《5.1 電場 電場強(qiáng)度》教學(xué)設(shè)計

《5.1電場電場強(qiáng)度》教學(xué)設(shè)計【教學(xué)內(nèi)容】第五單元第1節(jié)?！窘虒W(xué)目標(biāo)】1.了解電場是客觀存在的一種特殊物質(zhì)形態(tài)；理解電場強(qiáng)度的概念及其定義式，理解電場強(qiáng)度方向的規(guī)定；理解電場線的意義和性質(zhì)。了解勻強(qiáng)電場的概念。2.能用電場線描述電場，能用電場強(qiáng)度的定義式進(jìn)行簡單的計算；學(xué)會運用觀察、歸納等方法從現(xiàn)象進(jìn)行分析推理、發(fā)現(xiàn)客觀規(guī)律，體會比值法定義物理量。3.通過介紹靜電研究的歷史知識，激發(fā)學(xué)生熱愛科學(xué)的情感，通過實驗觀察、分析推理培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和正確的思維方法?！窘虒W(xué)重點】電場強(qiáng)度的定義及電場線的意義。【教學(xué)難點】對電場強(qiáng)度定義及電場線意義的理解。【教具準(zhǔn)備】橡膠棒、玻璃棒、絲綢、毛皮、驗電器、鐵架臺、通草球等?！窘虒W(xué)過程】◆創(chuàng)設(shè)情境──引出課題1．課件展示：播放視頻及PPT，展示生活及生產(chǎn)中的靜電現(xiàn)象。2．實驗演示：捋不攏的絲線，隨梳飄動的頭發(fā)等等。3．生活現(xiàn)象回顧：彈不掉的灰塵，冬天脫毛衣時的火花與噼啪聲等等。4．教師講述：以上現(xiàn)象的發(fā)生都與靜電有關(guān)，從今天開始我們將探究靜電現(xiàn)象。5．人類研究靜電的歷史回顧在中國，西漢末年已有“頓牟（玳瑁）掇芥（細(xì)小物體之意）”的記載；晉朝時有關(guān)于摩擦起電引起放電現(xiàn)象的記載：“今人梳頭，解著衣時，有隨梳解結(jié)有光者，亦有咤聲”。但對靜電現(xiàn)象的科學(xué)研究卻開始于2000年后的18世紀(jì)，其主要原因，一是當(dāng)時的社會發(fā)展水平尚未出現(xiàn)對電的需求，二是科學(xué)技術(shù)水平落后，無法對研究提供技術(shù)和設(shè)備支持。歷史上，人類研究靜電現(xiàn)象時遇到的主要困難：一是一般物體的帶電量較小，靜電力非常小，沒有精密儀器測量非常小的力；二是沒有電量的單位，無法衡量和控制電荷的多少；三是物體有一定的大小和形狀，電荷在物體上的分布情況不清楚，不好確定兩帶電物體之間的距離。對靜電力的科學(xué)研究，關(guān)鍵是上述問題的解決，誰能解決上述問題，誰就能取得研究的成功?！魧嶒炁c探究──新課學(xué)習(xí)一、兩種電荷及電荷間的相互作用1．摩擦起電及帶電物體的特性演示及學(xué)生實驗：分別用玻璃棒、橡膠棒靠近碎紙屑，它們不會吸引碎紙屑；將玻璃棒與絲綢摩擦，橡膠棒與毛皮摩擦，分別用摩擦后的玻璃棒、橡膠棒靠近碎紙屑，它們吸引碎紙屑。教師講述：通過摩擦，玻璃棒、橡膠棒帶了電，有了電荷，這種帶電方式叫摩擦起電，各種不同物質(zhì)相互摩擦，都可以帶電或有電荷。帶電或有電荷的物體能吸引輕小物體。2．兩種電荷及相互作用教師講述：人類通過探究知道，自然界存在兩種電荷，分別叫做正電荷與負(fù)電荷。人們把與絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷叫做正電荷，將與毛皮摩擦過的橡膠棒所帶的電荷叫做負(fù)電荷。