2019-2020年高中物理 第三節(jié) 電場 電場強(qiáng)度 新人教版選修3.doc
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2019-2020年高中物理 第三節(jié) 電場 電場強(qiáng)度 新人教版選修3 教學(xué)目標(biāo) （一）知識(shí)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(huì)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．能根據(jù)庫侖定律和電場強(qiáng)度的定義式推導(dǎo)點(diǎn)電荷場強(qiáng)的計(jì)算式，并能用此公式進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算． 4．知道電場的疊加原理，并應(yīng)用這個(gè)原理進(jìn)行簡單的計(jì)算． （二）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。 （三）情感態(tài)度與價(jià)值觀 使學(xué)生學(xué)會(huì)由個(gè)別事物的個(gè)性來認(rèn)識(shí)一般事物的共性的認(rèn)識(shí)事物的一種重要的科學(xué)方法。 培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)分析和處理電場問題的一般方法。 重點(diǎn)：電場強(qiáng)度的概念及其定義式 難點(diǎn)：對(duì)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 （一）引入新課 問題引入：電荷間的相互作用力是怎樣產(chǎn)生的？ （二）新課教學(xué)-----第三節(jié) 電場 電場強(qiáng)度 一、電場： 電荷 電場 電荷 A B 圖1.3-1電荷之間通過電場相互作用 啟發(fā)學(xué)生從哲學(xué)角度認(rèn)識(shí)電場，理解電場的客觀存在性，不以人的意識(shí)為轉(zhuǎn)移，但能為人的意識(shí)所認(rèn)識(shí)的物質(zhì)屬性．利用課本圖1.3－1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(duì)電荷B的作用，實(shí)際上是電荷A的電場對(duì)電荷B的作用；電荷B對(duì)電荷A的作用，實(shí)際上是電荷B的電場對(duì)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(zhì)——電場發(fā)生的，電荷的周圍都存在電場. ①特殊性：不同于生活中常見的物質(zhì)，看不見，摸不著，無法稱量，可以疊加. ②物質(zhì)性：是客觀存在的，具有物質(zhì)的基本屬性——質(zhì)量和能量. 2.電場的基本性質(zhì)：主要表現(xiàn)在以下幾方面 ①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(diǎn)電荷在電場中不同點(diǎn)處受到的電場力的大小或方向都可能不一樣. ②電場能使引入其中的導(dǎo)體產(chǎn)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象. ③當(dāng)帶電體在電場中移動(dòng)時(shí)，電場力將對(duì)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(diǎn)受到的電場力的方向和大小一般不同，這是什么因素造成的？引入電場強(qiáng)度的概念：因?yàn)殡妶鼍哂蟹较蛐砸约案鼽c(diǎn)強(qiáng)弱不同，所以造成同一電荷q在電場中不同點(diǎn)受到的電場力的方向和大小不同，我們用電場強(qiáng)度來表示電場的強(qiáng)弱和方向． 二、電場強(qiáng)度(E)： 圖1.2-1 探究影響電荷間相互作用力的因素 A P1 P2 P3 F 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(qiáng)弱與小球帶電和位置有關(guān)。引出試探電荷和場源電荷---- 1.關(guān)于試探電荷（檢驗(yàn)電荷）和場源電荷 注意：檢驗(yàn)電荷是一種理想化模型，它是電量很小的點(diǎn)電荷，將其放入電場后對(duì)原電場強(qiáng)度無影響 指出：雖然可用同一電荷q在電場中各點(diǎn)所受電場力F的大小來比較各點(diǎn)的電場強(qiáng)弱，但是電場力F的大小還和電荷q的電量有關(guān)，所以不能直接用電場力的大小表示電場的強(qiáng)弱．實(shí)驗(yàn)表明：在電場中的同一點(diǎn)，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(guān)，是反映電場性質(zhì)的物理量，所以我們用這個(gè)比值F/q來表示電場的強(qiáng)弱． 