鲁科版 (2019)必修 第三册第1章 静电力与电场强度第3节 电场与电场强度一等奖教学设计

电场与电场强度

【教学目标】

【教学重难点】

1．通过电场强度的定义，体会物理量之比定义新物理量的方法。

2．通过模型的建立，能用电场线描绘常见的电场。

【教学过程】

一、导入新课

生活中，我们常会感受到这样两类力：一类是通过接触产生的作用力，如平放在水平桌面上的书与桌面之间的弹力；另一类则是不通过接触产生，可存在于两个相隔一定距离的物体之间，如毛皮摩擦过的橡胶棒靠近细水流，细水流会改变方向。那么，相隔一定距离的物体之间是怎样产生相互作用的呢？下面我们从这个问题开始，学习电场及电场强度等相关内容。

二、新知学习

知识点一  电场及电场力

1．电场：存在于电荷周围的一种特殊物质，电荷之间的相互作用是通过电场传递的。静止电荷产生的电场称为静电场。

2．电场力：电场对处在其中的电荷有力的作用，这种力称为电场力。

[思考判断]

（1）电场是人们为了解释电荷间的作用力，人为创造的，并不是真实存在的。（×）

（2）电场看不见、摸不着，因此电场不是物质。（×）

（3）电场对放入其中的任何电荷都有力的作用。（√）

知识点二  电场强度

1．电场强度

（1）定义：放入电场中某点的试探电荷受到的电场力F与它的电荷量q之比。

（2）定义式：E＝

（3）单位：牛顿每库仑（N/C）

（4）方向：电场强度是矢量，电场中某点的电场强度的方向与正电荷在该点所受的静电力的方向相同，与负电荷在该点所受静电力的方向相反。

2．电场力

（1）公式：F＝qE。

（2）电场强度E从力的角度描述了电场的性质。

[思考判断]

（1）根据电场强度的定义式E＝，可知E与F成正比，与q成反比。（×）

（2）电场中某点的电场强度方向与正电荷受力方向相同，当该点放置负电荷时，电荷受力方向反向，则该点电场强度方向也反向。（×）

知识点三  电场线

[观图助学]

散开的头发大致

显示电场线的分布

带电人体的头发由于静电斥力而竖直散开。

1．电场线：在电场中绘出一些曲线，曲线上任一点的切线方向与该点电场强度的方向一致。

2．电场线的特点

（1）电场线是为了形象描述电场而假想的线，实际并不存在。

（2）任意两条电场线不相交。

因为电场中某点的电场强度的方向沿电场线在该点的切线方向，若电场线相交，那么交点处就会出现两条切线，这时的电场强度失去了方向的唯一性，所以电场线不能相交。

（3）电场线的疏密表示电场的强弱；电场线上某点的切线方向表示该点的电场强度的方向。

（4）电场线总是从正电荷或无穷远出发，终止于无穷远或负电荷，即电场线不闭合，在无电荷处不中断。

[思考判断]

（1）电场线是电荷在电场中的运动轨迹。（×）

（2）电场线的疏密表示电场的弱强。（√）

（3）电场线可以相交，也可以相切。（×）

三、核心探究

核心要点1  电场及电场力

[要点归纳]

（1）电场是一种特殊的物质，并非由分子、原子组成，虽然看不见、摸不着，但它与实物一样客观存在着，它能通过一些性质表现其存在，它与实物一样，也具有物质的一般的重要属性，如质量、能量等。

（2）电荷的周围一定存在电场，静止电荷的周围存在着静电场，本章所研究的规律，有些只适用于静电场。

（3）电荷间的相互作用是通过电场发生的，是通过电场来传递的。

[试题案例]

[例1]下列说法中不正确的是（    ）

A．只要有电荷存在，电荷周围就一定存在着电场

B．电场是一种物质，与其他物质一样，是不依赖我们的感觉而客观存在的

C．电荷间的相互作用是通过电场产生的，电场最基本的性质是对处在它里面的电荷有力的作用

D．电场是人为设想出来的，其实并不存在

解析  凡是有电荷的地方，周围就存在着电场，电荷间的相互作用是通过电场传递的，电场对处在其中的电荷有力的作用，A、C说法正确；电场是一种客观存在的物质，是物质存在的一种形式，不是人为假想出来的，B说法正确，D说法错误。

答案  D

[针对训练1]（多选）下列关于电场的说法正确的是（    ）

A．电场不是客观存在的物质，是为了研究静电力而假想的

B．两电荷之间的相互作用力是一对平衡力

C．电场是客观存在的物质，但不是由分子、原子等实物粒子组成的

D．电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用

解析  电场是物质的一种，是客观存在的，但并不是由分子、原子等组成的，电场线才是假想的，A错误，C正确；两电荷之间的相互作用力是一对作用力和反作用力，B错误；电场对放入其中的电荷有力的作用是电场的基本性质，D正确。

