第十三章 电场Word文档格式.docx
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④法国物理学家库仑,用实验研究了电荷间相互作用的电力,这就是库仑定律.
a:
内容:
b:
表达式
.
c:
k叫静电力常量,k=9×
109N·
m2/C2.
⑤介绍点电荷:
不考虑大小和电荷的具体分布,可视为集中于一点的电荷.
点电荷是一种理想化模型.
介绍把带电体处理为点电荷的条件.
d:
库仑定律给出的虽是点电荷间的静电力,但是任一带电体都可看成是由许多点电荷组成的,据库仑定律和力的合成法则就可以求出带电体间的静电力大小和方向.
4.例题分析:
①用投影片出示例题1.
②学生在投影片上解答.
③抽查评析.
④说明库仑力和万有引力相似之处,并激发同学们的学习兴趣.
(三)巩固练习
相距为L的点电荷A、B的带电量分别为+4Q和-Q,要引入第三个点电荷C,使三个点电荷在库仑力作用下都处于平衡状态,求点电荷C的带电量和放置的位置.
(四)小结:
本节我们主要学习了电荷及库仑定律,在用库仑定律进行计算时,要用电荷量的绝对值代入公式进行计算,然后根据电荷种类来判定是引力还是斥力.
(五)作业:
P94练习一
(六)板书设计:
电点电荷:
带电体的线度远小于相互作用距离
荷元电荷:
.
库电荷守恒:
仑公式
定库仑定律
律内容
二、电场电场强度
1.知道电场的概念;
2.理解电场强度的概念;
3.掌握点电荷的场强及电场的叠加;
4.通过类比方法、比值法定义物理量,提高学生研究问题的能力。
电场和电场强度
关于
和
的理解.
归纳推理法、讲授法.
1:
复习:
①库仑定律的内容和表达式.
②在什么情况下,带电体可当作点电荷处理?
2:
引入电荷之间的相互作用是怎样发生的呢?
1.电场:
(1)电荷周围存在电场(场是物质存在的一种特殊形态).
(2)基本性质:
①放入电场中的任何带电体都将受到电场力的作用.
②电场能使放入电场中的导体产生静电感应现象.
2.电场强度:
(1)定义:
在电场中某位置处一电荷q,它在该点所受电场力F与其电荷量q的比值叫做该点的电场强度,简称场强.
(2)定义式:
(3)方向:
在某点的正电荷受力方向为该点的场强方向.
(4)电场中每一点的电场强度与是否放入电荷无关.
(5)在同一空间,如果有几个静止电荷在空间同时产生电场,那么空间某点的场强是各场源电荷单独存在时在该点所产生的场强矢量和.
(6)点电荷的场强公式:
①点电荷Q在真空中某点产生的场强公式为:
②Q是产生电场的场源电荷的大小.r是所研究点到场源电荷的距离.
3.实例分析:
把一个电荷量q=-10-6C的电荷,依次放在带正电的点电荷Q周围的A、B两处,受到的电场力大小分别是FA=5×
10-3N,FB=3×
10-3N
①画出电荷q在A、B两处的受力方向.
②求出A、B两处的电场强度.
③若在A、B两处分别放上另一个电荷为
C的电荷,受到的电场力多大?
解:
①电荷在A、B两处的受力方向沿它们与点电荷Q的连线向内.
②A、B两处的场强大小分别为:
N/C;
N/C
电场强度的方向决定于正电荷的受力方向,如图所示:
③当在A、B两点放上电荷
时,受到的电场力分别为:
N,
N
其方向与场强方向相同.
(三)小结:
通过本节课的学习,我们认识了物质存在的一种形式——场,并学会了用场的性质来研究它,要体会这种研究方法.
(四)作业:
P97练习二
(五)板书设计
1.有关电场概念的下列说法中,正确的有.
A.电场是物质的一种特殊形态,电荷之间的相互作用,实质上是电荷通过电场对另一电荷产生作用
B.电场只能存在于真空中和空气中,不可能存在于导体之中
C.电场和由分子、原子组成的物体一样都是物质,它们都有体积、质量、能量和温度
D.电场是能够传播的,其传播速率等于光速
2.关于电场强度和电场力的说法正确的是.
