電場(chǎng)　電場(chǎng)強(qiáng)度

教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)目標(biāo)
　　1、知道什么是電場(chǎng)；
　　2、理解電場(chǎng)強(qiáng)度的概念，掌握電場(chǎng)強(qiáng)度點(diǎn)的定義式、單位和電場(chǎng)強(qiáng)度方向的規(guī)定；

能力目標(biāo)
　　能夠認(rèn)識(shí)電場(chǎng)的物質(zhì)性，理解物理學(xué)上利用比值來(lái)定義物理量的方法；

情感目標(biāo)
　　電場(chǎng)，雖然看不到、摸不到，但是它實(shí)際存在的，可以根據(jù)它表現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì)研究、認(rèn)識(shí)．這是物理學(xué)中常用的研究方法，學(xué)習(xí)它同時(shí)幫助建立科學(xué)的方法論．

 

教學(xué)建議

重點(diǎn)難點(diǎn)分析

　　1、重點(diǎn)是使學(xué)生理解電場(chǎng)強(qiáng)度的概念及掌握電場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算方法．
　　2、電場(chǎng)強(qiáng)度是描述電場(chǎng)性質(zhì)的物理量之一，是本節(jié)難點(diǎn)．初學(xué)者要注意不要將電場(chǎng)強(qiáng)度和電場(chǎng)力混淆．

關(guān)于電場(chǎng)強(qiáng)度定義的教材分析

　　電場(chǎng)強(qiáng)度雖然由檢驗(yàn)電荷所受到的電場(chǎng)力與電荷量的比值來(lái)定義的物理量，但與檢驗(yàn)電荷無(wú)關(guān)，場(chǎng)強(qiáng)與檢驗(yàn)電荷所受到的電場(chǎng)力不存在正比關(guān)系，與檢驗(yàn)電荷的電荷量之間不存在反比關(guān)系．也就是說(shuō)電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度與放在該點(diǎn)的檢驗(yàn)電荷大小、電荷的正負(fù)、以及該點(diǎn)是否存在檢驗(yàn)電荷無(wú)關(guān)，電場(chǎng)強(qiáng)度與產(chǎn)生電場(chǎng)的源電荷有關(guān)，與這點(diǎn)在電場(chǎng)中的位置有關(guān)．

關(guān)于講解電場(chǎng)概念的教法建議

　　在講解電場(chǎng)概念時(shí)，要注意強(qiáng)調(diào)電場(chǎng)的物質(zhì)性，也就是說(shuō)電荷之間的相互作用是通過(guò)電場(chǎng)這一媒介完成的，由于電場(chǎng)是看不見、摸不到的，但是卻客觀存在，講解時(shí)可以對(duì)比重力場(chǎng)進(jìn)行講解，也可以聯(lián)系現(xiàn)代科技，例如衛(wèi)星信號(hào)的傳送是通過(guò)電磁場(chǎng)這一媒介完成的。

關(guān)于電場(chǎng)強(qiáng)度講解的教法建議

　　電場(chǎng)強(qiáng)度是電學(xué)知識(shí)中最基本的概念之一．它是描述電場(chǎng)的力的屬性的物理量，電場(chǎng)強(qiáng)度的學(xué)習(xí)是本章知識(shí)的難點(diǎn)內(nèi)容．

　　電場(chǎng)強(qiáng)度是描述電場(chǎng)屬性的重要物理量，是教學(xué)的重點(diǎn)，教材中以一個(gè)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)來(lái)講解討論的，同一個(gè)檢驗(yàn)電荷在電場(chǎng)中的不同位置受到的電場(chǎng)力的大小不同，而電場(chǎng)強(qiáng)度的表述是用檢驗(yàn)電荷在電場(chǎng)不同位置所受到的電場(chǎng)力的大小與檢驗(yàn)電荷的電荷量的比值來(lái)定義的．也說(shuō)明電場(chǎng)中不同位置上電場(chǎng)對(duì)電荷的作用不同．在教學(xué)中可以說(shuō)明：在電場(chǎng)中的同一點(diǎn)上，改變檢驗(yàn)電荷的電量，檢驗(yàn)電荷所受到的作用力的大小也成比例的變化，檢驗(yàn)電荷所受到的電場(chǎng)力與電荷量的比值是一恒量由此引出電場(chǎng)強(qiáng)度的概念．

