132电场电场强度.docx

132电场电场强度.docx

《132电场电场强度.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《132电场电场强度.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

132电场电场强度

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

二、电场电场强度

1．电场　电场是一种客观存在着的物质

2．电场强度

放入电场中某一点的电荷受到的电场力跟它的电量的比值，叫做这一点的电场强度，

简称场强，单位牛每库，N/C

电场力、电场强度是矢量

规定　电场中某点场强方向跟正点电荷在该点所受电场力的相同。

3．点电荷电场的场强：

4．电场的叠加

（第2课时）

电场电场强度（复习课）

一、教学目标

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。

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．

答案：

E＝

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=qE

E=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

N

N/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4.0×10-3N。

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=1×10-5C，Q2=-1×10-6C。

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。