A.电场强度和电场力都是反映电场本身的一种物理性质
B.电场强度反映了电场本身的一种物理性质,其大小由放入电场中的电荷受到的电场力大小而定
C.电场中某一点的电场强度反映了电场本身的一种物理性质,其大小与放入电场中的电荷无关
D.电荷在电场中某点受电场力的大小与电场强度的大小、电荷量的大小都有关
3.下列关于电场强度的两个表达式
的叙述,正确的是.
A.
是场强的定义式,F是放入电场中的电荷所受的力,q是产生电场的电荷的电荷量
B.
是电场强度的定义式,F是放入电场中的电荷所受的电场力,q是放入电场中的电荷的电荷量
C.
是真空中点电荷场强的计算公式,Q是产生电场的电荷的电荷量
D.
适用于任何电场,而
只适用于点电荷产生的场强
参考答案:
1.AD2.CD3.BCD
1.关于电场强度的定义式E=F/q,下列说法中正确的是
A.式中F是放入电场中的电荷所受的力,q是放入电场中的电荷的电量
B.电场强度E与电场力F成正比,与放入电荷的电量q成反比
C.电场中某一点的电场强度在数值上等于单位电荷在那一点所受的电场力D.在库仑定律的表达式
中,
是点电荷Q2产生的电场在点电荷Q1所
在处的场强大小;
而
是点电荷Q1产生的电场在点电荷Q2所在处的场强大小
2.下列说法中,正确的是
A.在一个以点电荷为中心、r为半径的球面上,各处的电场强度都相同B.
仅适用于真空中点电荷形成的电场
C.电场强度的方向就是放入电场中的电荷受到的电场力的方向
D.电场中某点场强的方向与检验电荷的正负无关
3.真空中的两个点电荷A、B相距20cm,A带正电
C.已知A对B的吸引力
N,则B在A处产生的场强的大小是N/C,方向;
A在B处产生的场强大小是N/C,方向.
4.正电荷Q位于如图14—2—4所示的坐标原点,另一负电荷-2Q放在何处才能使
P(1,0)点的电场强度为零
A.位于x轴上,x>1B.位于x轴上,x<0
C.位于x轴上,0<x<1D.可以不在x轴上
图14—2—4图14—2—5
5.如图14—2—5所示,
C,
C,Q1、Q2相距12cm,求a、b、c三点的场强大小和方向,其中a为Q1Q2的中点,b为Q1左方6cm处的点,c为Q2右方6cm处的点.
6.在x轴上有两个点电荷,一个带正电Q1,一个带负电-Q2,且Q1=2Q2,用E1和E2分别表示两个电荷所产生的场强的大小,则在x轴上
A.
之点只有一处;
该点合场强为0
B.
之点共有两处;
一处合场强为0,另一处合场强为2E2
C.
之点共有三处;
其中两处合场强为0,另一处合场强为2E2
D.
其中一处合场强为0,另两处合场强为2E2
答案:
1.ACD2.BD
3.1.35×
102,A→B,90,沿AB连线背离A.
4.B
5.
=5N/C,方向向右.
=2.5N/C,方向向左.
=8.75N/C,方向向左.
6.B
三、电场线
1.知道什么是电场线;
2.知道什么是匀强电场;
3.知道一个点电荷,两个等量点电荷,点电荷与带电平行板间的电场线分布;
4.知道匀强电场的电场线分布.
电场线的教学
理解电场线的性质
讲练法、电教法
常见电场的电场线分布的投影片
初中我们也学过一种场,“磁场”,当时我们除了用它表现出来的性质研究它,还通过画磁感线的方法来研究,本节课我们用类似的方法研究电场.
1.电场线:
(1)演示:
利用感应起电机使电场线谱演示器带电,演示器中的发屑按一定方向有规律地排列,模拟电场线的分布.
(2)画出上述模拟的电场线(学生做).
(3)用投影片投影常见的几种电场的电场线.
(4)归纳电场线的特点:
①电场线是为了形象地描述电场而假想的线,并不真实存在;
②电场线起于正电荷,止于负电荷;
③电场线上每一点的切线方向跟这一点的场强方向一致.
④电场线越密的地方,场强越大,电场线越稀的地方,场强越小.
⑤电场线在空间不能相交.
(5)注意电场线不是带电粒子运动的轨迹,在特殊情况下,带电粒子的运动轨迹可以与电场线重合.这些特殊情况是
①电场线是直线;
②电荷的初速为0或初速方向与电场线方向在同一直线上;
③带电粒子只受电场力作用.
