高二物理最新教案第十三章电场教案新课标原创 精.docx

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高二物理最新教案第十三章电场教案新课标原创精

第十三章电场

导入新课：

电与我们的生活密切相关，可以说电器器件已普及到生活的每一个角落，对电的认识和理解是我们面对的一个重要课题，从力学知识中我们知道力的作用离不开物质，而电荷间的作用是通过怎样的物质来发生的呢？

在本章中从电荷间的相互作用出发，引导电荷周围存在的一种物质——电场，通过对电场基本性质的认识和理解，进而讲座有关电场知识的应用。

本章讲述的是静电学，具有基本概念抽象、各方面知识综合、实际应用广泛的特点。

在学习中将抽象概念具体化、形象化有得突破学习中的难点，为学好整个电磁学部分奠定坚实的基础。

第一节、电荷库仑定律

一、教学目标

1、知道摩擦起电和感应起电不是创造了电荷，而是使物质中的正负电荷分开。

2、知道电荷守恒定律。

3、知道什么是元电荷。

4、掌握库仑定律，要求知道点电荷的概念，理解库仑定律的含义及其公式表达，知道静电力常量。

5、会用库仑定律的公式进行有关的计算。

二、重难点

重点：

电荷守恒定律、库仑定律。

难点；对静电感应现象的认识和对点电荷概念的理解。

三、教学过程

在初中我们已学过两种电荷及其相互作用，电荷量的概念，摩擦起电的知识，能使物体带电除了摩擦起电外，还可以用一种叫做静电感应的方法。

（一）电荷电荷守恒

1、自然界中只存在正电荷和负电荷两种，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。

2、电荷量：

电荷的多少叫做电荷量，符号Q，单位是库仑（C），简称库。

注意：

通常，正电荷的电荷量用正数表示，负电荷的电荷量用负数表示。

3、摩擦起电

（1）用丝绸摩擦过程的玻璃带正电荷，用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电荷。

（2）摩擦起电的原因：

不同物质的原子核对核外电子的束缚能力不同，摩擦起电的实质是电子的转移，电子转移造成的结果是两相互摩擦的物体带上了等量异种电荷。

注意：

摩擦起电没有创造电荷。

4、静电感应

如图所示，把带正电荷的C球移近彼此接触的导体A和B，可以看到A、B上的金属箔片都张开，这表明A、B都带上了电荷。

如果先把C移走，A和B上的金属箔片就会闭合。

如果先把A和B分开，再移走C，可以看到A、B上的金属箔片仍张开，接着让A和B接触，它们的金属箔片都闭合，这证明A和B分开后所带的是异种等量的电荷，重打捞接触后等量异种电荷发生中和。

（1）静电感应：

把电荷移近不带电的导体，可以使导体带电的现象，叫做静电感应。

（2）感应起电：

利用静电感应使物体带电，叫做感应起电。

（3）静电感应的原因：

把带电球C移近金属导体A和B时，导体上的自由电子被吸引过来，因此导体A和B带上了等量的异种电荷。

感应起电没有创造电荷，而是使物体中的正负电荷分开，将电荷从物体的一部分转移到另一部分。

5、电荷守恒定律

电荷既不能创造，也不能消灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分。

（二）元电荷

1、元电荷：

电荷量e=1.60×10-19C.

2、元电荷是电荷量的单位（以1.60×10-19C作为一个电荷量单位），不是指某电荷。

3、元电荷的值：

e=1.60×10-19C。

4、电子和质子的电荷量均为e，所有带电体的电荷量或者等于e，e的整数倍。

5、比荷：

带电体的电荷量和质量的比值，叫做比荷（

）

电子的比荷为：

（三）库仑定律

1、点电荷：

没有大小的带电体。

（1）点电荷是一个理想化的物理模型，实际上是不存在的。

（2）实际的带电体在本身的大小跟带电体间的距离相比小得多时可看做是点电荷。

注意：

是否可将带电体看做点电荷不是看它本身的尺寸大小。

2、两点电荷间的相互作用力

把一个带正电的物体放在A处，然后把挂在丝线上的带正电的小球先后挂在P1、P2、P3等位置，如图所示，发现挂在P1处时悬线与竖丰方向的偏角最大。

把小球挂在同一位置，增大或减小它所带电荷量时，偏角相应地增大或减小。

（1）影响两点电荷间作用力的因素：

距离和电荷量。

（2）库仑定律——真空中两个点电荷间的静电力（库仑力）。

真空中两个点电荷之间相互作用的电力，跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。

1公式表示：

2静电力常量k：

k=9.0×109N·m2/C2.

