2022年高中物理選修（1-1）第一章第四節(jié)《認(rèn)識電場》word教案

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1、2022年高中物理選修（1-1）第一章第四節(jié)《認(rèn)識電場》word教案 一、教學(xué)目標(biāo) 1．知識目標(biāo)： （1）通過對電場概念的學(xué)習(xí)，使學(xué)生明確場的特點(diǎn)，描寫場的方法，并能在頭腦中建立起場的模型和圖象。 （2）理解場電荷、檢驗(yàn)電荷的概念，理解和掌握電場強(qiáng)度的概念。 （3）掌握點(diǎn)電荷的電場強(qiáng)度公式。 （4）理解和掌握電場的疊加原理，會計算簡單的點(diǎn)電荷組產(chǎn)生的電場。 2．能力目標(biāo)： 用比值定義物理量、類比方法的重要研究方法的介紹，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究能力。 3．物理方法教育目標(biāo)： （1）樹立“場”在空間上有分布的觀念，并培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力。 （2）通過“檢驗(yàn)電荷”的概念，使學(xué)生明確

2、物理測量的有效性的觀念。 （3）對點(diǎn)電荷場強(qiáng)公式的分析，使學(xué)生明確理想模型建立的條件。 二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) 1．“場”是物理學(xué)中的重要概念，“場”的概念比較抽象，在中學(xué)物理中，本章又是初次較深入地研究“場”，所以“場”概念的引入，“場”觀念的建立，既是本節(jié)的重點(diǎn)也是本節(jié)的難點(diǎn)。 2．電場強(qiáng)度的概念、場的疊加原理也是本節(jié)的重點(diǎn)。 三、教學(xué)方法： 計算機(jī)輔助教學(xué) 四、教 具： 計算機(jī)、投影儀、大屏幕、自制CAI課件 五、教學(xué)過程： （一）復(fù)習(xí)提問 兩個點(diǎn)電荷電量分別為+4Q、-Q，固定在相距為L的兩點(diǎn)，在何處放一個什么樣的第三點(diǎn)電荷可使第三點(diǎn)電荷保持靜止？ 在兩

3、點(diǎn)電連線延長線上，-Q的一側(cè)距-Qx=L處（復(fù)習(xí)庫侖定律）。 與第三個電荷電量無關(guān)（為建立場強(qiáng)與檢驗(yàn)電荷無關(guān)，及由力的合成向場的疊加過渡做鋪墊）。 （二）引入新課 兩個電荷間存在著相互作用力，上一節(jié)我們定量地研究了兩個點(diǎn)電荷之間的相互作用力的規(guī)律——庫侖定律。 提出問題：在力學(xué)中，我們所學(xué)過的彈力、摩擦力均是接觸力，只有相互接觸的兩個物體之間才有可能產(chǎn)生彈力、摩擦力。兩個電荷之間并不接觸，它們之間的相互作用力是如何實(shí)現(xiàn)的呢？ （三）進(jìn)行新課 1．在同學(xué)回答的基礎(chǔ)上總結(jié)出：兩個電荷之間的相互作用力是通過電場實(shí)現(xiàn)的。任何一個電荷在其周圍空間產(chǎn)生電場，另一個電荷處在它產(chǎn)生的電場中，另一個

4、電荷受到電場對它的作用力——稱為電場力。 （如同學(xué)提出重力、引力，順便提出重力場、引力場的概念，如無人提出暫不引入重力場、引力場。） 電荷在其周圍空間產(chǎn)生電場，靜止的電荷產(chǎn)生的電場是靜電場。電場對處在場中的其他電荷有力的作用。 2．對任何事物的認(rèn)識和理解，都要從它與其他事物的相互關(guān)系（相互作用）入手，從中找出它的基本性質(zhì)，對電場的認(rèn)識也應(yīng)如此。為了認(rèn)識電場，找到描寫電場性質(zhì)的物理量，我們先引入兩個基本概念：場電荷和檢驗(yàn)電荷。 場電荷：產(chǎn)生電場的電荷。 提出問題：什么樣的電荷能產(chǎn)生電場？什么樣的電荷不能產(chǎn)生電場？！為什么還要提出場電荷呢？ 在總結(jié)同學(xué)的回答時，強(qiáng)調(diào)指出這與以前在力