2.匀强电场:
(1)用感应起电机使两平行正对的金属板带等量异种电荷,通过悬浮在蓖麻油里的头发屑排列模拟电场线的分布.
(2)结合模拟画出平行板间的电场线分布.
(3)带电平行板之间的电场线是距离相等的平行直线,表明这一区域的场强大小和方向都相同.
(4)得到:
在电场的某一区域,如果场强的大小和方向都相同,这一区域的电场叫匀强电场.
(三)巩固训练:
画出常见的电场线的分布
本节课我们学习了物理学中研究问题的一种重要方法——用电场线形象地描述抽象的电场,并且要注意电场线不是电荷的运动轨迹.
P99练习三①——⑤.
④
③
②①
①
电场线
↓
电场线的特点
⑤
四、静电屏蔽
1.知道静电屏蔽现象;
2.理解静电平衡状态,理解静电平衡导体的场强和静电荷分布特点;
3.培养学生的观察能力;
4..掌握分析和综合等思维方法.
静电平衡导体的场强和静电荷分布的特点.
对处于静电平衡的导体,电荷只分布在导体的外表面上的理解.
实验法、归纳法、讲练法.
验电器、法拉第圆筒.
前边我们初步认识了通过感应起电使物体带电的方法,本节课我们来继续探讨这个问题.
1.静电平衡状态
(1)提出问题:
静电感应的实质是物体中的正负电荷分开并转移的过程,那么是什么力把正负电荷分开的呢?
(2)举例:
把一个不带电的金属导体ABCD放到场强为E0的电场中,导体两侧将感应出不同的电荷,如图所示:
(3)分析:
导体ABCD放到电场中时,导体内的自由电子受到电场力的作用,将向着电场的反向做定向移动,使导体的AB面出现负电荷,CD面因失去电子而出现正电荷.同时,导体两面出现的正负电荷在导体内部产生反方向的电场
,这个电场
与外电场E0叠加,使导体内部的电场减弱,但只要导体内部的场强不为0,自由电子在电场力的作用下就继续移动,导体两面的正负电荷就继续增加,导体内部的场强就进一步削弱,直到导体内部各点的合场强等于0为止,此时,导体内的自由电子不再作定向移动,导体处于静电平衡状态.
(4)用CAI课件模拟上述动态过程,加深学生理解.
(5)总结得到:
导体中(包括表面)没有电荷的定向移动的状态叫静电平衡状态.
2.处于静电平衡状态导体的特点
(1)内部场强为0;
(2)①做课本图14—19的演示实验;
②分析实验现象并得到:
处于静电平衡状态的导体,电荷只分布在导体的外表面上;
③用反证法证明:
假如导体内部某处有电荷,它附近的场强就不可能为0,导体就不可能处于静电平衡状态.
3.静电屏蔽
(1)演示课本图14—20的实验.
(2)介绍什么是静电屏蔽,并重新解释序言中的鸟“安然无恙”的道理.
如图,长为l的导体棒原来不带电,现将一电量为q的点电荷放在与棒的左端距离为R的地方,达到静电平衡后,棒上的感应电荷在O处产生的场强多大?
方向如何?
本节我们学习了电场中的导体,涉及到的方法有:
理论推导法、实验验证法,要注意这些方法的具体应用.
阅读课文、识记静电平衡知识点.
(六)板书设计;
五、电势差电势
1.理解电势差的概念及其定义式UAB=
;
2.理解电势的概念,知道电势差和电势的关系UAB=
A-
B,知道电势差的值与零电势的选择无关;
3.知道在电场中沿电场线的方向,电势越来越低.4.知道什么是电势能,知道电场力做功与电势能改变的关系.
电势差的概念及定义式的应用;
电场力做功与电势能改变的关系
电势差的概念及定义
类比法、讲练法
我们知道在电场中移动电荷时电场力要做功,同时电荷的位置要变化,具有的能量也会发生变化,那么电场力做的功和能量变化之间有什么关系呢?
本节课我们来研究这个问题.
1.电势差
在移动电荷的过程中,电场对电荷所做的功与电荷电量的比值,叫这两点间的电势差.
(3)①A、B两点间的电势差可以是正值或负值,大小等于单位正电荷从A移到B时电场力所做的功.