3适用条件:

真空中的点电荷,对空气中的点电荷近似适用.

4静电力遵循牛顿第三定律,力的平行四边形定则.

5

任一带电体都右以看成是由许多点电荷组成,任意两点电荷间的作用力都遵守库仑定律,用矢量合成法可求出带电体间的静电力的大小和方向.

（四）例讲:

例1:

见课本.

例2:

如图所示,大小右以忽略不计的带有同种电荷的小球A和B相互排斥,静止时绝缘细线与竖直方向的夹角分别是α和β,且α＜β,两小球在同一水平线上,由此可知（D）

A、B球受到的库仑力较大,电荷量较大；

B、B球的质量较大；C、B球受到的拉力较大；

D、两球接触后，再处于静止的平衡状态时，悬线的偏角α’、β’仍满足α’＜β’。

例3：

见A书。

（五）布置作业。

第二节、电场电场强度

一、教学目标

1、知道电荷间的相互作用是通过电场发生的，电场是客观存在的种特殊物质形态。

2、理解电场强度的概念和定义式，能根据电场强度的定义式进行有关的计算。

3、能推导在真空中的点电荷的场强公式，并能进行有关的计算。

4、知道电场的叠加原理，并能进行简单的叠加计算。

二、重难点

重点：

对电场的理解及其电场强度的定义。

难点：

电场强度的定义式和真空中点电荷的场强公式间的联系和区别。

三、教学过程

从力的概念我们知道，力的作用离不开物质，那么电荷间的相互作用是怎样发生的呢？

经过长期的科学研究，人们认识到是通过一种叫做电场的物质发生相互作用的，在物理学中引入场的概念具有十分深远的意义，我们只有认识了电场，才能深入地理解电荷间的相互作用。

（一）电场：

存在于电荷周围的玫种物质

1、电场是客观存在的一种特殊物质形态，它跟由分子、原子组成的物质不同，几个电场可以同时占有同一个空间。

2、电场的基本性质，对放入其中的电荷有力的作用，这种力叫做电场力。

（1）电场的这种性质称之为电场具有力的性质。

（2）电荷间的作用通过电场发生，是相互的。

A电荷的电场对B电荷产生电场力作用，即B电荷在A电荷的电场中受到电场力作用，反之亦然。

（二）

电场强度E：

描述电场具有力的性质

1、对电场的研究，试探电荷的引入。

如图所示，在电荷Q的电场中，放入试探电荷q。

（1）将同一试探电荷分别放在A、B两点，rA＜rB，有FA＞FB，表示熙的电场比B点的电场强。

（2）在同点A放入不同电量的试探电荷q1、q2。

q1＞q2，有F1＞F2，但

结论：

在Q的电场中，放入试探电荷q在不同点，

一般是不同的，在同一点

是相同的，表明

反映了由Q产生的电场的特性。

2、电场强度

（1）定义：

放入电场中某点的电荷所受的电场力F跟它的电荷量q的比值，叫做该点的电场强度，简称场强。

定义式为：

，它适用于任何静电场。

（2）电场强度是矢量，在物理学中确定电场中某点的场强方向跟正电荷在该点所受的电场力方向相同。

负电荷在电场中某点所受的电场力的方向跟该点的场强方向相反。

（3）场强的单位：

牛/库，符号是N/C。

注意：

场强的单位也可以用伏/米（V/m），1V/m=1N/C。

（4）场台是反映电场本身特性的物理量，与是否存在试探电荷、试探电荷的正或负均无关。

（5）电场力：

F=qE。

由

可知，将电荷q放入电场中场强为E的地方时，q所受的电场力为F，所以电场力大小的计算式为F=qE，式中的E相对Q来说是外电场，电场力的方向根据电荷q的正负和该处的场强方向来判断。

