电场 电场强度

【教学目标】

一、知识与技能

1.粗略了解物理学史上对电荷间相互作用力的认识过程。

2.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。

3.理解电场强度的概念及其定义，会根据电场强度的定义进行有关的计算。知道电场强度是矢量，知道电场强度的方向是怎样规定的。

4.能根据库仑定律和电场强度的定义推导点电荷场强的计算式，并能用此公式进行有关的计算。

5.知道场强的叠加原理，并能应用这一原理进行简单的计算。

6.知道常见几种的电场线的特点。

二、过程与方法

1.经历“探究描述电场强弱的物理量”的过程，获得探究活动的体验。

2.领略通过电荷在电场中所受静电力研究电场、理想模型法、比值法、类比法等物理学研究方法。

三、情感态度与价值观

1.体验探究物理规律的艰辛与喜悦。

2.学习科学家严谨科学的态度。

【教学重点】

1.探究描述电场强弱的物理量。

2.理解电场、电场强度的概念，并会根据电场强度的定义进行有关的计算。

【教学难点】

探究描述电场强弱的物理量。

【教学过程】

一、复习提问、新课导入

教师：上一节课我们学习了库仑定律，请同学们回忆一下：库仑定律的内容是什么？

学生回答：略

教师：我们不免会产生这样的疑问：

投影展示问题1：真空中？它们之间相隔一定的距离，又没有直接接触，这种相互作用是如何产生的呢？能不能通过离开地面的物体仍受到重力得到启示？

投影展示“探究影响电荷间相互作用力的因素”。

教师：这幅图大家不陌生，那么相同的小球在不同的位置所受作用力不一样，说明了什么？

学生回答：库仑力的大小与距离有关。

教师：其本质原因又是什么呢？

教师：带着这两个疑问，本节课我们一齐来学习《电场 电场强度》。（板书课题）

二、新课教学

（一）电场

教师：请同学们带着这三个问题来自学“电场”内容，讨论并回答以下问题。

（1）电荷间的相互作用是如何发生的？这一观点是谁提出来的？

（2）请用自己的语言描述一下什么是电场？你能描述一下电场具有什么样的特点吗？

（3）电场有什么本领？

学生自学活动一：

学生回答：（1）略； （2）略；

教师启发引导：场是“物质”──它和分子、原子组成的实物一样，是一种客观存在。电视机、收音机信号的发射与接受就是电磁场在空间的传播；“特殊”──看不见、摸不着；“存在于电荷周围”并板书。

（电场是）存在于电荷周围的一种特殊的物质。

教师：场与实物是物质存在的两种不同形式。

（3）学生回答：对放入其中的电荷有静电力的作用，电荷间的相互作用是通过电场实现的。如图：

（二）科学探究描述电场强弱的方法

教师：下面我们再来探讨：

①相同的小球在不同的位置所受作用力不一样，其本质原因是什么呢？（对照“探究影响电荷间相互作用力的因素”图片说明）

学生回答：电场强弱不同。

②那么如何来描述电场的强弱呢？

教师启发：像速度、密度等寻找一个物理量来表示。

③如何来研究电场？（学生思考）

教师启发引导：电场的本领是对场中的其他电荷具有作用力，这也是电场的最明显、最基本的特征之一。因此在研究电场的性质时，我们可以从静电力入手。（板书研究方法）

教师：对于像电场这样，看不见，摸不到，但又客观存在的物质，可以根据它表现出来的性质来研究它，这是物理学中常用的研究方法。

教师：还需要什么？

学生回答：电场及放入其中的电荷。

教师简述：

①“探究影响电荷间相互作用力的因素”中的试探电荷；

②场源电荷。

师生共析对试探电荷的要求。

教师：下面请同学们仔细观察模拟实验的动画演示，并描述你看到的现象说明了什么：

①不同位置偏角不同；

②增加试探电荷带电量偏角均增加。

学生回答：不同位置受力不同；同一位置试探电荷带电量增加，受力增大，但不同位置受力大小关系不变。

教师：下面我们再通过表格定量地来看一看：

将表格填完整，并分析、比较表格中的数据有什么特点和规律，看你能否得出如何来描述电场的强弱。多媒体展示表格，学生回答后依次填入：①F1、F2、F3及F1＜F2＜F3；②2F1、3F1、4F1、nF1等。

