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視頻標簽：電場
所屬欄目：高中物理優(yōu)質課視頻
視頻課題：人教版高中物理選修1-1第一章第二節(jié)電場-貴州省優(yōu)課
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第二節(jié) 電場
教學目標
（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(jù)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．認識電場線和電場強度，懂得用電場線、電場強度描述電場，知道勻強電場 （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 課時安排 2課時
教學過程 第一課時 （一）復習上課時相關知識
問：講出庫侖定律的內容及該定律的適用條件？
答：真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用力的大小跟它們的電荷量的乘積成正比，跟它們的距離的二次方成反比．作用力的方向在兩個點電荷的連線上。適用于真空中，點電荷
師：庫侖定律提示了電荷間的相互作用規(guī)律。兩個電荷不需相互接觸，就能產(chǎn)生相互作用，這種相互作用是靠什么傳遞的呢？
研究這個問題之前，我們先來回憶一下初中所學的磁體之間的相互作用。大家知道兩個磁體
不需相互接觸，也能產(chǎn)生相互作用。誰能告訴大家，磁體間的相互是通過什么發(fā)生的？
生：磁體周圍有一種物質叫磁場，磁體間是通過磁場發(fā)生相互作用的。 師：那么電荷周圍是不是也有類似的情況呢？科學研究對這一類似的猜想提供了有力的支持：電荷周圍確實也存在著一種物質，叫電場。電荷間的相互作用就是通過電場發(fā)生的。 （二）新課教學
第2節(jié) 電場
一、電場： （法拉第提出）
1、電荷的周圍都存在著由它產(chǎn)生的電場。電場是一種物質。（與磁場一樣都是物質的一種形態(tài)）
2、基本性質：能對電場中的電荷有力的作用，這個力叫電場力。前面所學的靜電力（庫侖力）就是一種電場力。
問題：下面請同學們以電荷A與電荷B間相互作用為例，說明電荷A是怎樣對電荷B施加力的作用的，電荷B又是怎樣對電荷A施加力的作
用的？
生：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．
3、電荷間的相互作用力通過電場發(fā)生
電荷A 電荷B 電荷A 電荷B 電場 磁體A 磁體B 磁場
師：在本章中，只討論靜止電荷產(chǎn)生的電場，稱為靜電場。 4、靜電場：靜止電荷產(chǎn)生的電場．
師：電場明顯特征之一是對場中其他電荷具有作用力，因此在研究電場的性質時，可以從研究電場的力的性質入手。
為了方便研究，我們需要引入幾個電荷概念： 2、試探電荷和場源電荷
（1）試探電荷又叫檢驗電荷，它是電荷量和尺寸都充分小，以致可忽略原來電場的影響中，同時又能確切地反映它在電場中的位置。因此試探電荷可以看作是電荷量很小的點電荷，是一種理想化模型，
（2）場源電荷也叫源電荷：產(chǎn)生電場的電荷。
假設我們所研究的電場是由點電荷＋Q所產(chǎn)生的，則點電荷＋Q就是場源電荷。下面把電荷量為＋q的試探電荷分別放在電場中的A、B、C各處（設rA=3rC，rB=2rC），計算電場對＋q的電場力FA，F(xiàn)B、FC 。
可以發(fā)現(xiàn)，同一試探電荷＋q在電場中不同點受到的電場力大小、方向各不相同，且FC＞FB＞FA，這能說明什么問題呢？
引導學生答出：同一電荷在電場中不同的位置，所受的電場力大小、方向各不相同。表明電場中不同位置，強弱不同，方向不同。
繼續(xù)引導：用怎樣的量來表示電場中不同位置的電場強弱與方向呢？剛才，試探電荷q在不同位置受力不同，那么是否可用電場力來表示電場的強弱呢？
