高二物理电场和电场强度教案
一、教学目标
1.知识目标:
(1)通过本节课的复习,进一步加深对电场概念的理解,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)加深理解场电荷、检验电荷的概念,深刻理解和掌握电场强度的概念。
(3)能够运用点电荷的电场强度公式进行简单运算。
(4)进一步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。
2.能力目标:
能够运用所学概念、公式进行简单运算,形成一定的解题能力。
二、教学重点、难点
1.进一步深刻理解电场和电场强度的概念是本节课的重点。
2.熟练应用电场强度的概念、场的叠加原理解决有关问题是本节的难点。
三、教学方法:
讲练结合,启发式教学
四、教 具:
幻灯片,上节课所用的课件
五、教学过程:
(一)复习提问
1.什么是电场?电场最基本的特性是什么?
2.用什么物理量来描述电场的强弱?是怎样定义的?是矢量还是标量?
3.电场强度的方向是怎样规定的?计算公式你知道有几个?应用时需要注意什么?
4.什么是电场的叠加原理?
引导学生回答:
1.电场的概念:
(1)电场是存在于电荷周围空间里的一种特殊物质。
只要有电荷存在,电荷周围就存在着电场。
(2)电场的基本性质:电场对放在其中的电荷有力的作用。
(这种力叫电场力)
2.电场强度:
(1)用电场强度来描述。定义:物理学中把放入电场中某一点的检验电荷受到的电场力与它的电量的比值叫做这一点的电场强度。简称场强。
(2)定义式:
(适用于任何电场)
(3)E的方向:
E和力F一样,也是矢量。我们规定电场中某点的场强方向与正电荷在该点所受电场力的方向相同,那么负电荷所受电场力的方向与电场强度方向相反。
(4)E的单位:在国际单位制中E的单位: 牛/库(N/C)
(5)E的物理意义:
①描述某点电场的强弱和方向,是描述电场力的性质的物理量,是矢量。
②某点的场强E的大小和方向取决于电场,与检验电荷的正负、电量及受到的电场力F无关。
③ 只能用来量度电场强弱,而不能决定电场强弱。
④ 为定义式,适用于一切电场
3.点电荷电场的场强:
a、表达式: (此式为决定式,只适用于真空中点电荷的电场)
b、方向:若Q为正电荷,E的方向背离Q,若Q为负电荷,E的方向指向Q。
c、几个点电荷同时存在的空间的电场叠加(场的叠加原理)
如果一个电场由n个点电荷共同激发时,那么电场中任一点的总场强将等于n个点电荷在该点各自产生场强的矢量和。
(应用平行四边形法则)
4、电场力F:
(1)概念:电场力是电荷在电场中受到电场的作用力。
(2)关系:电荷在电场中某点所受到的电场力F由电荷所带电量q与电场在该点的电场强度E两因素决定。即:
①大小:F=qE(电场力的决定式,F和q、E都有关)
②方向:正电荷受电场力方向与E相同,负电荷受电场力方向与E相反。
5、电场强度E和电场力F是两个不同概念
注意点:
1、对象不同
2、决定因素不同
3、方向不一定相同
4、单位不同
(二)进行新课
1.作业讲评
根据上节课学生作业中出现的问题进行适当评析。
2.例题精讲
【例1】带电小球A、C相距30cm,均带正电.当一个带有负电的小球B放在A、C间连线的直线上,且B、C相距20cm时,可使C恰受电场力平衡.A、B、C均可看成点电荷.
①A、B所带电量应满足什么关系?
②如果要求A、B、C三球所受电场力同时平衡,它们的电量应满足什么关系?
学生读题、思考,找学生说出解决方法.
通过对此题的分析和求解,可以加深对场强概念和场强叠加的理解.学生一般从受力平衡的角度进行分析,利用库仑定律求解.在学生解题的基础上做以下分析.
分析与解:
①C处于平衡状态,实际上是要求C处在A、B形成的电场中的电场强度为零的地方.
既然C所在处的合场强为零,那么,C所带电量的正或负、电量的多或少均对其平衡无影响.
②再以A或B带电小球为研究对象,利用上面的方法分析和解决.
答案:①qA∶qB=9∶4,②qA∶qB∶qC=9∶4∶36.
【例2】如图所示,半经为r的硬橡胶圆环上带有均匀分布的正电荷,其单位长度上的带电量为q,现截去环上一小段AB,AB长为 ( ),则剩余部分在圆环中心处O点产生的场强多大?方向如何?
学生思考、讨论,可以请学生谈他们的认识与理解.
通过本题的求解,使学生加强对电场场强叠加的应用能力和加深对叠加的理解.
