9.3 电场强度 （二）-【教学无忧】2024-2025学年高二物理教学设计（人教版2019必修第三册）

课 题 9.3 电场强度（二） 课 型 新授课 授课人 授课时间 学习目标 (1) 知道电场线的定义和特点，会用电场线描述电场强度的大小和方向. (2) 会用电场线描述常见电场的性质，并能用矢量叠加的方法，定性分析特殊位置的电场强度及方向。 (3) 学生初步掌握研究抽象物理量的方法——理想化模型法，培养学生科学思维能力。 学习重点 用电场线的方法定性并直观的描述电场的强弱和方向。 学习难点 理解常见电场的电场线特点。 学习方法 推理演绎，归纳总结 教学过程 1、电场线概念引入 英国物理学家法拉第首先引入了电场强度的图象，他在电场中画了一些线，使这些线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致，并使线的疏密表示场强的大小．这些线称为电场线． 2、几种常见电场的电场线 匀强电场 （1）点电荷电场的电场线 如图2（a）所示，在A点放正电荷Q，研究该电场的电场线．为此在Q的周围B点放上＋1C的点电荷q，它受到的电场力方向在A与B连线上，并且由A指向B，再在A与B连线上取任一点C，放＋1C点电荷q，它受的电场力方向仍在连线上，方向由A向C。 由于电场线在B与C的切线共线，所以射线AC为一条电场线．同理，由A点出发的所有射线都可以是电场线，但考虑到对电场线的另一要求，它的疏密应表示E的大小，再考虑到空间对称，所以每对相邻电场线间的夹角应该相同，所以电场线应是图2（b）所示的样子． 对负电荷Q的电场线，只需将正点电荷Q的电场线反向即可．如图2（c）所示． （2）等量异号点电荷的电场线 如图3（a）所示，在A点与B点分别放上点电荷＋Q与－Q，并研究它们的电场线的形状． 首先研究直线AB上的情况，在A与B之间的连线的任一点放上＋1C的点电荷q，q受到两个电荷同时作用，而合力方向在A与B的连线上，由此可知，线段AB是一条电场线，方向由A指向B，再将q放于B点右侧直线上的任一点，发现q受的合力方向也在AB连线上，并指向B，所以终止于B点的这条射线也是一条电场线，方向指向B．再将q放于A点左侧直线上的任一点，发现q受的合力方向也在AB直线上，方向由A向外，所以从A点出发的，方向背向A点的这条射线也是一条电场线．A与B连线上的电场线情况如图3（a）所示． 再研究线段 AB的垂直平分线上的情况．为此在其上任一点放上＋1C的点电荷q，它受到的两个点电荷的作用力等大，而合力都垂直，如图3（b）所示．所以通过 的所有电场线都应与垂直． 再在直线的两侧取D与，使它们对直线成轴对称．将＋1C的点电荷q放于D点，它所受的合力指向斜上方；将q放于点，它受的合力指向斜下方．可以看出，从A点出发，经过D、回到B的一条曲线是一条电场线，如图3（c）所示．同理，在直线AB的上边与下边可以画出许多这样的电场线，但考虑到电场线的疏密应对应场强的弱强的要求，电场线只能画成图3（d）所示的形状． 最后应指出，电场线并不只存在于纸面上，而是分布于整个立体空间．要想研究空间某 一点的场强情况，只需将纸平面以AB线为轴转动到该点即可． （3）等量同号点电荷电场的电场线 用上述的方法也可以得到等量同号点电荷的电场线，如图4所示．分析方法略去． （4） 均匀带电的无限大平面电场的电场线 图5（a）所示为均匀带正电的无限大平面，在平面上任一点A放＋1C点电荷q，它所受电场力方向如何？由于空间对称，可以肯定q受力的方向一定垂直平面a向上，所以垂直平面a的所有向上的、向下的直线，都可能是电场线，但考虑到电场线的疏密应该表示场强的强弱，又考虑到空间对称，因而电场线各处的疏密相同，所以电场线只能画成图5（b）的形状，即电场线是疏密均匀的平行线． 对于无限大均匀带负电的平面，电场线形状图5（c）所示．电场线仍是疏密均匀的平行线，只是指向平面． 这说明在无限大均匀带电平面的两侧场强大小、方向相同．这种电场称为匀强电场． （5）带有等量异号电荷的无限大平行金属板的电场的电场线 如图6（a）所示，带有等量异号电荷的两个无限大平面平行放置，由于对称，每个平面上电荷的分布是均匀的．由场的叠加原理可知，每个带电平面都在它的周围独立地产生电场，而总的电场应为两个分电场的矢量合．图6（b）画出了每个带电平面的电场线，实线代表正电荷的电场线，虚线代表负电荷的电场线．由于它们都是匀强电场，各分场场强大小处处相等，只是方向有差别．在两板之间两场方向相同，叠加后场强增大；在两板外侧，两场方向相反，互相抵消，场强为0，整个电场电场线的形状如图6（c）所示． 3、电场线的演示 （l）点电荷电场线的演示 如图7（a）所示将验电羽与感应起电机的一个放电杆接通，摇动电机，验电羽上丝线会按场强方向排列，因而显示出电场线．可以看出，电场线形状与图2（b）相似． （2）演示等量异号点电荷电场线