注意電場(chǎng)強(qiáng)度與電場(chǎng)力的區(qū)別與聯(lián)系

項(xiàng)目

電場(chǎng)強(qiáng)度E

電場(chǎng)力F

區(qū)別

物理意義

反應(yīng)電場(chǎng)本身的力的性質(zhì)．

指電荷在電場(chǎng)中所受的力．

決定因素

在電場(chǎng)中某一點(diǎn)，E是一個(gè)恒量．用E=F/q來(lái)量度，它決定于電場(chǎng)本身，而與檢驗(yàn)電荷的存在與否無(wú)關(guān)．

力的大小決定于放在電場(chǎng)力的電荷的電量q，以及電場(chǎng)中這一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小，即F＝qE．

矢量的方向

場(chǎng)強(qiáng)方向與正電荷放在電場(chǎng)里所受電場(chǎng)力的方向相同．

正電荷受電場(chǎng)力方向與場(chǎng)強(qiáng)的方向相同，負(fù)電荷受電場(chǎng)力方向與場(chǎng)強(qiáng)方向相反．

單位

牛/庫(kù) 或者 伏/米

牛

聯(lián)系

F  =  Eq

 

電場(chǎng)  電場(chǎng)強(qiáng)度

一、教學(xué)目標(biāo)

　　1、了解電場(chǎng)的概念．

　　2、理解電場(chǎng)強(qiáng)度的概念．

　　3、掌握電場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算方法．

二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析

　　1、重點(diǎn)是使學(xué)生理解電場(chǎng)強(qiáng)度的概念及掌握電場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算方法．

　　2、電場(chǎng)強(qiáng)度是描述電場(chǎng)性質(zhì)的物理量之一，這是難點(diǎn)．初學(xué)者容易把電場(chǎng)強(qiáng)度跟電場(chǎng)力混同起來(lái)．

三、主要教學(xué)過(guò)程

　　1、復(fù)習(xí)庫(kù)侖定律

　　在真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷的作用力跟它們的電量乘積成正比，跟它們的距離的平方成反比，作用力的方向在它們的連線上，這就是庫(kù)侖定律．

　　2、新課引入

　　任何力的作用都離木開物質(zhì)，腳踢球，腳對(duì)球的力直接作用在球上；狗拉雪橇，狗對(duì)雪橇的拉力是通過(guò)繩子作用的；地球?qū)Φ乇砀浇�物質(zhì)的作用力是通過(guò)重力場(chǎng)——物質(zhì)，作用的；地球與月亮間有萬(wàn)有引力作用力也是因有萬(wàn)有引力場(chǎng)——物質(zhì)；兩電荷間相互作用時(shí)不直接接觸，它們之間的相互作用也是通過(guò)別的物質(zhì)作用的，這就是電場(chǎng)．

　　3、教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

　　（1）電場(chǎng)

　　 a、電荷周圍存在一種特殊物質(zhì)

　　提問(wèn)：既然場(chǎng)是物質(zhì)，為什么我們看不到呢？

　　答：物質(zhì)形式

　　例如可見光波長(zhǎng)由 ，但還有很多波長(zhǎng)的光線我們看不到，但不等于它們不存在．不能以人類感官為標(biāo)準(zhǔn)判定存在與否．場(chǎng)客觀存在的證明是它有力、能的特性．例如重力場(chǎng)對(duì)有質(zhì)量的物體有力的作用，且可對(duì)物體做功，說(shuō)明其能量．電場(chǎng)對(duì)放入其中的電荷Q也有力的作用，可對(duì)Q做功，說(shuō)明其有能量．