5、學(xué)、熱學(xué)中研究問題時一樣，是研究對象的選取的問題。 檢驗(yàn)電荷：放在我們所研究的電場中，用來檢驗(yàn)該電場的性質(zhì)的電荷。 檢驗(yàn)電荷必須具備的條件：（1）點(diǎn)電荷；（2）電量足夠小，使得當(dāng)將檢驗(yàn)電荷引入電場中時不改變場電荷的分布。 提出問題：為什么檢驗(yàn)電荷必須具備以上兩個條件？ 先總結(jié)必須滿足第二個條件的原因，強(qiáng)調(diào)對于任何物理測量，只有當(dāng)測量工具（儀器）的引入不改變被測對象的性質(zhì)時，或?qū)Ρ粶y對象的影響小到可以忽略不計時，這種測量才有意義，否則這種測量是無意義的。 對于必須滿足第一個條件的原因，留在以后解決。 3．引入電場強(qiáng)度的概念 （1）將同一個檢驗(yàn)電荷q，分別放在電場中的不同點(diǎn)，它所受的

6、電場力的大小和方向一般說來是不同的。 提問：這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果，說明了什么問題？ 總結(jié)同學(xué)回答的情況，強(qiáng)調(diào)：同一電場中不同點(diǎn)的性質(zhì)是不同的，研究電場必須一點(diǎn)一點(diǎn)地研究，即電場在空間有分布。同時回答檢驗(yàn)電荷必須是點(diǎn)電荷的原因。 （2）集中研究電場中的某一點(diǎn)P。 將電量為q1的檢驗(yàn)電荷放在P點(diǎn)，測得它所受的電場力大小為F1；將電量為q2的檢驗(yàn)電荷放在P點(diǎn)，測得它所受的電場力大小為F2；……將電量為qn的檢驗(yàn)電荷放在P點(diǎn)，測得它所受的電場力的大小為Fn。 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在電場中的同一點(diǎn)，檢驗(yàn)電荷的電量q發(fā)生變化，它所受的電場力的大小F也隨之變化（成正比的變化），而電場力的大小F與檢驗(yàn)電荷電量q的比值

7、不變，即 這個比值不隨檢驗(yàn)電荷電量變化，說明它與檢驗(yàn)電荷無關(guān)，它只與電場中這點(diǎn)（P）有關(guān)，它只由電場中這一點(diǎn)決定，所以這個比值可以用來描寫電場中該點(diǎn)的性質(zhì)，將它叫做電場中該點(diǎn)的電場強(qiáng)度的大小。 4．電場強(qiáng)度的定義 電場強(qiáng)度（簡稱場強(qiáng)）是描寫電場有關(guān)力的性質(zhì)的物理量，它是矢量。 檢驗(yàn)電荷在電場中某點(diǎn)所受電場力的大小F與檢驗(yàn)電荷的電量q的比值F/q，叫做電場中該點(diǎn)的電場強(qiáng)度的大小，即 在國際單位制中，電場強(qiáng)度的單位是牛/庫。 5．請同學(xué)根據(jù)庫侖定律和電場強(qiáng)度的定義，推導(dǎo)點(diǎn)電荷的電場強(qiáng)度的表達(dá)式。 （1）先求距場電荷Q為r的一定點(diǎn)P的場強(qiáng)大小和方向。 （2）再將r看成是變量（

8、P點(diǎn)為動點(diǎn)），可得出點(diǎn)電荷Q的電場中任意一點(diǎn)的電場強(qiáng)度的表達(dá)式。 （3）從表達(dá)式，進(jìn)一步說明電場中任一點(diǎn)的電場強(qiáng)度的大小和方向與檢驗(yàn)電荷無關(guān)，完全由場電荷Q和該點(diǎn)的位置所決定。 （4）正的點(diǎn)電荷與負(fù)的點(diǎn)電荷在空間各點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的方向（為以后引入電場線做準(zhǔn)備）。 6．研究點(diǎn)電荷所產(chǎn)生的電場強(qiáng)度，從力的疊加（力的合成）引出場的疊加。 （1）兩個等值異號的點(diǎn)電荷+Q、-Q，相距為L，求連線中點(diǎn)的場強(qiáng)；連線延長線距-Qx點(diǎn)處的場強(qiáng)；連成的垂直平分線上距中點(diǎn)為x處點(diǎn)的場強(qiáng)；當(dāng)x ＞＞L時，這兩點(diǎn)的場強(qiáng)。 （2）在正方形（邊長為a）的四個頂點(diǎn)處各固定一電量為+Q的點(diǎn)電荷，在過四邊形對角線中心

9、O垂直于平面的軸線上距O點(diǎn)x處的場強(qiáng)。 對頂?shù)膬蓚€點(diǎn)電荷在該點(diǎn)產(chǎn)生的場，在垂直于x軸上的分量相互抵消。 （3）半徑為r的均勻帶電圓環(huán)，電量為q，在其軸線上距環(huán)心O距離為x的一點(diǎn)的場強(qiáng)方向沿軸線，其指向由電荷種類確定。 小結(jié)：有了點(diǎn)電荷的場強(qiáng)公式和場的疊加原理，原則上可求任意電荷分布的電場各點(diǎn)的電場強(qiáng)度。強(qiáng)調(diào)點(diǎn)電荷的場強(qiáng)公式的重要性。 例題精講 例1? 場電荷Q=2×10－4C，是正點(diǎn)電荷；檢驗(yàn)電荷q=2×10－5C，是負(fù)電荷，它們相距r=2m而靜止且都在真空中，如圖所示。求： （1）q受的電場力。 （2）q所在的B點(diǎn)的場強(qiáng)EB。 （3）只將q換為q＇=4