人們還發(fā)現(xiàn)，電荷間有相互作用，同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。3．物體帶電的多少──電量不管用什么方式使物體帶電，總可以使物體帶電的多少不同。物體所帶電荷的多少叫做電荷量，簡稱電量。在國際單位制中，電量的單位是庫侖，簡稱庫，用大寫英文字母“C”表示。4．提出問題帶電物體即使不相互接觸，它們之間也會發(fā)生力的作用。那么，這個力是怎樣產(chǎn)生的？又是怎樣作用給另一個帶電物體的呢？二、電場1．什么是電場？電荷的周圍空間存在電場。不管物體是通過什么方式帶電的，也不管物體處在什么樣的物理環(huán)境中，只要物體帶電，在它周圍的空間就一定存在電場。電場是一種特殊的物質(zhì)。在自然界里，物質(zhì)的存在形式有兩種，一種就是我們平時能夠看得見摸得著的實物，如生活中使用的由各種物質(zhì)構(gòu)成的物體，它們有形態(tài)、色澤、硬度、密度、導(dǎo)電性、功能、結(jié)構(gòu)等方面的差異。物質(zhì)的另一種存在形式就是場，比如電場、磁場等，它們看不見摸不著，但它們能表現(xiàn)出被人們感知的特性，人們就是借助這些特性來研究電場的。2．電場的基本特性電場的基本特性就是對處在其中的電荷有力的作用，這個力稱為電場力或庫侖力。兩個帶電物體間的電場力是通過電場實現(xiàn)的。比如甲乙兩個電荷，甲電荷在它周圍空間建立電場，乙電荷就處在了甲的電場中，受到甲電荷電場的電場力作用；同理，乙電荷在它周圍空間建立電場，甲電荷處在乙電荷的電場中，受到乙電荷電場的電場力作用。通過分析可以知道，電荷間的電場力是通過電場發(fā)生的。三、點電荷1．引入背景一般帶電物體，都有大小及形狀的差別，即就是它們帶電量相等，由于它們大小、形狀的不同，使得電荷在物體上的分布情況不同，這會影響到對電荷間相互力的研究。帶電體體積越小，或者描述帶電體大小的線度相比于兩帶電體的距離可以忽略時，帶電體本身的大小對問題研究的影響越小，這種情況下，可以忽略帶電體自身的大小，把帶電體看成是只具有電荷的點。就像研究物體的機(jī)械運動時，把物體看成具有質(zhì)量的點──質(zhì)點一樣。2．點電荷點電荷是為了簡化研究而引入的理想模型，實際的帶電物體，總有一定的體積和形狀，不會是一個“點”，所以點電荷實際上是不存在的。但物理學(xué)研究中的一個重要策略就是舍棄次要因素，抓主要因素。當(dāng)帶電體間的距離比它們的大小尺寸大很多時，它們的大小對于它們之間的電場力的影響是非常小的，影響它們之間電場力的主要因素是各自的電量和它們之間的距離，這時，可以忽略電荷自身的大小，把它們看成是只具有電量的幾何點──點電荷。比如兩個直徑為20cm的帶電球，當(dāng)兩球心的距離為30cm時，由于球的直徑與間距差不多，這種情況下，兩個帶電球就不能視為點電荷；如果兩球心的距離為10m，這時他們的間距遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于球的直徑，球的直徑對與它們間的電場力幾乎沒有影響，可以把它們視為電量集中在球心的點電荷。四、電場強(qiáng)度1．電場中不同位置電場特性的強(qiáng)弱不同（1）科學(xué)家的實驗探究：如圖所示，在帶電體Q產(chǎn)生的電場中的不同點A、B先后放入同一帶電體q，發(fā)現(xiàn)q所受電場力的大小、方向不同，q在A點受到的電場力比在B點時受到的電場力大。（2）實驗結(jié)果剖析：既然兩個位置放置的是同一電荷，那么兩次受到的電場力大小、方向的不同肯定不是q引起的，應(yīng)該是Q的電場引起的，這說明電場有強(qiáng)弱、方向的差別。