2.電場強(qiáng)度 ①定義：電場中某一點(diǎn)的電荷受到的電場力F跟它的電荷量q的比值，叫做該點(diǎn)的電場強(qiáng)度，簡稱場強(qiáng)．用E表示。 ②公式（大?。? （適用于所有電場） ③單位： 牛頓/庫侖（ N/C ） 如果1C的電荷在電場中某點(diǎn)受到的靜電力是1N，這點(diǎn)的電場強(qiáng)度就是1N/C. 提出問題：電場強(qiáng)度是矢量，怎樣表示電場的方向呢？ ④方向：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． 注意：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。 ⑤研究方法：將檢驗(yàn)電荷放入點(diǎn)電荷周圍的電場中某點(diǎn)，判斷其所受的電場力的大小和方向，從而得出該點(diǎn)場強(qiáng)． ⑥唯一性和固定性 電場中某一點(diǎn)處的電場強(qiáng)度E是唯一的，它的大小和方向與放入該點(diǎn)電荷q的大小、正負(fù)及有無均無關(guān)，它決定于電場的源電荷及空間位置，電場中每一點(diǎn)對(duì)應(yīng)著的電場強(qiáng)度與是否放入電荷無關(guān). 帶領(lǐng)學(xué)生總結(jié)出真空中點(diǎn)電荷周圍電場的大小和方向． 三、（真空中）點(diǎn)電荷周圍的電場、電場強(qiáng)度的疊加 1.點(diǎn)電荷周圍的電場 ①大?。?（只適用于點(diǎn)電荷的電場） 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． 圖1.3-2 點(diǎn)電荷的電場 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Q和該點(diǎn)距場源電荷的距離r決定的，與檢驗(yàn)電荷無關(guān)． ②方向：如果Q是正電荷，E的方向就是沿著半徑向外； 如果Q是負(fù)電荷，E的方向就是沿著半徑向內(nèi)，如圖1.3-2示， ③公式E=F/q和E=kQ/r2的區(qū)別及聯(lián)系： 公式E=F/q適用于所有電場；公式E=kQ/r2只適用于點(diǎn)電荷的電場 提出問題：如果空間中有幾個(gè)點(diǎn)電荷同時(shí)存在，此時(shí)各點(diǎn)的場強(qiáng)是怎樣的呢？帶領(lǐng)學(xué)生由檢驗(yàn)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(qiáng)度的疊加原理：電場中某點(diǎn)的電場強(qiáng)度為各個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的矢量和． P +Q1 -Q2 E1 E2 E 圖1.3-3 例如：課本圖1.3-3中P點(diǎn)的場強(qiáng)，等于＋Q1在該點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)E1和Q2在該點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)E2的矢量和．從而使學(xué)生進(jìn)一步理解到，任何帶電體都可以看做是有許多點(diǎn)電荷組成的．利用點(diǎn)電荷場強(qiáng)的計(jì)算公式及疊加原理就可以計(jì)算出其周圍各點(diǎn)場強(qiáng)． 【例題1】在真空中有兩個(gè)點(diǎn)電荷Q1=＋3.010-8C和Q2=－3.010-8C，它們相距0.1m，求電場中A點(diǎn)的場強(qiáng)．A點(diǎn)與兩個(gè)點(diǎn)電荷的距離相等A +Q1 -Q2 E1 E2 E 圖1 ，r=0.1m 分析：點(diǎn)電荷Q1和Q2的電場在A點(diǎn)的場強(qiáng)分別為E1和E2，它們大小相等，方向如圖1所示，合場強(qiáng)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= E1cos60＋E2cos60=2 E1cos60=2k Q1cos60/r2 代入數(shù)值得 E=2.7104N/C 3.可以證明：一個(gè)半徑為R的均勻帶電球體（或球殼）在外部產(chǎn)生的電場，與一個(gè)位于球心的、電荷量相等的點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場相同，即球外距離球心r處電場強(qiáng)度為：E=kQ/r2 4．電場力與電場強(qiáng)度的區(qū)別與聯(lián)系 電場力 電場強(qiáng)度 區(qū) 別 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(fù)電荷受力與E反向 規(guī)定E的方向?yàn)檎姾稍谠擖c(diǎn)的受力方向 單位 N N/C(或V/m) 聯(lián) 系 F=qE普遍適用 四、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(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的電場強(qiáng)度的方向。 