②电势差的单位——伏(V),如果1C的正电荷在电场中由一点移动到另一点,电场力所做的功为1J,这两点间的电势差是1V.
③电势差的绝对值也叫电压.
④不论电场如何分布,电场力是恒力还是变力,都可用W=qU来计算电功.
2.电势
高度差即高度的差值,电势差亦即电势的差值,如何定义电场中各点的电势呢?
(2)分析:
,若把B点定为零电势点,则A点的电势等于单位正电荷从A点移到零电势点(参考点)时电场力所做的功.
(3)类比:
高度差与零高度位置的选取无关,但高度是相对零高度位置而言的,是相对的.
电势差与零电势点的选取无关,但电势是相对零电势点而言的,与零电势点的选取有关.
3.电势能
(1)类比:
电场与重力场有许多相似之处,电势差类似于高度差,电势类似于高度,电场力做功类似于重力做功,与运动路径无关.物体在重力场中具有重力势能,则电荷在电场中具有电势能.
(2)类比重力做功与重力势能变化之间的关系得到:
电场力做正功,电荷的电势能减少;
电场力做负功,电荷的电势能增加.
(3)电场力做功为正、负的判定方法:
①据WAB=qUAB,计算时将q、UAB的正负号一并代入,结果为正,电场力做正功,结果为负电场力做负功.
②据电场力的方向与位移的方向来判定.
(三)巩固训练
匀强电场的电场线沿水平方向,将负电荷q从A移到B,电势能增加,试判断电场线的方向.
1.电势差与零电势点的选取无关,而电势与零电势点的选取有关;
2.沿电场线方向电势降低;
3.电势能是指电荷在电场中具有的能,它的变化可通过电场力所做功的正负来判定.
P104练习四.
六、等势面
教学目的:
1.知道等势面,知道电场线跟等势面的关系;
2.知道处于静电平衡状态的导体是等势体,导体表面是等势面;
3.理解在同一等势面上移动电荷时电场力不做
1.理解电场线与等势面垂直;
2.理解在同一等势面上移动电荷时电场力不做功.
等势面和电场线的关系
类比法、讲授法
上一节我们学习了什么是电势,我们知道把电场中各个电势相等的点连起来,可能得到一个面,这个面就叫等势面,本节课我们就来学习等势面.
1.等势面
(1)电场中电势相同的各点构成的面叫等势面.
(2)用CAI课件画出几种典型电场的等势面.
①点电荷电场中的等势面,是以电荷为球心的一簇球面;
②等量异同种点电荷电场中的等势面,是两簇对称曲面;
③匀强电场中的等势面,是垂直于电场线的一簇平面.
(3)等势面的特点
①同一等势面上各点的电势相等,在同一等势面上移动电荷时电场力不做功.
注意:
当电荷由等势面上的一点移到等势面上的另一点时,电场力做的总功为0,但在这个过程中,电场力不一定不做功.
②等势面一定和电场线垂直,且电场线总是由电势较高的等势面指向电势较低的等势面.
③等势面密处场强大,等势面疏处场强小.
④不同等势面在空间不相交.
⑤处于静电平衡状态的导体是一个等势体,其表面为一个等势面.
(三)巩固练习:
如图所示为点电荷产生的电场,一检验电荷从A点分别移到B、C、D、E各点,B、C、D、E在以Q为圆心的圆周上,则电场力做功
A.从A到B做功最大B.从A到C做功最大
C.从A到E做功最大B.做功一样大
(一)
作业:
课本P132练习五
(五)板书设计:
定义:
叫等势面.
等
势
面
3:
等势面的形状①匀强电场②点电荷③等量电荷
七、电势差与电场强度的关系
1.理解匀强电场中电势差与电场强度的关系U=Ed,并能推导出这个关系式;
2.会用公式U=Ed进行有关的计算;
通过推导U、E、d之间的关系,培养学生的分析推理能力.
匀强电场中电势差与电场强度的关系
公式U=Ed的正确应用
讲授法、归纳法
电场强度描述电场的力的性质,而电势描述电场的能的性质,且电势差跟电场力做功相联系,那么电场强度E和电势差U又有什么关系呢?
1.推导场强和电势差之间的关系
在匀强电场中,沿电场线方向选取两点A、B,且A、B之间距为d,如图所示,电势差为U,场强为E,把正电荷q从A点移到B点由功的定义和电场强度的定义可知:
W=Fd=qEd
由电势差定义可知
综合上式得到U=Ed
2.总结:
在匀强电场中,沿场强方向的两点间的电势差等于场强与这二点的距离的乘积.