如上述實驗中，帶電體Q電場中A點的電場比B點的電場強(qiáng)一些。2．電場強(qiáng)度（1）科學(xué)家的實驗探究：如圖所示，在帶電體Q產(chǎn)生的電場中的不同點A、B先后放入另一帶電體q'，發(fā)現(xiàn)它在A、B兩點時受到的電場力與q不同，但對于A點來說，q及q'所受的電場力與電量的比值卻一樣；對于B點來說，q及q'所受的電場力與電量的比值也一樣。而且A點的這個比值比B點的這個比值大，而我們已經(jīng)知道A點的電場比B的電場強(qiáng)，這樣可以得出一個結(jié)論，將帶電體放入電場中，放入的帶電體在電場中的某點所受到的電場力與自己的帶電量的比值的大小恰好與電場的強(qiáng)弱相對應(yīng)。在其他任何電場中進(jìn)行探究，也會有這樣的結(jié)果。（2）電場強(qiáng)度的定義放入電場中某一點的電荷所收到的電場力F與它所帶電量q的比值，叫做該點的電場強(qiáng)度（簡稱場強(qiáng)），用符號E表示。（3）單位：N/C（牛頓/庫侖）（4）方向：正的點電荷所受電場力的方向。五、電場線1．引入背景用圖像形象表示電場的強(qiáng)弱和方向。電場強(qiáng)度是描述電場強(qiáng)弱及方向的物理量，因此電場強(qiáng)度、電場線描述的是同一現(xiàn)象，可以說電場線是電場強(qiáng)度的圖示。就像用力的圖示形象描述力的三要素一樣。2．怎樣用電場線描述電場（1）力的圖示中線段的方向表示力的方向，因此可以在電場中畫出有方向的線條，用線條的方向或線條上的切線方向表示電場的方向。（2）可以按上述要求畫出多條線條，電場強(qiáng)（電場強(qiáng)度大）的地方線條密一些，電場弱（電場強(qiáng)度?。┑牡胤骄€條疏一些。這樣線條的相對疏密程度就可以表示電場的強(qiáng)弱（電場強(qiáng)度的大?。?．電場線（1）畫法及意義：可以在電場中畫出一系列從正電荷出發(fā)到負(fù)電荷終止的曲線，使曲線上每一點的場強(qiáng)方向都在該點的切線方向上，這些曲線就叫做電場線。同一電場中，電場線密集的區(qū)域電場強(qiáng)度大一些，電場線稀疏的區(qū)域電場強(qiáng)度小一些；電場線上某點的切線方向表示該點的電場強(qiáng)度方向。4．對靜電場中電場線的討論（1）電場線是人為引進(jìn)形象描述電場的線，在電場中人們總是畫出有限的條數(shù)，不能認(rèn)為兩線條之間的“空白”處沒有電場。（2）電場線總是起始于正電荷，終止于負(fù)電荷。對于孤立的正電荷，可認(rèn)為無限遠(yuǎn)處有一個負(fù)電荷，等著“接收”它“發(fā)出”的電場線；對于孤立的負(fù)電荷，可認(rèn)為無限遠(yuǎn)處有一個正電荷，“發(fā)出”讓它“接收”的電場線。（3）在沒有電荷的地方，任何兩條電場線不相交。因為對于電場中的一個點來說，電場的方向是唯一的，如果兩條電場線在某點相交，就會出現(xiàn)該點電場強(qiáng)度方向不唯一，這與事實相違背。（4）電場線不是帶電粒子在電場中運動的軌跡。5．幾種電場中的電場線（1）孤立正、負(fù)點電荷電場。（2）等量異號、同號點電荷電場中的電場線。六、勻強(qiáng)電場1．勻強(qiáng)電場的概念在電場的某一區(qū)域里，如果各點場強(qiáng)的大小和方向都相同，這一區(qū)域的電場就叫勻強(qiáng)電場。如兩塊相互靠近的帶電平行金屬板間的電場中，除去邊緣附近以外，兩板正對部分空間