2.電場線的基本性質(zhì) ①電場線上每點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)電場強(qiáng)度的方向. ②電場線的密疏反映電場強(qiáng)度的大小(疏弱密強(qiáng)). ③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，也不在無電荷處中斷. ④任意兩條電場線不會(huì)在無電荷處相交(包括相切) 3.常見電場的電場線 【演示】模擬電場線 電場 正點(diǎn)電荷 負(fù)點(diǎn)電荷 等量同號(hào)電荷 等量異號(hào)電荷 勻強(qiáng)電場 電場線圖樣 簡要描述 發(fā)散狀 會(huì)聚狀 相斥狀 相吸狀 平行的、等間距的、同向的直線 強(qiáng)調(diào)指出：電場線是為了形象描述電場而引入的，電場線不是實(shí)際存在的線。 五、勻強(qiáng)電場 1.定義：電場中各點(diǎn)場強(qiáng)的大小相等、方向相同的電場就叫勻強(qiáng)電場. 圖1.3-10 2.勻強(qiáng)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(duì)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(qiáng)電場.如圖1.3-10. 【小結(jié)】對(duì)本節(jié)內(nèi)容做簡要的小結(jié) 鞏固練習(xí) 1．下列說法中正確的是：（ B C ） A．電場強(qiáng)度反映了電場的力的性質(zhì)，因此場中某點(diǎn)的場強(qiáng)與檢驗(yàn)電荷在該點(diǎn)所受的電場力成正比 B．電場中某點(diǎn)的場強(qiáng)等于F/q，但與檢驗(yàn)電荷的受力大小及帶電量無關(guān) C．電場中某點(diǎn)的場強(qiáng)方向即檢驗(yàn)電荷在該點(diǎn)的受力方向 D．公式E=F/q和E=kQ/r2對(duì)于任何靜電場都是適用的 2．在真空中負(fù)點(diǎn)電荷Q形成的電場中的P點(diǎn)，放一個(gè)q1= -10-9C的點(diǎn)電荷，測得所受電場力大小為10-6N。則：（l）若移走q1，而在P點(diǎn)放置一個(gè)q2= +210-8C的點(diǎn)電荷，則q2所受電場力大小為____________N，此時(shí)Q在P點(diǎn)產(chǎn)生的電場的場強(qiáng)大小為____________N/C，方向與將放在P點(diǎn)時(shí)的場強(qiáng)方向____________；（2）若在P點(diǎn)不放任何檢驗(yàn)電荷，則Q在P點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)大小為____________N/C，方向與將放在P點(diǎn)時(shí)的場強(qiáng)方向____________。 答：（l）210-5，1103，相同；（2）1103，相同。 3．下列說法中正確的是：（ ACD ） A．場強(qiáng)的定義式E=F/q中，F(xiàn)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(qiáng)的定義式E=F/q中，F(xiàn)是放入電場中的電荷所受的力，q是產(chǎn)生電場的電荷的電量 C．在庫侖定律的表達(dá)式中,是電荷q2產(chǎn)生的電場在點(diǎn)電荷q1處的場強(qiáng)大小，此場對(duì)q1作用的電場力；同樣是電荷q1產(chǎn)生的電場在點(diǎn)電荷q2處的場強(qiáng)的大小，此場對(duì)q2作用的電場力 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(diǎn)，F(xiàn)與q的比值始終不變 ●作業(yè) 1.復(fù)習(xí)本節(jié)課文 2.思考課本P14問題與練習(xí)第(1)、(2)、(5)、(6)、(7)題． 3.將(2)、(6)題做在作業(yè)本上． 參考題 1、在電場中某一點(diǎn)，當(dāng)放入正電荷時(shí)受到的電場力向右，當(dāng)放入負(fù)電荷時(shí)受到電場力向 左，下列說法正確的是：（ C ） A．當(dāng)放入正電荷時(shí)，該點(diǎn)的場強(qiáng)向右，當(dāng)放入負(fù)電荷時(shí)，該點(diǎn)的場強(qiáng)向左 B．只有在該點(diǎn)放入電荷時(shí)，該點(diǎn)才有場強(qiáng) C．該點(diǎn)的場強(qiáng)方向一定向右 D．