生1：應該可以吧。
生2：不可以，對于電場中的同一位置，若放置一個電荷量較小的小電荷q，其受力就
較小，如以此說明電場中該點較弱，那么若在該位置放置一個電荷量較大的小電荷q1
，其受力就會較大，那是否又可以說電場中該點較強，若可以的話，豈不自相矛盾？
生3：……
（此問題，學生可能一下子無法回答，教師可引導，請學生先思考：若將電荷量為＋q的試探電荷1放在C處，所受到的電場力的大小為FC，將電荷量為＋10q的試探電荷2放在
A處，所受到的電場力的大小為FA1，那么還存在FC＞FA1
嗎？然后再做回答。）
繼續(xù)引導：如圖2，我們可以在同一位置A引入不同電荷量的試探電荷，受力又有何結果呢？大家來看對比，在距場源Q為r處，分別放入電荷量不同的試探電荷q1、q2、……，由庫侖定律得F1=
21rkQq①，F(xiàn)2=22
rkQq②，……，F(xiàn)n=2r
kQqn③，可見同一位置不同電荷量的試探電荷受到的力是不等的。顯然不能用試探電荷受的力來表示電場的
強弱。前面學生2講得非常有道理。那么你們再思考一下，我們該用怎樣的量來表示電場的強弱？（目光詢問學生）
師：是什么量使不同電荷量的試探電荷受到的力不等呢？
師生共同分析：顯然，不是電場本身變化了，而是不影響電場的試探電荷的電荷量。到底用什么辦法來衡量電場強弱呢？
大家注意觀察，①，②…③式中
11qF=2
2
qF=…=nnqF=2rkQ
圖2
看看上式，我們可發(fā)現(xiàn)只要A點位置不變，F(xiàn)與q的比值就不變．2
/AkQFqr
若位置變了，那么F與q的比值變不變呢？
換到B點，我們把試探電荷放入在B點，看看：仍然有
1
1
1
1qF=
1
2
1
2qF=…=nnqF11=21
rkQ，
12
/BkQ
Fqr
，位置變了，那么F與q的比值也變了，但還是只要B點位置不變，F(xiàn)與q的比值就不變。
從上面分析看出：場源＋Q固定，則由它產(chǎn)生的電場的空間分布也固定，對于場中某確定的點，試探電荷受到的電場力F與試探電荷的電荷量q的比值F/q是一個不變的量，它僅與Q、r有關，與檢驗電荷無關。現(xiàn)設
q
F
＝E；引入試探電荷q′，則試探電荷q′在該處所受到的電場力F＝Eq，E大處，q′所受電場力F′也大；E小處，q′所受電場力F′也小，這說明比值E可以反映電場某點的強弱。因此可以用這個比值反映電場的強弱，即電場的力的性質，物理學上把它稱為電場強度，簡稱場強．
二、電場強度(E)：是一個描述電場強弱與方向的物理量。
（1）定義：電場中某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。
定義式（大小）：E=F/q （適用于所有電場）
師：物理學中常常用比值定義物理量，用來表示研究對象的
某種性質。以往學習過的物質的ρ=m / v ；導體的電阻R=U/I；速度V=S / t 等物理量都是用比值法來的定義的，它們有共同的特點：凡是用比值法定義的物理量與比值中的幾個物理量無關，則該比值就應是反映了物質的某種性質。如場強E則是反映了電場的力的性質。另外比值定義一個新的物理量的同時，也就確定了這個新物理量與原有物理量之間的關系。
（2）電場強度是由電場本身決定的，它跟電場中是否有試探電荷、試探電荷的電荷量以及試探電荷受到的電場力均無關。它決定于電場的源電荷及空間位置。
（3）單位：N/C ；其物理意義是電場中某點的電場強度數(shù)值上等于單位電荷（1C）在那里所受的電場力的大小．
提出問題：電場強度是矢量，怎樣表示電場的方向呢？
（4）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． 例1 如圖所示，Q為放在真空中的正點電荷，其電荷量為Q。
求：（1）畫出A、B兩點的場強方向。
（2）算出A、B兩點的場強大小。（給出Q、r） （請一名學生板演，其他學生自己做） 教師講評并分析：
（1）場強的大小與方向跟檢驗電荷的有無、電量、電性沒有關系。 （2）場強的大小只由場源電荷和場點到場源的距離來決定。
