正检验电荷所受的电场力的方向为该点的电场强度的方向。
在国际单位制中,电场强度的单位是N/C。
5.请同学根据库仑定律和电场强度的定义,推导点电荷的电场强度的表达式。
(1)先求距场电荷Q为r的一定点P的场强大小和方向。
(2)再将r看成是变量(P点为动点),可得出点电荷Q的电场中任意一点的电场强度的表达式。
(3)从表达式,进一步说明电场中任一点的电场强度的大小和方向与检验电荷无关,完全由场电荷Q和该点的位置所决定。
(4)正的点电荷与负的点电荷在空间各点产生的电场强度的方向(为以后引入电场线做准备)。
6.研究点电荷所产生的电场强度,从力的叠加(力的合成)引出场的叠加。
(1)两个等值异号的点电荷+Q、-Q,相距为L,求连线中点的场强;连线延长线距-Qx点处的场强;连成的垂直平分线上距中点为x处点的场强;当x>>L时,这两点的场强。
(2)在正方形(边长为a)的四个顶点处各固定一电量为+Q的点电荷,在过四边形对角线中心O垂直于平面的轴线上距O点x处的场强。
对顶的两个点电荷在该点产生的场,在垂直于x轴上的分量相互抵消。
E=4k
(3)半径为r的均匀带电圆环,电量为q,在其轴线上距环心O距离为x的一点的场强方向沿轴线,其指向由电荷种类确定。
小结:
有了点电荷的场强公式和场的叠加原理,原则上可求任意电荷分布的电场各点的电场强度。
强调点电荷的场强公式的重要性。
例题精讲
例1 场电荷Q=2×10-4C,是正点电荷;检验电荷q=2×10-5C,是负电荷,它们相距r=2m而静止且都在真空中,如图所示。
求:
(1)q受的电场力。
(2)q所在的B点的场强EB。
(3)只将q换为q'=4×10-5C的正点电荷,再求q'受力及B点的场强。
(4)将受力电荷拿去后再求B点场强。
解:
(1)由库仑定律:
F=K=
N=9N 方向在A与B的连线上,且指向A。
(2)由电场强度的定义:
E=== 所以E==4.5×N/C,方向由A指向B。
(3)由由库仑定律:
F=K=
N=18N,方向由A指向B。
E====4.5×N/C,方向由A指向B。
(4)因E与q无关,自然q=0也不会影响E的大小与方向,所以拿走q后场强不变。
例2 如图(a)所示,点电荷q与9q静止于真空中,相距r,它们均为正电荷,求:
(1)连线中点A的场强EA;
(2)求场强为0的点位置。
解
(1)在A点放q'=1C,它受力情况如图5(c)所示,F为q对q'的作用力,9F为9q对q'的作用力,而合力为8F方向指向q,所以
(2)先分析E=0的点可能的位置范围,因在该点放+1C时,它受力为零,所以q与9q对+1C作用力一定等大反向,因而两力共线,由此可以断定E=0的点在q与9q的连线上,当+1C放于q以左及9q以右的连线上时,它受的两个力都同向,因而不可能抵消,所以E=0的点一定在两点电荷中间的连线上。
令E=0的点O距q为x,如图(b)所示,+1C电荷在O点受力为零,所以有
解之得:
,(无意义,舍去)
答:
(1)方向相同指向q.
(2)E=0的点在q与9q之间,距q为r/4。
说明:
1.对于电场强度概念的理解注意:
(1)定义电场强度
无论放正、负检验电荷,E的方向定义为+q受力方向,类似于电流方向定义为正电荷移动方向,无论是谁移动形成电流。
(2)电场强度为自身性质,与检验电荷无关。
2.我们研究的电荷均处于真空中,如处于空气中也可近似认为是在真空中。
思考题:
1.场强E是描写电场有关力的性质的物理量。
为什么不直接用检验电荷所受的电场力F来描写,而要引入电场强度这个物理量?
目的:
进一步巩固场强的概念,明确场强E与电场力F的联系与区别。
2.由点电荷的场强公式E=,能否求点电荷所在处(即r=0)的场强?
结果如何?
为什么?
目的:
进一步使学生明确,点电荷(理想模型)建立的条件。
〔如时间富裕,在课堂上讨论,如时间不够,请学生在下面思考、讨论,下节课再做总结〕
(四)课堂小结(配合flash课件演示。
)
1.电场的性质:
电荷在其周围空间产生电场,电场对处在场中的其他电荷有力的作用。
2.“场”的特点:
在空间有分布,同一电场中的不同点,电场强度的大小和方向不同。
3.电场强度的定义
4.点电荷的场强公式
5.叠加原理
(五)布置作业
1.思考练习二第
(1)、
(2)题。
2.将练习二(3)、(4)、(5)、(6)(7)题做作业。
六、说明:
如学生基础较好,场的叠加全讲;如不好,只讲第一个问题即可。
附:
板书设计
2019-2020年高中物理电场全章复习课1教案人教版第二册
一、教学目标:
1.加深理解电场强度、电势、电势差、电势能、电容等重点概念。
2.在熟练掌握上述概念的基础上,能够分析和解决一些物理问题。
3.通过复习,培养学生归纳知识和进一步运用知识的能力,学习一定的研究问题的科学方法。
二、复习重点:
物理概念的深刻含义、对物理概念的综合性运用
三、教学方法:
复习提问,讲练结合,学案导学
四、教 具:
投影片(或小黑板),学案,
五、教学过程
(一)引入新课
1.提问:
静电场一章中的概念有哪些?
