高中物理电场线的教案设计

时间:2021-09-09 09:15:17 物理教案 我要投稿

高中物理电场线的教案设计

  一、教学目标

高中物理电场线的教案设计

  1.掌握用电场线表示电场强度的方法;

  2.掌握常见电场的电场线画法;

  3.掌握匀强电场。

  二、教学重点、难点:

  1.电场线的概念及其特点是本节课的重点。

  2.学会用电场线描述电场是学习的重点也是难点。

  三、教学方法:实验演示、计算机辅助教学

  四、教 具:

  1.实验演示:感应起电机一个、验电羽两个,两块带有验电羽的绝缘铝板。

  2.课件演示:计算机、投影仪、大屏幕、自制CAI课件

  五、教学过程:

  (一)复习提问

  1.电场强度的定义及其物理意义是什么?

  2.电场强度的决定因素是什么?

  3. 及 有什么联系与区别?

  4.简述电场强度的叠加原理。

  (二)引入新课

  电场看不见,摸不着,想个什么样的方法来形象地描述它呢?

  在初中,同学们学过磁场,磁场也看不见摸不着;当时用什么方法来形象地描述它呢?用磁感线。

  磁感线是真实存在的呢?不存在,是假想的。用它来形象、直观地描述磁场强弱和方向。

  磁感线在条形磁体外部由N极指向S极,内部由S极指向N极,是闭合曲线,且外部稀疏内部稠密。磁感线有走向,磁感线上某点切线方向为该点磁场方向,也是该点所放小磁针的N极指向,即N极受力方向。磁感线不相交(如图1所示)。

  形象直观地描述磁场用磁感线,形象直观地描述电场呢?

  (三)教学过程设计

  1.电场线概念引入

  英国物理学家法拉第首先引入了电场强度的图象,他在电场中画了一些线,使这些线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致,并使线的疏密表示场强的大小。这些线称为电场线。

  2.几种常见电场的电场线匀强电场

  (1)点电荷电场的电场线

   如图2(a)所示,在A点放正电荷Q,研究该电场的电场线。为此在Q的周围B点放上+1C的点电荷q,它受到的电场力方向在A与B连线上,并且由A指向B,再在A与B连线上取任一点C,放+1C点电荷q,它受的电场力方向仍在连线上,方向由A向C,由于电场线在B与C的切线共线,所以射线AC为一条电场线。同理,由A点出发的所有射线都可以是电场线,但考虑到对电场线的另一要求,它的疏密应表示E的大小,再考虑到空间对称,所以每对相邻电场线间的夹角应该相同,所以电场线应是图2(b)所示的样子。

  对负电荷Q的电场线,只需将正点电荷Q的电场线反向即可。如图2(C)所示。

  (2)等量异号点电荷的电场线

  如图3(a)所示,在A点与B点分别放上点电荷+Q与-Q,并研究它们的电场线的形状。

  首先研究直线AB上的情况,在A与B之间的连线的任一点放上+1C的点电荷q,q受到两个电荷同时作用,而合力方向在A与B的连线上,由此可知,线段AB是一条电场线,方向由A指向B,再将q放于B点右侧直线上的任一点,发现q受的合力方向也在AB连线上,并指向B,所以终止于B点的这条射线也是一条电场线,方向指向B。再将q放于A点左侧直线上的任一点,发现q受的合力方向也在AB直线上,方向由A向外,所以从A点出发的,方向背向A点的这条射线也是一条电场线。A与B连线上的电场线情况如图3(a)所示。

  再研究线段AB的垂直平分线OO'上的情况。为此在其上任一点放上+1C的点电荷q,它受到的两个点电荷的作用力等大,而合力都垂直OO',如图3(b)所示。所以通过OO'的所有电场线都应与OO'垂直。

  再在直线OO'的两侧取D与D',使它们对OO'直线成轴对称。将+1C的点电荷q放于D点,它所受的合力指向斜上方;将q放于D'点,它受的合力指向斜下方。可以看出,从A点出发,经过D、D'回到B的一条曲线是一条电场线,如图3(C)所示。同理,在直线AB的上边与下边可以画出许多这样的电场线,但考虑到电场线的疏密应对应场强的弱强的要求,电场线只能画成图3(d)所示的形状。