（3）離場源電荷越近的點場強越大，離場源電荷越遠的點場強越小。
最后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(lián)系． 三、（真空中）點電荷周圍的電場
1、大小：E=kQ/r2 （只適用于真空中點電荷的電場）
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(chǎn)生電場的場源電荷和該點距場源電荷的距離決定的，與檢驗電荷無關．
2、方向：以Q為中心做一球面。當Q是正電荷，E的方向沿半徑向外；當Q是負電荷，E的方向沿半徑向內。
組織學生討論與思考，由學生討論后歸納：
（1）請比較公式E=q
F 和 E=2r
kQ中的q與Q分別表示什么意義？兩個公式的適用條件有
何不同？
（2）根據(jù)公式E=2
r
kQ可知，場點離場源電荷Q越近，該場點處的場強越大，當r→0時，E→∞，顯然這是不可能的，那么該如何理解這個問題？
師：在研究磁場時，根據(jù)放在磁體周圍鐵屑的分布，可以畫出一條條曲線（磁感線）形象地描述磁場。前面我們在研究電荷間的相互作用是通過什么發(fā)生的問題時通過與磁體間的相互作用是通過磁場發(fā)生的相類比，從而認識到電荷的周圍存在由它自身產(chǎn)生的電場。這個類比的成功足以鼓舞我們對電場的研究也可以用類似的方法。 四、電場線（法拉第首先引入）
1、在電場中畫出一些曲線，使曲線上每一點的切線方向都跟該點的場強方向一致。這樣的曲線就叫做電場線。
同樣做出規(guī)定：靜電場中的電場線從正電荷出發(fā)，終止于負電荷或無窮遠；電場線的疏密程度表示電場的強弱。
師：根據(jù)以上電場線的定義，請同學們討論下面的問題（打出問題）：該如何建立點電荷的電場線？
師：請每一組奇數(shù)
排的同學往后轉，與偶數(shù)排的同學組成一小組，展開討論。
+Q A
B
C
2．電場線的建立
1）單個正、負點電荷的電場線
討論過程中提醒：我們可以先從單個正點電荷開始研究。
（討論幾分鐘后）師：好，回到剛才的問題上來（打下一張幻燈片）。
師：虛線上A、B、C的場強方向朝哪里的呢？（打出方向）
師：現(xiàn)在，我們要在這個電場中建立一條線——電場線，它能表達出A、B、C三點的場強情況。那就要使它的切線方向與該點的場強方向一致，這樣的線不就是虛線本身嗎？（畫出實線）
當然，為了表達切線的方向與場強方向一致，還要給它加上箭頭，朝左還是朝右？對，朝右（打出箭頭），這就是這個正點電荷的一條電場線了。
為了表示各處的場強情況，我們應該畫出一系列這樣的線條（依次打出另三條，同時打出另四條），即形成了點電荷的電場線。
果真如此嗎？可以用實驗來（稍停）——模擬。
（模擬后）師：正點電荷的電場線是這樣的，那負點電荷的呢？（稍停后，打出負點電荷的電場線）
師問：為什么這里的箭頭是朝里的呢？
生：可以在電場中引入一個正的試探電荷，其所受的電場力方向就向里，也就是電場強度的方向要向里，這樣電場線的切線方向，在這里也就是電場線的方向就能表示出電場強度的方向了。
2）等量異、同種點電荷的電場線
師：從簡單到復雜，等量異種點電荷的電場又怎么樣呢？
師：請大家，看模擬實驗。
（模擬實驗后）：它是從正電荷出發(fā)終止于負點電荷。剛才，單個正點電荷的電場線是從正電荷出發(fā)到無窮遠，單個負點電荷是從無窮遠到負電荷。
師：等量同種點電荷的電場線（打出來），果真如此嗎？請看模擬。的確如此。
師：這四種電場的電場線的分布圖在課本第9頁中都有了，希望同學們能把這幾幅分布圖都深深地烙在腦海里。但是，不要忘記，這是平面圖，然而，實際的情況是立體的，下面來看它們的三維情況（打出它們的立體動畫）。
（在學生感嘆之時）師：這就是對稱之美，理性之美，物理之美。在這種美之下，電場線存在什么樣的特點呢？
3、電場線特點
（展開第二次的討論）師：按剛才的做法，每一組的奇數(shù)排同學往后轉，與后一排同學組成一個小組，展開討論，歸納（用回顧磁感線來引導）。