　　b、電場(chǎng)的基本性質(zhì)：電場(chǎng)對(duì)放入其中的電荷有力的作用，此力稱電場(chǎng)力．

　　c、靜電場(chǎng)：靜止電荷的電場(chǎng)．

　　場(chǎng)有能和力的特性，我們先看電場(chǎng)中力的性質(zhì)，它是本章的重要內(nèi)容，先以點(diǎn)電荷為例．

　　如圖1所示，在＋Q電場(chǎng)中A點(diǎn)分別放入電荷 、 、 則它們分別受電場(chǎng)力為：

　　

　　看看上式，我們可發(fā)現(xiàn)場(chǎng)電荷Q對(duì)不同的檢驗(yàn)電荷q有不同的電場(chǎng)力，但只要A點(diǎn)位置不變，F與q的比值就不變．

　　若換到B點(diǎn)，則          

　　從上面分析看出：Q固定則電場(chǎng)的空間分布固定，對(duì)于場(chǎng)中某固定點(diǎn)， 值僅與Q、r有關(guān)，與檢驗(yàn)電荷無(wú)關(guān)，它反映的是電場(chǎng)的性質(zhì)，反映的是電場(chǎng)的強(qiáng)弱，稱場(chǎng)強(qiáng)．

　　（2）電場(chǎng)強(qiáng)度

　　a、定義：放入電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電荷受到的電場(chǎng)力跟它的電量的比值叫該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱場(chǎng)強(qiáng)．

　　b、定義式：

　　　F——電場(chǎng)力國(guó)際單位：牛（N）

　　　q——電量國(guó)際單位：庫(kù)（C）

　　　E——電場(chǎng)強(qiáng)度國(guó)際單位：牛／庫(kù)（N／C）

　　c、物理意義；

　　電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度數(shù)值上等于單位正電荷在那里所受的電場(chǎng)力．

　　d、電場(chǎng)強(qiáng)度是矢量，規(guī)定場(chǎng)強(qiáng)方向?yàn)檎�電荷在該點(diǎn)所受電場(chǎng)力方向．電場(chǎng)中同一點(diǎn)，＋q、－q受力方向不同，場(chǎng)強(qiáng)只能有一個(gè)方向，規(guī)定以＋q的受力方向?yàn)檎��?/p>

　例  在圖2中標(biāo)出A、B、C、D四點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向．

　　正點(diǎn)電荷電場(chǎng)中某點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度方向沿連線背離＋Q；負(fù)點(diǎn)電荷電場(chǎng)中某點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度方向

沿連線指向－Q．

　　e、單位：牛／庫(kù)  N／C

　　 借助于點(diǎn)電荷場(chǎng)強(qiáng)推出，可適用于任意電場(chǎng)．

　�。�3）一個(gè)點(diǎn)電荷電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)

　　a、真空中： （與檢驗(yàn)電荷q無(wú)關(guān)，僅與場(chǎng)電荷Q及r有關(guān)）

    b、方向：正電荷在該點(diǎn)受電場(chǎng)力方向（以后還會(huì)遇到各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小，方向均相同的勻強(qiáng)電場(chǎng)）

　�。�4）兩個(gè)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)的疊加原理

　　如圖3所示，在正點(diǎn)電荷 與負(fù)點(diǎn)電荷 產(chǎn)生的電場(chǎng)中有一點(diǎn)A，求A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度 ，由電場(chǎng)強(qiáng)度的定義可知， 在數(shù)值上為＋1C點(diǎn)電荷在A點(diǎn)所受的電場(chǎng)力．今在A點(diǎn)放 C，q將同時(shí)受到 和 的作用，每個(gè)作用力都能單獨(dú)用庫(kù)侖定律求出，就像另一個(gè)電荷不存在一樣，而q受的合力為各分力的矢量和，又因q是1C正電荷，所以它受的電場(chǎng)力在數(shù)值上等于場(chǎng)強(qiáng)，也就是說(shuō)A點(diǎn)的合場(chǎng)強(qiáng)為 與 單獨(dú)在A點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)的矢量和，這就是電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加原理．