（三）点电荷的场强电场的叠加

1、真空中点电荷周围的电场

在真空中点电荷Q的电场中的P点引入试探电荷q，q所受的库仑力

，由电场强度的定义可得

。

（1）大小：

（2）方向：

Q为正电荷时，E的方向由Q指向P；Q是负电荷时，E的方向由P指向Q。

注意：

（1）

适用于真空中点电荷产生的电场，式中的Q是场源电荷的电量，E与场源电荷Q密切相关；

是场强的定义式，适用于任何静电场，式中的q是试探电荷的电量，E与试探电荷q无关。

（2）在点电荷Q的电场中不存在E相同的两个点。

R相等时，E的大小相等但方向不同；两点在以Q为中心的同一半径上时，E的方向相而大小不等。

2、电场的叠加

（1）电场强度是矢量，几个电场共同存在于某窨时，某处的合场强计算应遵循矢量的运算定则。

（2）电场的叠加原理：

电场中某点的场强等于该点周围各个电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和。

例讲：

例1：

有关对电场强度的理解，相述正确的是（D）

A、由

可知，电场强度E跟放入的电荷q的受的电场力成正比；B、当电场中存在试探电荷时，电荷周围才出现电场这种特殊的物质，才存在电场强度；

C、由

可知，在离点电荷很近，r接近于零，电场强度达无穷大；D、电场强度是反映电场本身特性的物理理，与是否存在试探电荷无关。

例2：

见课本。

例3：

见A书。

第三节、电场线

一、教学目标

1、知道什么是电场线，知道用电场线可以形象地表示电场的方向和强弱。

2、知道一个点电荷、两个等量点电荷、点电荷与带电平行板间的电场线的分布。

3、知道什么是匀强电场，以及匀强电场的电场线的分布。

4、知道两块靠近的平行金属板，大小相等、互相正对，分别带有等量的正负电荷，它们之间的电场（除边缘附近外）是匀强电场。

二、重难点

重点：

用电场线来表示电场的强弱和方向

难点：

电场线跟所表示的电场之间的关系。

三、教学过程

有关电场的概念比较抽象，对抽象的概念形象化能使我们直观地了解和认识电场，在初中我们已学过对于抽象的磁场是用磁感线来形象地进行描述，类似地我们可以引入电场线来对电场进行描述。