生：電場線上每一點的切線方向與該點的場強方向一致（板書）。
生：電場線的疏密表示了電場的弱強（板書）。
師：靜電場中的電場線始于哪里，又到哪里去？
生：如果是單個正點電荷的電場，電場線要從正電荷出發(fā)，到無窮遠；如果是單個負點電荷的電場，電場線則要從無窮遠終止于負電荷。
師：對。如果既有正點電荷，又有負點電荷的電場線？（稍停頓）
生：從正電荷終止于負電荷。
師：且不閉合。
小結：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。
師：不同的電場線在電場中能否相交？請說明理由。
生：電場線不能相交
師：點電荷構成的電場除了上述我們研究的上下、左右、前后都對稱的，其實還有其他的電場。 4、其他電場的電場線
（1）不全對稱電場線
師：我們看一下，不等量異種電荷左右就不對稱了。所以電場的分布與場源的電量多少有很大的關系（用多媒體展
示如圖4）。 究竟有多大關系呢？
（2）勻強電場（線）
實際生活、生產(chǎn)中，兩塊靠近的有限平行帶電板間除邊緣外電場線是一系列等間距的同方向的平行的有向直線。（用多媒體展示如圖5）。
師：這能說明什么呢？
生：說明場強的大小相等，方向相同。
師：也就是說，電場中各點場強的大小相等、方向相同，這樣的電場叫做勻強電場（板書）。
根據(jù)電場線上述的特點，還可以畫出點電荷與帶電平板所形成的電場的電場線（用多媒體展示如圖6）。 （三）想一想：
1、點電荷+q放在A、B兩點上，所受的電場力FA大還是FB大呢？
圖5
圖4
圖6
2、這一點電荷+q僅在電場力作用下由A點從靜止開始運動，那么它將做什么運動呢？ 生：初速度為零的勻加速直線運動。 師：運動軌跡與電場線是不是重合 的？
生：重合。
師：電場線是不是都與點電荷的運動軌跡重合呢？
3、如果電場線水平向右，且要考慮點電荷+q的重力mg，它又將做什么運動呢？它的運動軌跡又會怎么樣？
師：點電荷所做的又是什么運動？ 生：勻加速直線運動。
師：對，也是初速度為零的勻加速直線運動。那這時它的運動軌跡與電場線是不是重合的？
生：不重合。 師：為什么呢？
生：由牛二得：是一條斜向右下方的直線，而電場線是水平的。 師：可見，電場線是不是運動軌跡呢？ 生：不是。
師：當然，假如點電荷q的初速度不同，所受的力不同，點電荷的運動軌跡是不同的，但是這個電場的電場線不會因為點電荷q的變化而變化。所以，電場線不是運動軌跡（板書）。
（四）本課小結
1、本節(jié)課，我們學習了重要的科學研究方法： 用比值法定義物理量
E是用比值法來定義的，E=F/q ，以往學習過的物質的ρ=m / v ；導體的電阻R=U/I；速度V=S / t 等物理量都是用比值法來的定義的，它們有共同的特點：凡是用比值法定義的物理量與比值中的幾個物理量無關，若比值是恒量，則反映了物質某種性質。如場強E則是反映了電場的力的性質。
2、通過推導真空中正點電荷產(chǎn)生的電場中某點電場強度的計算式，讓我們理解了決定場強大小的真正因素。
3、我們從簡單的正點電荷出發(fā)，運用我們的智慧，結合摸擬的實驗方法，建立起了電場線。摸擬的方法也是我們化抽象為形象的一種重要方法。
4、通過討論和理性分析，我們還得出了電場線的特點：
1）疏密表示場強的大小； 2）切線方向與該點的電場強度方向一致； 3）從正電荷出發(fā)終止于負電荷；
5、當然，我們還要注意：電場線不閉合、不相交、不真實、不是軌跡。
第二節(jié) 電場強度
一、電場：（法拉第提出）電荷的周圍都存在著由它產(chǎn)生的電場。是客觀存在的。
1、電荷間的相互作用是通過電場發(fā)生的：電荷 電場 電荷
2、基本性質：對場中的電荷有力的作用，這個力叫電場力。前面講過的庫侖力就是電場力。
二、試探電荷和場源電荷
視頻來源：優(yōu)質課網(wǎng) www.jixiangsibao.com
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