分析与解:
解法之一,利用圆环的对称性,可以得出这样的结果,即圆环上的任意一小段在圆心处所产生的电场场强,都与相对应的一小段产生的场强大小相等,方向相反,相互叠加后为零.由于AB段被截掉,所以,本来与AB相对称的那一小段所产生的场强就成为了整个圆环产生的电场的合场强。因题目中有条件 ,所以这一小段可以当成点电荷,利用点电荷的场强公式可求出答案.
解法之二,将AB段看成是一小段带正电和一小段带负电的圆环叠放,这样仍与题目的条件相符.而带正电的小段将圆环补齐,整个带电圆环在圆心处产生的电场的场强为零;带负电的一小段在圆心处产生的场强可利用点电荷的场强公式求出,这就是题目所要求的答案.
答案: ,方向指向AB
练习:如图所示,等边三角形ABC的边长为a,在它的顶点B、C上各有电量为Q(0)的点电荷.试求三角形中心处场强E的大小和方向.
学生自己练习求解,以巩固概念.
通过此题的求解,进一步巩固对场强矢量性的认识和场强叠加理解.
3.课堂练习
(1)下列说法中正确的是
A.只要有电荷存在,电荷周围就一定存在着电场。
B.电场是一种物质,它与其他物质一样,是不依赖于我们的感觉而客观存在的。
C.电荷间的相互作用是通过电场而产生的。
D.电场最基本的性质是对处在它里面的电荷有力的作用。
(2)下列说法中正确的`是
A.电场强度反映了电场的力的性质,因此场中某点的场强与检验电荷在该点所受的电场力成正比。
B.场中某点的场强等于 ,但与检验电荷的受力及带电量无关。
C.场中某点的场强方向即检验电荷在该点的受力方向。
D.公式 和 对于任何静电场都是适用的
(3)下列说法中正确的是
A.场强的定义式 中,F是放入电场中的电荷所受的力,q是放入电场中的电荷的电量。
B.场强的定义式 中,F是放入电场中的电荷所受的力,q是产生电场的电荷的电量。
C.在库仑定律的表达式 中, 是点电荷Q2产生的电场在Q1处的场强的大小。
D.无论定义式
中的q值如何变化,在电场中的同一点,F与q的比值始终不变。
(4)讨论电场力与电场强度的区别。
物理量
比较内容电场力电场强度
区 别物理意义电荷在电场中所受的力反映电场的力的属性
决定因素由电荷和电场共同决定仅由电场自身决定
大小F=qEE=F/q
方向正电荷受力与E同向
负电荷受力与E同向规定E的方向为正电荷在该点的受力方向
单位NN/C或V/m
联系F=qE(普遍适用)
(三)小结与反馈练习:
(1) 不能说成E正比于F,或E正比于1/q。
(2)检验电荷q在周围是否产生电场?该电场对电源电荷Q有无作用?若有,作用力大小为多大?该点的场强又为多大?
(3)在求电场强度时,不但要计算E的大小,还需强调E的方向。
(四)作业布置:
1.为了确定电场中P点的电场强度大小,用细丝线悬挂一个带负电荷的小球去探测。当球在P点静止后,测出悬线与竖直方向夹角为37。已知P点场强方向在水平方向上,小球重力为4.010-3N。所带电量为0.01C,取Sin37=0.6,则P点的电场强度大小是多少?
2.真空中,A、B两点上分别放置异种点电荷Q1、Q2,已知两点电荷间引力为1N,Q1=110-5C,Q2=-110-6C。移开Q1,则Q2在A处产生的场强大小是___________N/C,方向是___________;若移开Q2,则Q1在B处产生的场强大小是____________N/C,方向是___________
3.在x轴上有两个点电荷,一个带正电Q1,一个带负电-Q2,且Q1=2Q2.用E1和E2分别表示两个电荷所产生的场强的大小,则在X轴上 [ ]
A.E1=E2之点只有一处,该处合场强为0
B.E1=E2之点共有两处:一处合场强为0,另一处合场强为2E2
C.E1=E2之点共有三处:其中两处合场强为0,另一处合场强为2E2
D.E1=E2之点共有三处:其中一处合场强为0,另两处合场强为2E2
说明:学习本节课需要注意的问题
1.场强是表示电场强弱的物理量,因而在引入电场强度的概念时,应该使学生了解什么是电场的强弱,同一个电荷在电场中的不同点受到的电场力的大小是不同的,所受电场力大的点,电场强。
2.应当使学生理解为什么可以用比值F/q来表示电场强度,知道这个比值与电荷q无关,是反映电场性质的物理量。
比值定义一个新的物理量是物理学中常用的方法,应结合学生前面学过的类似的定义方法,让学生领会电场强度的定义
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