（一）电场线

1、概念的引入：

为了反映和描述抽象的电场而引入形象的电场线。

2、电场线：

在电场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟该点的场台方向一致，这们的曲线叫做电场线。

注意：

电场线不是电场里实际存在的线，而是形象地描述电场的假想的线，电场虽然抽象但它是客观存在的物质，电场线虽然形象但它仅是假想的线。

3、电场线的特点

（1）在静电场中，电场线起始于正电荷，终止于负电荷。

对孤立的正电荷，可认为负电荷在无穷远处，电场线由正电荷出发伸向无穷远；对孤立的负电荷，可认为正电荷在无穷远处，电场线由无穷远处伸向负电荷。

（2）

电场线上每点的切线方向跟该点的场强方向一致。

过电场线上某点的切线方向是指跟电场线的行进方向一致的那个方向，如图所示。

（3）电场线的疏密程度表示电场强度的大小，电场线越密的地方，场强越大；电场线越稀的地方，场强越小。

（4）两条电场线不能相交

电场中某处的场强大小和方向是惟一确定的，如果两条电场线相交就不能惟一地确定出场强方向，同时在相交处由于电场线密不可分，因而也不可能反映出场强的大小。

4、电场线的形状可以用实验来模拟。

（二）几种常见的带电体周围的电场线分布

1、点电荷的电场线分布：

正电荷的电场线从正电荷出发延伸到无限远，负电荷的电场线无限远处延伸到负电荷，如图所示。

2、两个等量点电荷的电场线分布：

等量异种电荷的电场线从正电荷出发到负电荷终止；等量同种电荷的电场线从正电荷出发延伸到无限远，或从无限远延伸到负电荷，如图所示。

3、点电荷与带电平板的电场线分布，如图所示。

5、带等量异种电荷两靠近的平行金属板间的电场线分布，如图所示。

上述几种电场中的电场线分布情况可以由感应起电机使静电羽丝线带电，根据殂电羽丝线的分布情况来演示、模拟出电场线的大致分布情况。

（三）匀强电场

1、匀强电场：

电场强度的大小和方向处处相同的电场，叫做匀强电场。

2、匀强电场的电场线：

是一组等间隔的平行线。

3、

匀强电场的实例：

两块靠近的

平行金属板，大小相等，互相正对，分别带有等量的正负电荷，它们之间电场除边缘附近力争上游是匀强电场，如图所示。

（四）例讲：

例1：

用细线将一质量为m，电荷量为q的小球悬挂在天花板的下面，设空气中存在有沿水平方向的匀强电场，当小球静止时把细线烧断，小球将做（C）A、自由落体运动；B、曲线运动；

C、沿悬线的延长线的匀加速运动；D、变加速直线运动。

解析：

烧断细线前，小球受竖直向下的重力G，水平方向的电场力F和悬线的拉力T，并处于平衡状态，现烧断细线，拉力T消失，而重力G和电场力F都没有变化，G和F的合力为恒力，方向沿悬线的延长线方向，所以小球做初速为零的匀加速直线运动。

例2：

如图所示MN是电场中的一条电场线，一电子从a点运动到b点速度在不断地增大，则下列结论正确的是（B）

A、电场是匀强电场；B、该电场线的方向由N指向M；

C、电子在a处的加速度小于在b处的加速度；

D、因为电子从a到b的轨迹跟MN重合，所以电场线实际上就是带电粒子在电场中的运动轨迹。

例3：

见A书。

（五）布置作业。

第四节、静电屏蔽

一、教学目标

1、知道静电感应产生的原因，理解什么是静电平衡状态。

2、理解静电平衡时，导体内部的场强处处为零，电荷只分布在导体的外表面上。

3、知道静电屏蔽及其应用。

二、重难点

重点：

处于静电平衡状态下导体的性质。

难点：

处于电场中的导体达到静电平衡状态的过程分析。

三、教学过程

电荷在电场中受到电场力的作用，在金属导体中，存在大量的自由电子，当导体放入电场后，自由电子由于受到电场力作用北朝鲜做定向移动，这种定向移动导致怎样的结果是我们在本节所关心并解决的问题。

（一）静电平衡状态

1、处于电场中导体的静电感应过程

把金属导体放入匀强电场E0中，导体内部的自由电子在电场力作用下，发生定向移动，如图所示，随着电子定向移动过程的进行，使导体内部的电荷重新分布，在导体两侧出现正负电荷，这些感应出的电荷在导体内部产生与外电场E0反向的电场E’，如图所示，感应电荷的电场E’与外电场E0叠加，使导体内部的电场减弱，只要导体内部的场强不为零，自由电子在电场力作用下继

续定向移动，导体两侧面的正负电荷继续增加，E’继续增大，直到导体内部各点的合场强E0-E’等于零时，自由电子才不做定向移动，如图所示。

2、静电平衡状态：

导体中（包括表面）没有电荷定向移动的状态，叫做静电平衡状态。

（二）处于静电平衡状态下导体的重要特性

1、处于静电平衡状态的导体，内部的场强处处为零。

注意：

导体内部的场强是指感应电荷的电场和外电场的合场强，因此处于静电平衡状态时，感应电荷电场的电场强度与外电场的电场强度必大小相等，方向相反。

2、静电平衡时导体上的电荷分布

（1）分析：

处于静电平衡状态的导体，内部场强处处为零，则导体的内部不可能存在有电荷，若导体内部某处存在有电荷，它附近的场强就不可能为零，导体就不能处于静电平衡状态，因此处于静电平衡状态的导体电荷只就分布在外表面上。

（2）结论：

处于静电平衡状态的导体，电荷只分布在导体的外表面上。

（3）处于静电平衡状态的导体其表面的电荷分布规律为尖端附近电荷分布较多，凹进部分电荷分布较少。

（三）静电屏蔽

1、静电屏蔽：

空腔导体或金属网罩（无论接地与否）可以把外部电场遮住，使其内部不受外电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽。

2、静电屏蔽现象的解释：

处于静电平衡状态的导体，内部场强处处为零，将导体挖空，变成一个导体壳，壳内的场强仍处处为零，金属网罩可以起到导体壳的作用，所以能使导体壳内或金属网罩内的区域不受外部电场的影响。

