高中物理電場線的教案設(shè)計(jì)

　　一、教學(xué)目標(biāo)

　　1．掌握用電場線表示電場強(qiáng)度的方法；

　　2．掌握常見電場的電場線畫法；

　　3．掌握勻強(qiáng)電場。

　　二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：

　　1．電場線的概念及其特點(diǎn)是本節(jié)課的重點(diǎn)。

　　2．學(xué)會(huì)用電場線描述電場是學(xué)習(xí)的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。

　　三、教學(xué)方法：實(shí)驗(yàn)演示、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)

　　四、教 具：

　　1．實(shí)驗(yàn)演示：感應(yīng)起電機(jī)一個(gè)、驗(yàn)電羽兩個(gè)，兩塊帶有驗(yàn)電羽的絕緣鋁板。

　　2．課件演示：計(jì)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

　　1．電場強(qiáng)度的定義及其物理意義是什么？

　　2．電場強(qiáng)度的決定因素是什么？

　　3． 及 有什么聯(lián)系與區(qū)別？

　　4．簡述電場強(qiáng)度的疊加原理。

　　（二）引入新課

　　電場看不見，摸不著，想個(gè)什么樣的方法來形象地描述它呢？

　　在初中，同學(xué)們學(xué)過磁場，磁場也看不見摸不著；當(dāng)時(shí)用什么方法來形象地描述它呢？用磁感線。

　　磁感線是真實(shí)存在的呢？不存在，是假想的。用它來形象、直觀地描述磁場強(qiáng)弱和方向。

　　磁感線在條形磁體外部由N極指向S極，內(nèi)部由S極指向N極，是閉合曲線，且外部稀疏內(nèi)部稠密。磁感線有走向，磁感線上某點(diǎn)切線方向?yàn)樵擖c(diǎn)磁場方向，也是該點(diǎn)所放小磁針的N極指向，即N極受力方向。磁感線不相交（如圖1所示）。

　　形象直觀地描述磁場用磁感線，形象直觀地描述電場呢？

　　（三）教學(xué)過程設(shè)計(jì)

　　1．電場線概念引入

　　英國物理學(xué)家法拉第首先引入了電場強(qiáng)度的圖象，他在電場中畫了一些線，使這些線上每一點(diǎn)的切線方向都跟該點(diǎn)的場強(qiáng)方向一致，并使線的疏密表示場強(qiáng)的大小。這些線稱為電場線。

　　2．幾種常見電場的電場線勻強(qiáng)電場

　　（1）點(diǎn)電荷電場的電場線

　　 如圖2（a）所示，在A點(diǎn)放正電荷Q，研究該電場的電場線。為此在Q的周圍B點(diǎn)放上+1C的點(diǎn)電荷q，它受到的電場力方向在A與B連線上，并且由A指向B，再在A與B連線上取任一點(diǎn)C，放+1C點(diǎn)電荷q，它受的電場力方向仍在連線上，方向由A向C，由于電場線在B與C的切線共線，所以射線AC為一條電場線。同理，由A點(diǎn)出發(fā)的所有射線都可以是電場線，但考慮到對電場線的另一要求，它的疏密應(yīng)表示E的大小，再考慮到空間對稱，所以每對相鄰電場線間的夾角應(yīng)該相同，所以電場線應(yīng)是圖2（b）所示的樣子。

　　對負(fù)電荷Q的電場線，只需將正點(diǎn)電荷Q的電場線反向即可。如圖2（C）所示。

　　（2）等量異號點(diǎn)電荷的電場線

　　如圖3（a）所示，在A點(diǎn)與B點(diǎn)分別放上點(diǎn)電荷+Q與-Q，并研究它們的電場線的形狀。

　　首先研究直線AB上的情況，在A與B之間的連線的任一點(diǎn)放上+1C的點(diǎn)電荷q，q受到兩個(gè)電荷同時(shí)作用，而合力方向在A與B的連線上，由此可知，線段AB是一條電場線，方向由A指向B，再將q放于B點(diǎn)右側(cè)直線上的任一點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)q受的合力方向也在AB連線上，并指向B，所以終止于B點(diǎn)的這條射線也是一條電場線，方向指向B。再將q放于A點(diǎn)左側(cè)直線上的任一點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)q受的合力方向也在AB直線上，方向由A向外，所以從A點(diǎn)出發(fā)的，方向背向A點(diǎn)的這條射線也是一條電場線。A與B連線上的電場線情況如圖3（a）所示。

　　再研究線段AB的垂直平分線OO＇上的情況。為此在其上任一點(diǎn)放上+1C的點(diǎn)電荷q，它受到的兩個(gè)點(diǎn)電荷的作用力等大，而合力都垂直O(jiān)O＇，如圖3（b）所示。所以通過OO＇的所有電場線都應(yīng)與OO＇垂直。

　　再在直線OO＇的兩側(cè)取D與D＇，使它們對OO＇直線成軸對稱。將+1C的點(diǎn)電荷q放于D點(diǎn)，它所受的合力指向斜上方；將q放于D＇點(diǎn)，它受的合力指向斜下方�？梢钥闯�，從A點(diǎn)出發(fā)，經(jīng)過D、D＇回到B的一條曲線是一條電場線，如圖3（C）所示。同理，在直線AB的上邊與下邊可以畫出許多這樣的電場線，但考慮到電場線的疏密應(yīng)對應(yīng)場強(qiáng)的弱強(qiáng)的要求，電場線只能畫成圖3（d）所示的形狀。

　　最后應(yīng)指出，電場線并不只存在于紙面上，而是分布于整個(gè)立體空間。要想研究空間某一點(diǎn)的場強(qiáng)情況，只需將紙平面以AB線為軸轉(zhuǎn)動(dòng)到該點(diǎn)即可。