答案  CD

核心要点2  电场强度

[要点归纳]

（1）唯一性：电场中某点的电场强度E是唯一的，是由电场本身的特性（形成电场的电荷及空间位置）决定的，与是否放入试探电荷及放入电荷的电性、电荷量的多少均无关。电场中不同位置的电场强度一般是不同的。

（2）矢量性：电场强度描述了电场的方向，是矢量，其方向与在该点的正电荷所受电场力的方向相同，与在该点的负电荷所受电场力的方向相反。

（3）物理意义：表示电场强弱和方向的物理量，数值上等于单位电荷量的电荷在电场中受到的静电力。

（4）求解电场强度的方法

用定义式E＝求解，适用于任何电场。

（5）电场力

电场力的计算公式F＝qE，如果已知电场中某点的场强E，便可计算在电场中某已知带电体在该点所受静电力的大小。

静电力同库仑力一样都是性质力，但库仑力是点电荷之间的电场力，而静电力是电荷在电场中受力的统称。

[试题案例]

[例2]如图所示，A为带正电，电荷量为Q的金属板，沿金属板的垂直平分线在距离板r处放一质量为m、电荷量为q的小球，小球受水平向右的电场力作用而偏转θ角后静止。设小球用绝缘细线悬挂于O点，求小球所在处的电场强度。

点拨  这里，带电金属板A的大小和形状与两带电体之间的距离相比是不能忽略的，故带电金属板不能看成点电荷。

解析  分析小球的受力如图所示，由平衡条件得

F电＝mgtan θ

由电场强度的定义式得小球所在处的电场强度E＝＝mg

由于小球带正电，所以小球所在处的电场强度方向水平向右。

答案  mg  方向水平向右。

[针对训练2]一检验电荷Q1，其所带电荷量q＝4×10－9 C，在电场中P点受到的电场力F＝6×10－7 N。求：

（1）P点的电场强度大小；

（2）没有检验电荷时，P点的电场强度大小；

（3）放一电荷量为q′＝1.2×10－6 C的点电荷Q2在P点，受到的电场力F′是多大？

答案  （1）1.5×102 N/C  （2）1.5×102 N/C  （3）1.8×10－4 N

核心要点3  电场线

[要点归纳]

1．点电荷的场强分布

（1）离点电荷越近，电场线越密集，电场强度越大。

（2）点电荷形成的电场中，不存在场强相同的点。

（3）若以点电荷为球心作一个球面，电场线处处与球面垂直。在此球面上电场强度大小处处相等，方向各不相同。

2．等量点电荷

（1）等量异种点电荷

“手牵手，心连心”相吸状

①两点电荷连线之间，电场强度的大小先减小后增大，中点O的电场强度最小。

②连线中垂线上，O点的电场强度最大，沿中垂线从O到无穷远，电场强度一直减小。

（2）等量同种点电荷

“势不两立”相斥状

①两点电荷连线之间的电场强度的大小先变小后变大，中点O的场强为零。

②连线中垂线上，沿中垂线从O点到无穷远，电场强度先增大后减小。

[试题案例]

[例3]某电场的电场线分布如图所示，下列说法正确的是（    ）

A．c点的电场强度大于b点的电场强度

B．若将一试探电荷＋q由a点静止释放，只在静电力作用下它将沿电场线运动到b点

C．b点的电场强度大于d点的电场强度

D．a点和b点的电场强度的方向相同

解析  电场线的疏密表征了电场强度的大小，由题图可知Ea<Eb，Ed>Ec，Eb>Ed，故选项C正确，A错误；由于电场线是曲线，由a点静止释放的正电荷只在静电力作用下不可能沿电场线运动，故选项B错误；电场线的切线方向为该点电场强度的方向，a点和b点的切线不在同一条直线上，故选项D错误。

答案  C

误区警示  对电场线的理解的常见误区

（1）电场线实际上并不存在。

（2）没有电场线的地方场强不一定为零。

电场线的疏密程度可以定性地描述电场的强弱，但不是说有电场的地方都充满了电场线。

（3）电场线并不是电荷的运动轨迹。

[针对训练3]如图所示为点电荷A、B所形成的电场的电场线分布图，O为A、B连线的中点，c、d为AB垂直平分线上的点，Oa＝Ob，Oc＝Od，则下列说法正确的是（    ）

A．A一定带正电荷，B一定带正电荷

B．O处的场强为零

C．a、b两点的场强相同

D．c、d两点的场强相同

解析  A、B一定是同种电荷，既可能均带负电荷也可能均带正电荷，故A错误；A、B各自在O处产生的场强等值反向，合场强为零，故B正确；a、b两点的场强大小相等，但方向相反，c、d两点的场强大小相等，但方向相反，故C、D错误。

答案  B

【课堂总结】

电场