3、静电屏蔽的应用

（1）电学仪器和电子设备外面的金属罩，通讯电缆外面包的一层铅皮，可以防止外电场的干扰。

（2）电力工人高压带电作业，全身穿戴金属丝网制成的衣、帽、手套、鞋，可以对人体起到静电屏蔽作业，使人安全作业。

（四）例讲：

见A书。

（五）布置作业。

第五节、电势差电势

一、教学目标

1、理解电势差的概念及其定义式

，会根据电荷q在电场中移动时电场力所做的功WAB计算电势差UAB，会根据电势差UAB计算电荷q在电场中移动时电场力所做的功WAB=qUAB。

2、理解电势的概念，知道电势和电势差的关系UAB=

，知道电势差的值与零电势的选取无关。

3、知道在电场中沿着电场线的方向，电势越来越低。

4、知道什么是电势能，知道电场力做功与电势能改变的关系。

二、重难点

重点：

电势差和电势的概念，电场力做功与电势能改变的关系。

难点：

对电势差和电势概念的理解。

三、教学过程

电场要寻处于其中的电荷施加电场力作用，为了反映电场的这种力的性质，我们引入了物理量电场强度加以描述，处于电场中的电荷，它不仅受到电场力作，并且具有了一定的做功本领，从这个角度来看，电场具有能的性质，为了反映电场的这一性质，我们将引入电势差和电势来加以描述。

（一）电势差

1、电场力做功的特点

在匀强电场E中，将一电荷从A点移到B点，如图所示，设A、B两点沿场强方向相距d，现将q分别沿三条不同的路径由A移到B，考察各过程中电场力对q做的功WAB。

结论：

电场力做功跟移动电荷的路径无关。

注意：

此结论虽从匀强电场中推出，但它对于非匀强电场也成立。

2、

从能量的角度反映了电场的性质。

电场力做功WAB与q成正比，与A到B的路径无关，所以

既与q无关，又与A、B间的路径无关，由于做功是能量变化的量度，因此

是从能的角度反映了电场的性质。

3、电势差

（1）定义：

电荷q在电场中由一点A移动到另一点B时，电场力所做的功WAB与电荷量q的比值

，叫做A、B两点间的电势差，用UAB表示，

UAB=

。

（2）电势差是反映电场特性的物理量，只与A、B两点的位置有关，与是否存在电荷q和A、B间的路径无关。

（3）电势差的单位是伏特，简称伏，符号是V，1V=1J/C。

（4）电压：

电势差的绝对值也叫电压。

（5）电场力做功有正负之分，电场力做正功，WAB＞0；电场力做负功，WAB＜0，电荷量也有正负之分，对正电荷取q＞0；对负电荷取q＜0，利用UAB=

计算时，要注意到WAB、q及UAB的正负。

（6）UAB=-UBA，设在电场中移动同一个电荷从A到B电场力做功WAB，从B到A电场力做功WBA，由于电荷回到出发点A，所以WAB+WBA=0，由此可得UAB=-UBA。

（7）电场力做功：

WAB=qUAB。

重力做功与电场力做功类似，可以相互类比（q相当于重力mg，UAB相当高度差h）。

例讲：

见课本。

（二）电势

1、定义：

电场中某点的电势等于该点与参考点之间的电势差，用

表示。

2、电场中某点的电势

在数值上等于单位正电荷由该点移到参考点（零电势）时电场力所做的功。

3、电势的高低与参考点的选取有关，但电势差与参考点的选取无关。

这一关系类似于与参考平面的选取有关，高度差与参考平面的选取无关。

4、参考点的选取：

一般取无穷远处或电场中的接地点为参考点。

5、电势是标量，电势的正负分别表示比参考点的电势高还是低。

6、沿电场线方向电势一定降落。

（三）电势能

电场与重力场有许多相似之处，电势差类似于高度差，电势类似于高度，电场力做功类似于重力做功，物体在重力场中具有重力势能，同样电荷在电场中具有电势能。

1、电场力做功与电势能变化的关系

若用ε表示电势能，则由重力做功与重力势能变化的关系WG=-ΔEP得到WAB=-Δε=-（εB-εA），这表示电场力做多少正功，电势能就养活多少，电场力做多少负功（电荷克服电场力做多少功）电势能就增加多少。