学生活动二：

表一：（P1位置）

表二：（P2位置）

表三：（P3位置）

（学生思考并交流讨论）学生回答：

（1）不同的电荷，即使在电场中的同一点，所受静电力也不同，因而不能直接用试探电荷所受的静电力来表示电场的强弱；

（2）电场中同一点，比值F/q是恒定的，与试探电荷的电荷量无关；（同一张表格）

（3）在电场中不同位置比值F/q不同。（三张表格比较）

（4）离源电荷近的位置比值F/q较大。

师生共同小结：比值由电荷q在电场中的位置决定，与电荷q的电荷量大小无关，它才是反映电场性质的物理量。

教师：在物理学中我们定义放入电场中某点的电荷所受的静电力F跟它的电荷量q的比值，叫做该点的电场强度。并板书。

（三）电场强度

1.定义：

教师：以前我们还学过哪些物理量是用比值法来定义的？

学生回答：略。

教师：从它的定义，电场强度的单位是什么？

学生回答：N/C

介绍另一种单位并板书。

2.单位：N/C或V/m，1N/C＝1V/m

教师结合板画：在电场中不同位置，同种电荷受力方向不同，说明场强是矢量还是标量？

学生（集体）回答：矢量

3.匀强电场

（1）定义：如果电场中各点电场强度的大小相等、方向相同，这个电场就叫做匀强电场。

（2）特点：①电场方向处处相同。②场强大小处处相等。

（四）点电荷的电场 电场强度的叠加

教师结合板画：电场中同一点放入正电荷和负电荷受力方向不同，如何确定场强的方向呢？

教师：在物理学中作出了这样的规定。（板书）

方向：电场中某点电场强度的方向跟正电荷在该点所受静电力的方向相同。

教师：按照这个规定，如果放入电场中的是负电荷呢？

学生回答：与负电荷在电场中某点所受静电力的方向相反。

投影练习：

练习1（加深对场强的理解，探讨点电荷的场强大小与方向）

点电荷是最简单的场源电荷。设一个点电荷的电荷量为+Q，与之相距为r的A点放一试探电荷，所带电荷量为+q。

（1）试用所学的知识推导A点的场强的大小，并确定场强的方向；

（2）若所放试探电荷为-2q，结果如何？

（3）如果移走所放的试探电荷呢？

（请两位同学板演前两问后，共同完成第三问）

师生共同归纳总结：

1.点电荷电场的场强大小与方向。（多媒体动画演示方向的确定方法）

2.电场强度是描述电场（力的）性质的物理量，在静电场中，它不随时间改变。电场中某点的场强完全由电场本身决定，与是否放入电荷，放入电荷的电荷量、电性无关！

练习2（探讨场强的叠加，巩固对场强的理解及公式的灵活运用，加强计算能力培养）

如图所示，真空中有两个点电荷Q1＝+3.0×10-8C和Q2＝－3.0×10-8C，它们相距0.1m，A点与两个点电荷的距离r相等，r＝0.1m。求：

（1）电场中A点的场强；

（2）在A点放入电量q＝－1×10-6C，求它受的电场力。

教师：题中场源电荷不止一个，如何来确定电场中某点的场强？

学生：平行四边形定则

（请两位同学板演）

教师：根据场强的叠加原理对于一个比较大的不能看成点电荷的带电物体产生电场的场强如何确定？

学生思考后回答：无限等分成若干个点电荷。

教师：根据以上方法，同学们设想一下一个半径为R的均匀带电球体（或球壳）外部产生电场的场强，如何求解？

学生思考后回答：等效成电荷量集中于球心的点电荷。

（五）电场线

1.电场线的概念：电场线是画在电场中的一条条有方向的曲线，曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向，电场线不是实际存在的线，而是为了形象描述电场而假想的线

2.展示几种常见的电场线

三、小结

通过本节课的学习，我们知道电荷间的相互作用是通过电场发生的，电场是存在于电荷周围的一种特殊的物质，它最基本的特征是对放入其中的电荷具有力的作用。正是利用电场的这一特性，我们通过研究试探电荷的所受静电力特点，引入了描述电场强弱的物理量──电场强度。电场强度是用比值法定义的，它是矢量，有方向。

电场、电场强度的概念是电学中最重要的概念之一，它的研究方法和定义方法也是物理学中比较常见的方法。