  最后应指出,电场线并不只存在于纸面上,而是分布于整个立体空间。要想研究空间某一点的场强情况,只需将纸平面以AB线为轴转动到该点即可。

  (3)等量同号点电荷电场的电场线

  用上述的方法也可以得到等量同号点电荷的电场线,如图4所示。分析方法略去。

  (4)均匀带电的无限大平面电场的电场线

  图5(a)所示为均匀带正电的无限大平面,在平面上任一点A放+1C点电荷q,它所受电场力方向如何?由于空间对称,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、向下的直线,都可能是电场线,但考虑到电场线的疏密应该表示场强的强弱,又考虑到空间对称,因而电场线各处的疏密相同,所以电场线只能画成图5(b)的形状,即电场线是疏密均匀的平行线。对于无限大均匀带负电的.平面,电场线形状图5(C)所示。电场线仍是疏密均匀的平行线,只是指向平面。

  这说明在无限大均匀带电平面的两侧场强大小、方向相同。这种电场称为匀强电场。

  (5)带有等量异号电荷的无限大平行金属板的电场的电场线

  如图6(a)所示,带有等量异号电荷的两个无限大平面平行放置,由于对称,每个平面上电荷的分布是均匀的。

  由场的叠加原理可知,每个带电平面都在它的周围独立地产生电场,而总的电场应为两个分电场的矢量和。图6(b)画出了每个带电平面的电场线,实线代表正电荷的电场线,虚线代表负电荷的电场线。由于它们都是匀强电场,各分场场强大小处处相等,只是方向有差别。在两板之间两场方向相同,叠加后场强增大;在两板外侧,两场方向相反,互相抵消,场强为0,整个电场电场线的形状如图6(c)所示。

  3.电场线的演示

  (1)点电荷电场线的演示

  如图7(a)所示将验电羽与感应起电机的一个放电杆接通,摇动电机,验电羽上丝线会按场强方向排列,因而显示出电场线。可以看出,电场线形状与图2(b)相似。

  (2)演示等量异号点电荷电场线

  放好两个验电羽,如图7(b)所示,再用导线将它们分别与起电机的两个导电杆相连,摇动电机,丝线排列在电场方向上,形成类似图3(d)的形状。

  (3)演示等量同号点电荷电场线

  如图7(b)所示,再用导线将同一个导电杆与两个验电羽相连,摇动起电机,丝线排成形成类似图4的形状。

  (4)演示带有等量异性电荷平行金属板的电场线

  如图7(c)所示用导线将两板分别与起电机的两个放电杆连接,并摇动起电机,丝线就排列在电场线方向上。可以观察到,在两板的中央部分,电场线是平行的,其余边缘部分电场线不平行,如图8所示。这是因为平行金属板并非无限大所致,且非正对面上的丝线 不动,原因是外侧E=0。

  4.总结电场线的性质

  (1)电场线是假想的,不是真实的。

  (2)电场线起于正电荷止于负电荷,电场线不闭合。

  对于单个点电荷,正电荷假想无穷远处有负电荷,电场线终止于那里;负电荷同理。

  (3)电场线的疏密表示电场的强弱。

  (4)电场线不能相交。

  因为在电场中的任一点处只有一个电场强度,方向唯一,如相交则该处出现两个场强方向,所以不能相交。

  (5)电场线不能相切。

  原因:电场线疏密表示强弱,如相切则在切点电场线密度无穷大,这种情况不可能,所以不会相切。

  (四)作业

  1.复习本节课文,分别画出正点电荷,负点电荷,等量异性电荷,等量同性电荷,无限大均匀带电平面,带有等量异性电荷的无限大平行平面的电场线。

  2. 思考课本练习三的(1)、(2)、(3)、(4)、(5)题、

  3.将练习三的第(6)题作在作业本上。

  四、说明

  1.注意强调我们画的是几种典型电场的电场线平面分布图,实际上是空间立体分布的。

  2.强调一定要记住几种典型电场的空间分布。

  3.电场线上某点的切线方向是那点的电场强度方向,是放在那点检验电荷+q的受力方向,也是检验电荷+q在那里所获得的加速度方向。电场线不一定是检验电荷的运动轨迹。

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