2、电势能与电势的关系

由UAB=

=

可看出电势

，因此电荷在电场中具有电势能

，即电荷在电场中具有的电势能等于电荷量跟该点电势的乘积。

（1）电势能是相对的，解题时要选参考点。

（2）利用

计算时，对正电荷q取正，对负电荷q取负。

（3）电场中某点的电势

由电场本身的性质决定，但电荷q的电势能由电荷的电荷量和所在处电场的电势共同决定。

（四）例讲：

例1：

如图所示，a、b为竖直向上的电场线上的两点，一带电质点在a点由静止释放，沿电场线方向向上运动，到B点恰好速度为零，下列说法中正确的是（ABD）

A、带电质点在a、b两点所受的电场力都是竖直向上的；

B、a点的电势比b点的电势高；

C、带电质点在a点的电势能比在b点的电势能小；

D、a点的电场强度比b点的电场强度大。

例2：

如图所示，在同一条电场线上有A、B、C三点，三点的电势分别是

将电荷量q=-6×10-6C的点电荷从A移到B电场

力做功多少？

电势能变化了多少？

若将该电荷B移到C，电场力做功多少？

电势能变化了多少？

该点电荷在三点中哪一点时电势能最大？

解析：

（1）将点电荷从A移到B，电场力做功：

WAB=qUAB=

。

由WAB=

可知，电场力做了4.2×10-5J的负功,因此电势能增加了4.2×10-5J

（2）将点电荷从B移到C,电场力做功：

WBC=

=-6.0×10-6×（-2）J=1.2×10-5J.

因为电场力做正功1.2×10-5J，所以电势能减少了1.2×10-5J.

（3）由

可知，该点电荷在B处的电势能最大，

=-6.0×10-6×（-2）J=1.2×10-5J.

例3：

见书。

（五）布置作业。

第六节、等势面

一、教学目标

1、知道什么是等势面理解在同一等势面上移动电荷时电场力不做功。

2、知道电场线跟等势面垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面。

3、知道处于静电平衡的导体是等势体，导体表面是等势面。

4、知道实际中常取地球或与地球相连的导体作为电势的参考位置，认为它们的电势为零。

二、重难点

重点：

理解在等势面上移动电荷电场力不做功，电场线跟等势面垂直。

难点：

从等势面的分布来确定电场线的大致分布。

三、教学过程：

我们已引入了电势、电势差来反映电场具有能的性质。

用电势和电势差来描述电场，具有计算方便、测量容易的优点，但对整个电场的电势分布不能给人一目了然的全景，因此我们将引入等势面来形象地反映电场中电势的分布情况。

（一）等势面的概念

1、

等势面：

电场中电势相同的各点构成的面，叫做等势面。

说明：

若从空间转为在平面内研究电场，相应的等势面为等势线。

2、用等势面来表示电场中电势的高低类似于在地图上用等高线表示地形的高低。

3、电场中等势面的形状。

（1）点电荷的电场：

等势面是以点电荷为球心的一族球面，如图所示。

（2）等量异种点电荷的电场：

等势面如图所款，两点电荷连线的中垂面为一个等势面。

（3）等量同种点电荷的电场：

等势面如图所示。

（4）匀强电场：

等势面是垂直于电场线的一族平面，如图所示。

（二）等势面的性质

1、沿同一等势面移动电荷时，电场力不做功

根据WAB=qUAB，在同一等势面上任意两点间的电势差为零，所以电场力做功为零。

2、电场线跟等势面垂直，并且由高电势的等势面指向低电势的等势面。

在同一等势面上移动电荷时，电场力不做功，这表明电荷爱牟电场力方向与电荷的移动方向（在等势面上）始终保持垂直，所在地以电场线跟等势面垂直。

由于沿电场线方向电势一定降低，所以电场线由高电势的等势面指向低电势的等势面。

3、两个电势不等的等势面不能相交

因为电场中某处相对参考点来说电势是确定的，如果两个电势不等的等势面相交，那么在相交处会场出现两个电势值，而不是一个确定的值，所以不同电势的两等势面不能相交。

（三）等势面的用途