　　（3）等量同號點(diǎn)電荷電場的電場線

　　用上述的方法也可以得到等量同號點(diǎn)電荷的電場線，如圖4所示。分析方法略去。

　　（4）均勻帶電的無限大平面電場的電場線

　　圖5（a）所示為均勻帶正電的無限大平面，在平面上任一點(diǎn)A放+1C點(diǎn)電荷q，它所受電場力方向如何？由于空間對稱，可以肯定q受力的方向一定垂直平面a向上，所以垂直平面a的所有向上的、向下的直線，都可能是電場線，但考慮到電場線的疏密應(yīng)該表示場強(qiáng)的強(qiáng)弱，又考慮到空間對稱，因而電場線各處的疏密相同，所以電場線只能畫成圖5（b）的形狀，即電場線是疏密均勻的平行線。對于無限大均勻帶負(fù)電的平面，電場線形狀圖5（C）所示。電場線仍是疏密均勻的平行線，只是指向平面。

　　這說明在無限大均勻帶電平面的兩側(cè)場強(qiáng)大小、方向相同。這種電場稱為勻強(qiáng)電場。

　　（5）帶有等量異號電荷的無限大平行金屬板的電場的電場線

　　如圖6（a）所示，帶有等量異號電荷的兩個(gè)無限大平面平行放置，由于對稱，每個(gè)平面上電荷的分布是均勻的。

　　由場的疊加原理可知，每個(gè)帶電平面都在它的周圍獨(dú)立地產(chǎn)生電場，而總的電場應(yīng)為兩個(gè)分電場的矢量和。圖6（b）畫出了每個(gè)帶電平面的電場線，實(shí)線代表正電荷的電場線，虛線代表負(fù)電荷的電場線。由于它們都是勻強(qiáng)電場，各分場場強(qiáng)大小處處相等，只是方向有差別。在兩板之間兩場方向相同，疊加后場強(qiáng)增大；在兩板外側(cè)，兩場方向相反，互相抵消，場強(qiáng)為0，整個(gè)電場電場線的形狀如圖6（c）所示。

　　3．電場線的演示

　�。�1）點(diǎn)電荷電場線的演示

　　如圖7（a）所示將驗(yàn)電羽與感應(yīng)起電機(jī)的一個(gè)放電桿接通，搖動(dòng)電機(jī)，驗(yàn)電羽上絲線會(huì)按場強(qiáng)方向排列，因而顯示出電場線�？梢钥闯觯�電場線形狀與圖2（b）相似。

　�。�2）演示等量異號點(diǎn)電荷電場線

　　放好兩個(gè)驗(yàn)電羽，如圖7（b）所示，再用導(dǎo)線將它們分別與起電機(jī)的兩個(gè)導(dǎo)電桿相連，搖動(dòng)電機(jī)，絲線排列在電場方向上，形成類似圖3（d）的形狀。

　�。�3）演示等量同號點(diǎn)電荷電場線

　　如圖7（b）所示，再用導(dǎo)線將同一個(gè)導(dǎo)電桿與兩個(gè)驗(yàn)電羽相連，搖動(dòng)起電機(jī)，絲線排成形成類似圖4的形狀。

　�。�4）演示帶有等量異性電荷平行金屬板的電場線

　　如圖7（c）所示用導(dǎo)線將兩板分別與起電機(jī)的兩個(gè)放電桿連接，并搖動(dòng)起電機(jī)，絲線就排列在電場線方向上�？梢杂^察到，在兩板的中央部分，電場線是平行的，其余邊緣部分電場線不平行，如圖8所示。這是因?yàn)槠叫薪饘侔宀⒎菬o限大所致，且非正對面上的絲線 不動(dòng)，原因是外側(cè)E=0。

　　4．總結(jié)電場線的性質(zhì)

　　（1）電場線是假想的，不是真實(shí)的。

　　（2）電場線起于正電荷止于負(fù)電荷，電場線不閉合。

　　對于單個(gè)點(diǎn)電荷，正電荷假想無窮遠(yuǎn)處有負(fù)電荷，電場線終止于那里；負(fù)電荷同理。

　�。�3）電場線的疏密表示電場的強(qiáng)弱。

　�。�4）電場線不能相交。

　　因?yàn)樵陔妶鲋械娜我稽c(diǎn)處只有一個(gè)電場強(qiáng)度，方向唯一，如相交則該處出現(xiàn)兩個(gè)場強(qiáng)方向，所以不能相交。

　�。�5）電場線不能相切。

　　原因：電場線疏密表示強(qiáng)弱，如相切則在切點(diǎn)電場線密度無窮大，這種情況不可能，所以不會(huì)相切。

　　（四）作業(yè)

　　1．復(fù)習(xí)本節(jié)課文，分別畫出正點(diǎn)電荷，負(fù)點(diǎn)電荷，等量異性電荷，等量同性電荷，無限大均勻帶電平面，帶有等量異性電荷的無限大平行平面的電場線。

　　2． 思考課本練習(xí)三的（1）、（2）、（3）、（4）、（5）題、

　　3．將練習(xí)三的第（6）題作在作業(yè)本上。

　　四、說明

　　1．注意強(qiáng)調(diào)我們畫的是幾種典型電場的電場線平面分布圖，實(shí)際上是空間立體分布的。

　　2．強(qiáng)調(diào)一定要記住幾種典型電場的空間分布。

　　3．電場線上某點(diǎn)的切線方向是那點(diǎn)的電場強(qiáng)度方向，是放在那點(diǎn)檢驗(yàn)電荷+q的受力方向，也是檢驗(yàn)電荷+q在那里所獲得的加速度方向。電場線不一定是檢驗(yàn)電荷的運(yùn)動(dòng)軌跡。

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