3.将U=Ed改写为
在匀强电场中,场强在数值上等于沿场强方向每单位距离上的电势差.
4.关于U=Ed的适用条件
①匀强电场;
②d是沿场强方向两点间的距离.
(三)小结
本节课我们主要学习了:
1.在匀强电场中,场强在数值上等于沿场强方向每单位距离上的电势差,
2.公式
有它的适用条件.
P108练习六
八、电容器的电容
1.知道电容器以及常用的电容器.2.理解电容的定义式C=
,并会进行有关的计算.3.知道平行板电容器的电容与什么因素有关.
电容的概念及决定电容大小的因素
关于电容器的充放电过程
实验法、归纳法、讲练法
前边我们知道两块平行金属板间的电场是匀强电场,今天我们继续学习一种类似于平行金属板构造的元件——电容器.
1.电容器
(1)在二个正对的平行金属板间夹上一层绝缘物质,就组成一个最简单的电容器——平行板电容器.
(2)类比得到:
任何两个彼此绝缘又相隔很近的导体,都可看作是一个电容器.
(3)出示常用的小电容器并让学生观察.
(4)用CAI课件模拟电容器的充电和放电过程.
①充电过程中由电源获得的能量储存在电场中,称为电场能.
②放电后,两板间不再存在电场,电场能转化为其它形式的能.
2.电容
(1)介绍电容是表示电容器储存电荷特性的物理量.
(2)电容器所带的电荷量与两板间的电势差U的比值,叫做电容器的电容.
则C=
(3)用容器中盛水来类比,加深对电容的理解.
(4)单位:
法拉(F)微法(
F)皮法(pF)
1F=106
F=1012pF
3.平行板电容器的电容
(1)做课本10—43的演示实验
①在每次实验中应使学生明确保持哪些量不变,研究电容和哪个量之间的变化关系:
②注意观察什么现象
(2)对实验现象进行归纳、分析、总结
(3)结论
①平行板电容器的电容跟介电常数成正比,跟正对面积成正比,跟极板间的距离d成反比.
②公式
以本节的思考与讨论为例,分组讨论,得到结果:
1.电容的定义式
2.平行板电容器电容的决定式
3.平行板电容器充电后
①仍与电源相连,两板间的电势差不变
②与电源断开,两板上的电荷量不变
(二)作业:
P137练习七
[例1]连接在电池两极上的平行板电容器,当两极板间的距离减小时
A.电容器的电容C变大
B.电容器极板的带电量Q变大
C.电容器两极间的电势差U变大
D.电容器两极板间的电场强度E变大
解析:
平行板电容器的电容C=εS/4πkd.当两极间距离d减小时,电容C变大,选项A正确.
平行板电容器连接在电池两极上,两板间的电压为定值,选项C错误.
根据电容定义式,C=Q/U,Q=CU,U不变,C变大,所以Q变大,选项B正确.
平行板电容器两板间的电场是匀强电场,E=U/d,U不变,d减小,所以E增大,选项D正确.
正确答案是A、B、D.
讨论:
如果电容器充电后和电源断开,当减小两板间距离时,情况又怎样?
由于充电后断开电源,所以电容器带电量Q不变.
,
保持不变.
说明:
求解平行板电容器问题,首先要分清是U不变还是Q不变,然后用
确定C的变化,再用C=Q/U确定Q或U的变化,最后用E=U/d确定E的变化.记住两个结论:
①保持电容器和电源连接,U不变;
②电容器充电后断开电源,Q不变.
[例2]如图14—8—1所示,S闭合的瞬间和平行板电容器充电稳定后增大两极板距离的过程中,对电阻R来说,有无电流通过,如果有,方向怎样?
S接通的瞬间,尽管电流无法通过电容器,但电容器充电,即上板充正电,下板充负电,故R上有从A到B的电流.待充电完毕后,由于U不变,增大两极板间距离d,C变小,Q=CU也变小,故电容器放电,R上有从B到A的电流.
电容器充电、放电过程中,即电容器的电量变化时,电路中会形成瞬间电流.
判断电容器场强变化的一种简捷思路
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- 第十三章 电场 第十三