10、×10－5C的正點(diǎn)電荷，再求q＇受力及B點(diǎn)的場強(qiáng)。 （4）將受力電荷拿去后再求B點(diǎn)場強(qiáng)。 在A與B的連線上，且指向A。 =4.5×105N/C方向由A指向B。 （4）因E與q無關(guān)，自然q=0也不會影響E的大小與方向，所以拿走q后場強(qiáng)不變。 例2? 如圖（a）所示，點(diǎn)電荷q與9q靜止于真空中，相距r，它們均為正電荷，求： （1）連線中點(diǎn)A的場強(qiáng)EA； （2）求場強(qiáng)為0的點(diǎn)位置。 解? （1）在A點(diǎn)放q＇=1C，它受力情況如圖5（c）所示，F(xiàn)為q對q＇的作用力，9F為9q對q＇的作用力，而合力為8F方向指向q，所以 （2）先分析E=0的點(diǎn)可能的位置范圍，因

11、在該點(diǎn)放+1C時，它受力為零，所以q與9q對+1C作用力一定等大反向，因而兩力共線，由此可以斷定E=0的點(diǎn)在q與9q的連線上，當(dāng)+1C放于q以左及9q以右的連線上時，它受的兩個力都同向，因而不可能抵消，所以E=0的點(diǎn)一定在兩點(diǎn)電荷中間的連線上。 令E=0的點(diǎn)O距q為x，如圖（b）所示，＋1C電荷在O點(diǎn)受力為零，所以有 （2）E=0的點(diǎn)在q與9q之間，距q為r/4。 說明 1．對于電場強(qiáng)度概念的理解注意： 無論放正、負(fù)檢驗(yàn)電荷，E的方向定義為+q受力方向，類似于電流方向定義為正電荷移動方向，無論是誰移動形成電流。 （2）電場強(qiáng)度為自身性質(zhì)，與檢驗(yàn)電荷無關(guān)。 2．

12、我們研究的電荷均處于真空中，如處于空氣中也可近似認(rèn)為是在真空中。 思考題： 1．場強(qiáng)E是描寫電場有關(guān)力的性質(zhì)的物理量。為什么不直接用檢驗(yàn)電荷所受的電場力F來描寫，而要引入電場強(qiáng)度這個物理量？ 目的：進(jìn)一步鞏固場強(qiáng)的概念，明確場強(qiáng)E與電場力F的聯(lián)系與區(qū)別。 2．由點(diǎn)電荷的場強(qiáng)公式，能否求點(diǎn)電荷所在處（即r=0）的場強(qiáng)？結(jié)果如何？為什么？ 目的：進(jìn)一步使學(xué)生明確，點(diǎn)電荷（理想模型）建立的條件。 〔如時間富裕，在課堂上討論，如時間不夠，請學(xué)生在下面思考、討論，下節(jié)課再做總結(jié)〕 （四）課堂小結(jié)（配合flash課件演示。) 1．電場的性質(zhì)：電荷在其周圍空間產(chǎn)生電場，電場對處在場中的其他電

13、荷有力的作用。 2．“場”的特點(diǎn)：在空間有分布，同一電場中的不同點(diǎn)，電場強(qiáng)度的大小和方向不同。 3．電場強(qiáng)度的定義 4．點(diǎn)電荷的場強(qiáng)公式 5．疊加原理 （五）布置作業(yè) 1．復(fù)習(xí)本節(jié)課文。 2．思考練習(xí)二第（1）、（2）題。 3．將練習(xí)二（3）、（4）、（5）、（6）（7）題做作業(yè)。 六、說明 如學(xué)生基礎(chǔ)較好，場的疊加全講；如不好，只講第一個問題即可。 附：板書設(shè)計 二、電場 電場強(qiáng)度 1．電場　 電場是一種客觀存在著的物質(zhì) 2．電場強(qiáng)度 放入電場中某一點(diǎn)的電荷受到的電場力跟它的電量的比值，叫做這一點(diǎn)的電場強(qiáng)度， 簡稱場強(qiáng)，單位牛每庫，N/C 電場力、電場強(qiáng)度是矢量 規(guī)定　 電場中某點(diǎn)場強(qiáng)方向跟正點(diǎn)電荷在該點(diǎn)所受電場力的相同。 3．點(diǎn)電荷電場的場強(qiáng) 4．電場的疊加