以上說法均不正確 2、真空中，兩個(gè)等量異種點(diǎn)電荷電量數(shù)值均為q，相距r．兩點(diǎn)電荷連線中點(diǎn)處 的電場強(qiáng)度的大小為：（ D ） A．0 B．2kq/r2 C．4 kq/r2 D．8 kq/r2 3、在—個(gè)等邊三角形ABC的頂點(diǎn)B、C處各放—個(gè)點(diǎn)電荷時(shí)，測得A 處的電場強(qiáng)度大小為E,方向與BC邊平行，且由B指向C，如圖所示．拿走C處的點(diǎn)電荷后，A處的電場強(qiáng)度 ( B )A B C E A．大小仍為E，方向從A指向B B．大小仍為E，方向沿BA延長線向外 C．大小變?yōu)镋/2，方向未變 D．不能作出結(jié)論 說明 1．電場強(qiáng)度是表示電場強(qiáng)弱的物理量，因而在引入電場強(qiáng)度的概念時(shí)，應(yīng)該使學(xué)生了解什么是電場的強(qiáng)弱，同一個(gè)電荷在電場中的不同點(diǎn)受到的電場力的大小是不同的，所受電場力大的點(diǎn)，電場強(qiáng)． 2．應(yīng)當(dāng)使學(xué)生理解為什么可以用比值F/q來表示電場強(qiáng)度，知道這個(gè)比值與電荷q無關(guān)，是反映電場性質(zhì)的物理量． 用比值定義一個(gè)新的物理量是物理學(xué)中常用的方法，應(yīng)結(jié)合學(xué)生前面學(xué)過的類似的定義方法，讓學(xué)生領(lǐng)會(huì)電場強(qiáng)度的定義． 3．應(yīng)當(dāng)要求學(xué)生確切地理解E=F/q和E=kQ/r2這兩個(gè)公式的含義，以及它們的區(qū)別和聯(lián)系． 4．應(yīng)用電場的疊加原理進(jìn)行計(jì)算時(shí)不應(yīng)過于復(fù)雜，一般只限于兩個(gè)電場疊加的情形．通過這種計(jì)算，使學(xué)生理解場強(qiáng)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(shí)際存在的線。 A組能力訓(xùn)練題 1.( xx江蘇理綜卷21.) 關(guān)于電場，下列說法正確的是（ C ） A.電場是假想的，并不是客觀存在的物質(zhì) B.描述電場的電場線是客觀存在的 C.電場對(duì)放入其中的電荷有力的作用 D.電場對(duì)放入其中的電荷沒有力的作用 答：C 2．2.下列關(guān)于點(diǎn)電荷的場強(qiáng)公式的幾種不同的理解，不正確的是 ( BCD ) A. 在點(diǎn)電荷Q的電場中，某點(diǎn)的場強(qiáng)大小與Q成正比，與r2成反比 B. 當(dāng)r→0時(shí)，E→∞；當(dāng)r→∞時(shí)，E→0 C. 點(diǎn)電荷Q產(chǎn)生的電場中，各點(diǎn)的場強(qiáng)方向一定是背向點(diǎn)電荷Q D. 以點(diǎn)電荷Q為中心，r為半徑的球面上各處的場強(qiáng)相等 3. 在電場中某點(diǎn)放入電荷量為q的正電荷時(shí)，測得該點(diǎn)的場強(qiáng)為E，若在同一點(diǎn)放入電荷量q′=-2q的負(fù)電荷時(shí)，測得場強(qiáng)為E′，則有 ( D ) A. E′=E，方向與E相反 B. E′=2E，方向與E相同 C. E′=E/2，方向與E相同 D. E′=E，方向與E相同 4. 圖3所示的各電場中，A、B兩點(diǎn)場強(qiáng)相同的是( C ) 圖3 B A A B C D B A B A B A 5. 在同一直線上依次有A、B、C三點(diǎn)，且BC=3AB，在A點(diǎn)固定一個(gè)帶正電的小球，在B點(diǎn)引入電量為2.010-8C的試探電荷，其所受電場力為2.010-6N。B點(diǎn)的場強(qiáng)為___________，將該試探電荷移去后，B點(diǎn)的場強(qiáng)為___________，C點(diǎn)的場強(qiáng)為______________。如果要使B點(diǎn)的場強(qiáng)為零，可以在C點(diǎn)放一個(gè)電量是A點(diǎn)處帶電小球的電量的_________倍的________電荷. 答：100N/C，100N/C，6.25N/C，9, 正 Q a b 圖4 6.（xx年廣東理科基礎(chǔ)12）如圖4所示，實(shí)線是一簇未標(biāo)明方向的由點(diǎn)電荷Q產(chǎn)生的電場線，若帶電粒子q（|Q|>>|q|）由a運(yùn)動(dòng)到b，電場力做正功。已知在a、b兩點(diǎn)粒子所受電場力分別為Fa、Fb,則下列判斷正確的是（ A ） A．若Q為正電荷，則q帶正電，F(xiàn)a>Fb B．若Q為正電荷，則q帶正電，F(xiàn)a下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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