　　用電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加原理可以求得任意多個(gè)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度，任何一個(gè)帶電體不管

其電荷分布多么復(fù)雜，都可以視為由許多點(diǎn)電荷組成，因而可以用場(chǎng)強(qiáng)疊加原理求出它的場(chǎng)

強(qiáng)．可以看出，真空中任意多個(gè)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度，僅由場(chǎng)電荷、電場(chǎng)中的位置兩個(gè)因

素決定，而與檢驗(yàn)電荷無(wú)關(guān)．

　�。�5）比較： 和

　　a、 是場(chǎng)強(qiáng)的定義式，適用于任何電場(chǎng)．

　　b、 是點(diǎn)電荷電場(chǎng)中場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算式．

　�。�6）電場(chǎng)強(qiáng)度小結(jié)

　　a、電場(chǎng)中某點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小和方向，均與該點(diǎn)放不放檢驗(yàn)電荷、放哪種電荷、放多大檢驗(yàn)電荷無(wú)關(guān)，是電場(chǎng)自身的性質(zhì)，與外界因素?zé)o關(guān)．對(duì)確定的電場(chǎng)來(lái)說(shuō)，在某點(diǎn)放單位正電荷時(shí)，它受電場(chǎng)力的大小和方向是確定的．

　　b、場(chǎng)強(qiáng)

　　（7）例題

　　例1  場(chǎng)電荷 C，是正點(diǎn)電荷；檢驗(yàn)電荷 C，是負(fù)電荷，它們相距 m而靜止且都在真空中，如圖4所示．求：

　�。�1）q受的電場(chǎng)力．

　　（2）q所在的B點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng) ．

　�。�3）只將q換為 C的正點(diǎn)電荷，再求 受力及B點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)．

　�。�4）將受力電荷拿去后再求B點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)．

　　解  （1）庫(kù)侖定律： N  方向在A與B的連線上，且指向A．

　�。�2）由電場(chǎng)強(qiáng)度的定義：   所以  N／C  方向由A指向B．

　�。�3）由庫(kù)侖定律： N  方向由A指向B． N／C  方向由 A指向 B．

　�。�4）因E與q無(wú)關(guān)，自然 也不會(huì)影響E的大小與方向，所以拿走q后場(chǎng)強(qiáng)不變．

　　例2  如圖 5（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(chǎng)強(qiáng)；

　�。�2）求場(chǎng)強(qiáng)為0的點(diǎn)位置．

　　解（l）在A點(diǎn)放 C，它受力情況如圖5（c）所示，F為q對(duì) 的作用力，9F為

9q對(duì) 的作用力，而合力為8F方向指向q，所以

　�。�2）先分析 的點(diǎn)可能的位置范圍，因在該點(diǎn)放＋1C時(shí)，它受力為零，所以q與9q對(duì)＋1C作用力一定等大反向，因而兩力共線，由此可以斷定 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(shí)，它受的兩個(gè)力都同向，因而不可能抵消，所以 的點(diǎn)一定在兩點(diǎn)電荷中間的連線上．

　　令 的點(diǎn)O距q為 ，如圖（b）所示，＋1C電荷在O點(diǎn)受力為零，所以有

                    （無(wú)意義，舍去）

　　答：（1） 方向指向q．

　�。�2） 的點(diǎn)在q與9q之間，距q為 r／4．

四、說(shuō)明

　　1、對(duì)于電場(chǎng)強(qiáng)度概念的理解注意：

　　（1）定義電場(chǎng)強(qiáng)度

　　無(wú)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(dòng)方向，無(wú)論是誰(shuí)移動(dòng)形成電流．

　　（2）電場(chǎng)強(qiáng)度為自身性質(zhì)，與檢驗(yàn)電荷無(wú)關(guān)．

　　2、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．

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