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電場強(qiáng)度化學(xué)教案

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一、教學(xué)目標(biāo)

1.了解電場的概念

2.理解電場強(qiáng)度的概念

3.掌握電場強(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)生理解電場強(qiáng)度的概念及掌握電場強(qiáng)度的計(jì)算方法。

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

三、主要教學(xué)過程

1.復(fù)習(xí)庫侖定律

在真空中兩點(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,這就是庫侖定律。

2.新課引入

任何力的作用都離不開物質(zhì),腳踢球,腳對球的力直接作用在球上;狗拉雪橇,狗對雪橇的拉力是通過繩子作用的;地球?qū)Φ乇砀浇镔|(zhì)的作用力是通過重力場——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別的物質(zhì)作用的,這就是電場。

3.教學(xué)過程設(shè)計(jì)

(1)電場

a.電荷周圍存在一種特殊物質(zhì)

提問:既然場是物質(zhì),為什么我們看不到呢?

答:物質(zhì)形式實(shí)體(由分子組成);看的見,摸的著。

場(形式):看不見,摸不著,不以人的感官意識為轉(zhuǎn)移的客觀存在。

例如可見光波長由7000~4000,但還有很多波長的光線我們看不到,但不等于它們不存在。不能以人燈感官為標(biāo)準(zhǔn)判一存在與否。場客觀存在的證明是它有力、能的特性。例如重力場對有質(zhì)量的物體有力的作用,用可對物體做功,說明其能量。電場對放入其的電荷Q也有力的作用,可對Q做功,說明其有能量。

b.電場的基本性質(zhì):電場對放入其中的電荷有力的作用,此力稱電場力。

c.靜電場:靜止電荷的電場。

場有能和力的特性,我們先看電場中力的性質(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電場中A點(diǎn)分別放入電荷q1、q2、q3則它們分別受電場力為:

A:F1=F2=;F3=

看看上式,我們可發(fā)現(xiàn)場電荷Q對不同的檢驗(yàn)電荷q有不同的電場力,但只要A點(diǎn)位置不變,F(xiàn)與q的比值就不變。

若換到B點(diǎn),則

從上面分析看出:Q固定則電場的空間分布固定,對于場中某點(diǎn)固定,值僅與Q、r有關(guān),與檢驗(yàn)電荷無關(guān),它反映的是電場的性質(zhì),反映的是電場的強(qiáng)弱,稱場強(qiáng)。

(2)電場強(qiáng)度

a.定義:放入電場中某一點(diǎn)的電荷受到的電場力跟它的電量的比值叫該點(diǎn)的電場強(qiáng)度,簡稱場強(qiáng)。

b.定義式:

E=

F——電場力國際單位:牛(N)

q——電量國際單位:庫(C)

E——電場強(qiáng)度國際單位:牛/庫(N/C)

c.物理意義:

電場中某點(diǎn)的電場強(qiáng)度數(shù)值上等于單位正電荷在那里所受的電場力。

d.電場強(qiáng)度是矢量,規(guī)定場強(qiáng)方向?yàn)檎姾稍谠擖c(diǎn)所受電場力方向。電場中同一點(diǎn),+q、-q受力方向不同,場強(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)的電場強(qiáng)度的方向。

正點(diǎn)電荷電場中某點(diǎn)電場強(qiáng)度方向沿連線背離+Q,負(fù)點(diǎn)電荷電場中某點(diǎn)電場強(qiáng)度方向沿連線指向-Q。

e.單位:牛/庫N/C

E=借助于點(diǎn)電荷場強(qiáng)推出,可適用于任意電場。

(3)一個(gè)點(diǎn)電荷電場的場強(qiáng)

a.真空中:E=(與檢驗(yàn)電荷q無關(guān),僅與場電荷Q及r有關(guān))

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

(4)兩個(gè)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場的疊加原理

如圖3所法,在正點(diǎn)電荷Q1與負(fù)點(diǎn)電荷Q2產(chǎn)生的電場中有一點(diǎn)A,求A點(diǎn)的電場強(qiáng)度EA,由電場強(qiáng)度定義可知,EA在數(shù)值上為+1C點(diǎn)電荷在A點(diǎn)所受的電場力。今在A點(diǎn)放

q=1+C,q將同時(shí)受到Q1和Q2的作用,每個(gè)作用力都能單獨(dú)用庫侖定律求出,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?yàn)閝是1C正電荷,所以它受的電場力在數(shù)值上等于場強(qiáng),也就是說A點(diǎn)的合場強(qiáng)為Q1與Q2單獨(dú)在A瞇產(chǎn)生的場強(qiáng)的矢量和,這就是電場強(qiáng)度的疊加原理。

用電場強(qiáng)度的疊加原理可以求和任意多個(gè)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場強(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,因而可以用場強(qiáng)疊加原理求出它的場強(qiáng)??梢钥闯?,真空中任意多個(gè)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場強(qiáng)度,僅由場是荷、電場中的位置兩個(gè)因素決定,而與檢驗(yàn)電荷無關(guān)。

(5)比較:E=和E=

a.E=是場強(qiáng)的定義式,適用于任何電場。

b.E=是點(diǎn)電荷電場中場強(qiáng)的計(jì)算式。

(6)電場強(qiáng)度小結(jié)

a.電場中某點(diǎn)場強(qiáng)大小和方向,均與該點(diǎn)放不放檢驗(yàn)電荷、放那種電荷、放多大檢驗(yàn)電荷無關(guān),是電場自身的性質(zhì),與外界因素?zé)o關(guān)。對確定的電場來說,在某點(diǎn)放單位正電荷時(shí),它受電場力的大小和方向是確定的。

定義式:E=數(shù)值上等于+1C的電荷受到的電場力,對所有電場都成產(chǎn)。

b.場強(qiáng)方向:正電荷

單位:牛/庫(N/C)

決定因素:場電荷、場中位置

疊加原理

(7)例題

例1.場電荷Q=2×10-4C,是正點(diǎn)電荷:檢驗(yàn)電荷q=2×10-5,是負(fù)電荷,它們相距r=2m而靜止且都在真空中,如圖4所示。求:

(1)q受的電場力。

(2)q所在的B點(diǎn)的場強(qiáng)EB.

(3)只將q換為=4×10-5C的正點(diǎn)電荷,再求受力及B點(diǎn)的場強(qiáng)。

(4)將受力電荷拿去后再求B點(diǎn)場強(qiáng)。

解:(1)庫侖定律:F===9N方向在A與B的連線上,且指向A。

(2)由電場強(qiáng)度的定義:E=所以E==4.5×105N/C方向由A指向B。

(3)由庫侖定律:==18N方向由A指向B。

E=方向由A指向B。

(4)因E與q無關(guān),自然q=0也不會(huì)影響E的大小與方向,所以拿走q后場強(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的場強(qiáng)EA;

(2)求場強(qiáng)為0的點(diǎn)位置。

解(1)在A點(diǎn)放=1C,它受力情況如圖5(c)所示,F(xiàn)為q對的作用力,9F為9q對的作用力,而合力為8F方向指向q,所以

EA=8

方向:向左指向q。

(2)先分析E=0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的連線上,當(dāng)+1C作用力一定等大反向,因而兩力共線,由此可以斷定E=0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E=0的點(diǎn)一定在兩點(diǎn)電荷中間的連線上。