它们如何表述?
它们之间有什么联系?
2.归纳上述内容.如下表(见投影片).
适当讲述后,应着重讲清每个概念的物理含义以及概念间的联系和区别.
(二)主要教学过程设计
Ⅰ静电场特性的研究.
研究方法
(一).用电场强度E(矢量).
从力的角度研究电场,电场强度E是电场本身的一种特性,与检验电荷存在与否无关.E是矢量.要区别公式E=F/q(定义式)、E=kQ/r2(点电荷电场)、E=U/d(匀强电场)的物理意义和适用范围.E既然是矢量,那么如何比较电场中任两点的场强大小和方向呢?
启发学生用多种方法判断.然后将学生回答内容归纳.可能方法有:
(1)判断电场强度大小的方法.
①根据定义式E=F/q;
②点电荷电场,E=kQ/r2;
③匀强电场,场强处处相等,且满足E=U/d;
④电场线密(疏)处场强大(小).
(2)判断电场强度方向的方法.
①正电荷所受电场力的方向即是该点的场强方向;
②电场线上每一点的切线方向即是该点的场强方向;
③电势降低最快的方向就是场强的方向.
★是非题(投影片)(由学生口答并简要说明理由):
(A)若将放在电场中某点的电荷q改为-q,则该点的电场强度大小不变,方向与原来相反.(×)
(B)若取走放在电场中某点的电荷,则该点的电场强度变为零.(×)
(C)无论什么电场,场强的方向总是由高电势面指向低电势面.(√)
(D)已知A、B为某一电场线(直线)上的两点,由此可知,A、B两点的电场强度方向相同,但EA和EB的大小无法比较.(√)
(E)沿电场线方向,场强一定越来越小.(×)
(F)若电荷q在A处受到的电场力比在B点时大,则A点电场强度比B点的大.(√)
(G)电场中某点电场线的方向,就是放在该点的电荷所受电场力的方向.(×)
研究方法
(二):
用电势(标量).
从能的角度研究电场,电势U是电场本身的一种特性,与检验电荷存在与否无关.是标量.规定:
无限远处的电势为零.电势的正负和大小是相对的,电势差的值是绝对的.实例:
在+Q(-Q)的电场中,>0(<0).
电势能是电荷和电场所组成的系统共有的.规定:
无限远处的电势能为零.电势能的正负和大小是相对的,电势能的差值是绝对的.实例:
+q在+Q(-Q)的电场中,εP>0(<0);-q在+Q(-Q)的电场中,εP<0(>0).
提出的问题:
(1)如何判断电势的高低?
启发学生用多种方法判断.然后将学生回答内容归纳可能方法有:
①根据电势的定义式=W/q,将+q从无穷远处移至+Q电场中的某点,外力克服电场力做功越多,则该点的电势越高;
②将q、εP带符号代入=εP/q计算,若>0(<0),则电势变高(低);
③根据电场线方向,顺(逆)着电场线方向,电势越来越低(高);
④根据电势差,若UAB>0(<0),则A>B(A<B);
⑤根据场强方向,场强方向即为电势降低最快的方向.
(2)怎样比较电势能的多少?
启发学生用多种方法判断,将学生回答归纳,可能方法有:
①可根据电场力做功的正负判断,若电场力对移动电荷做正(负)功,则电势能减少(增加);
②将q、带符号代入εP=q计算,若εP>0(<0=,则电势能增加(减少).
★判断题(投影片)
现将一个正电荷从无穷远处移入电场中M点,电场力做功为6.0×10-7J.将另一个等量的负电荷从无穷远处移入电场中N点,电场力做功为-8×10-7J,则正确的结果是[ ]
A.M<N<0 B.N>M>0 C.N<M<0 D.M>N>0
启发学生分析:
首先,从电场力做功的正负判断该电场的性质及其方向;然后,从电势的物理意义确定M、N点的位置,可得正确答案为C.
★判断题(投影片).
1.以下说法中至少有一个是正确的 [ ].
A.将一电荷匀速地从电场中的A点移至B点,外力所做的功等于该电荷电势能的变化量.
B.电荷在电场中移动时,若电场力对电荷做正功,电荷的电势能一定减小,但电荷的动能不一定减小.
C.把两个异号电荷靠近时,电荷电势能增大.
D.若电场中A、B两点间的电势差为零,则同一点电荷在A、B两点所具有的电势能必定相同.
2.如图1所示,在点电荷+Q形成的电场中有一个带电粒子通过,其运动轨迹如图中实线所示,虚线表示电场的两个等势面,则 [ ].
A.等势面电势A<B,粒子动能EKA>EKB
B.等势面电势A>B,粒子动能EKA>EKB
C.等势面电势A>B,粒子动能EKA<EKB
D.等势面电势A<B,粒子动能EKA<EKB
启发学生分析、讨论,应使每个问题的回答,有一定的理论依据,其中答案:
1.A、B、D,2.A.
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