第4节 点电荷的电场 匀强电场（表格式教学设计）物理鲁科版2019必修第三册

第4节 点电荷的电场 匀强电场（教学设计） 年级 高二 学科 物理 教师 课题 第4节 点电荷的电场 匀强电场 教学 目标 物理观念 能理解点电荷电场强度公式（）的适用条件，明确匀强电场的定义与场强均匀性特点，建立“不同电场模型对应不同场强分布”的物理观念。 科学思维 能结合库仑定律与电场强度定义式推导点电荷电场公式，分析匀强电场中场强与电势差的关联逻辑，提升模型建构与逻辑推理能力。 科学探究 能参与“模拟点电荷电场线分布”或“探究匀强电场场强特点”的实验，学会通过电场线描述电场，提升实验观察与数据分析能力。 科学态度 与责任 通过了解匀强电场在电容器、静电分选等技术中的应用，认识电场模型的实用价值，树立“运用物理知识解决实际问题”的科学责任意识。 教学重难点 掌握点电荷电场强度公式及匀强电场的特点与应用。（重点） 理解点电荷电场公式推导逻辑及匀强电场的场强分析。（难点） 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 情景一：播放视频，金属球连接高压电源正极，让探测仪的探针从前、后、左、右各个方向靠近金属球，靠近球的地方Led灯亮起亮，远离球的位置Led灯不亮，前后左右与金属球的触发距离相同，思考球形带电体周围电场具有什么特点？ 观看视频，验证猜想是否正确，并依据实验现象得出正确结论。 新课讲授 一、点电荷电场与叠加 问题1：电场强度的方向与该点正电荷受力方向相同，图中已经画出单个点电荷场源为圆心，半径为r的圆上各个点的电场强度大小和方向，该图是如何画出的？请判断A、B、C三点的电场强度是否相同？ 问题2：从这幅图中能获取到什么信息？（关于场源、P点位置、P点电场强度、电场叠加法则……） 追问： 1. 为什么P点离Q2较近，但是E2画得比较短？P点离Q1较远反而E1画得比较长？说明什么？ 2. 为什么可以用平行四边形定则绘得P点合场强？ 问题3：如果场源电荷不只是一个点电荷，那么电场强度又是多少呢？ 提示：电场强度是矢量。 →独立性：同一空间内各个场强对电荷的作用互不影响。 问题4：电场强度的叠加遵循什么规律？ 学生观察并回答 思考并作答： 电场强度的运算遵循平行四边形定则。 新课讲授 二、匀强电场 匀强电场：电场中各点的电场强度大小处处相等、方向相同。 情景二：根据下图，画出相距很近的一对带等量异种电荷的平行金属板间的电场线，它们之间的电场除边缘外，可以看作匀强电场，它是两板上所有电荷激发的电场叠加的结果。 问题5：匀强电场的电场线有何特点？ 【例题1】如图，水平面上有一带电量为的均匀带电圆环，其圆心为，点正上方处有一点，和圆环上任一点的连线与圆环面的夹角均为。已知静电力常量为，则点场强大小为（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】根据对称性可知，均匀带电圆环在点产生电场方向沿轴线向上，取圆环上一带电微元，带电量为，带电微元在点产生电场沿轴线方向的分场强为 则点场强大小为 故选D。 针对训练1如图所示，在水平向右、大小为E的匀强电场中，在O点固定一电荷量为Q的正点电荷，A、B、C、D为以O为圆心、半径为r的同一圆周上的四点，B、D连线与电场线平行，A、C连线与电场线垂直。则（　　） A．A点的电场强度大小为 B．B点的电场强度大小为 C．D点的电场强度大小不可能为0 D．A、C两点的电场强度相同 【答案】A 【详解】正点电荷Q在A点激发的电场强度大小，匀强电场在A点的电场强度大小为，因方向相互垂直，根据矢量的合成法则，有A点的电场强度大小为，故A正确；点电荷Q在B点的电场强度的方向与匀强电场方向相同，因此B点的电场强度大小为，故B错误；点电荷Q在D点激发的电场强度的方向与匀强电场方向相反，当两者大小相等时，D点的电场强度大小为零，故C错误；根据矢量的合成法则，结合点电荷电场与匀强电场的方向可知，A、C两点的电场强度大小相等，方向不同，故D错误。故选A。 用平行板模拟匀强电场的电场线。 课 堂 练 习 课 堂 练 习 1.如图，水平放置的两块带等量异种电荷的平行金属板M、N，它们之间的电场线是间隔相等的平行线，P、Q是电场中的两点。下列说法正确的是（　　） A．M板带正电、N板带负电 B．P、Q两点的电场强度 C．M板带负电、N板带正电 D．P、Q两点的电场强度 【答案】CD 【详解】AC．电场线从正极板指向负极板，所以M板带负电、N板带正电，故A错误，C正确； BD．两平行板间是匀强电场，所以P、Q两点的电场强度满足 故B错误，D正确。 故选CD。 2.（2022·山东·高考真题）半径为R的绝缘细圆环固定在图示位置，圆心位于O点，环上均匀分布着电量为Q的正电荷。点A、B、C将圆环三等分，取走A、B处两段弧长均为的小圆弧上的电荷。将一点电荷q置于延长线上距O点为的D点，O点的电场强度刚好为零。圆环上剩余电荷分布不变，q为（　　） A．正电荷， B．正电荷， C．负电荷， D．负电荷， 【答案】C 【详解】取走A、B处两段弧长均为的小圆弧上的电荷，根据对称性可知，圆环在O点产生的电场强度为与A在同一直径上的A1和与B在同一直径上的B1产生的电场强度的矢量和，如图所示，因为两段弧长非常小，故可看成点电荷，则有 由图可知，两场强的夹角为，则两者的合场强为 根据O点的合场强为0，则放在D点的点电荷带负电，大小为 根据 联立解得 故选C。 3.如图所示，在半径为r的圆上有四个点正好构成正方形，在相应的点上固定有点电荷，点电荷所带电荷量已在图中标出，则圆心O处电场强度大小为（静电力常量为k）（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】根据点电荷场强公式可知，两个点电荷在O点产生的场强大小相等，方向相反，相互抵消；与在O点产生的场强方向相反，则圆心O处电场强度大小为 故选A。 4.如图所示，M、N和P是以MN为直径的半圆弧上的三点，O点为半圆弧的圆心，∠MOP = 60°。电荷量相等、符号相反的两个点电荷分别置于M、N两点，这时O点电场强度的大小为E1；若将N点处的点电荷移至P点，则O点电场强度的大小变为E2。则E2与E1之比为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】设两电荷带电量大小均为q，则O点的场强 若将N点处的点电荷移至P点，则O点电场强度的大小为 则 故选A。 5.如图所示，Q是真空中固定的点电荷，a、b、c是以Q所在位置为圆心、半径分别2r或r球面上的三点。电荷量为q的试探电荷在c点受到的库仑力方向指向Q，则（　　） A．Q带正电 B．a、b两点电场强度相同 C．a、c两点的电场强度大小之比为1:4 D．将c处试探电荷电量变为2q，该处电场强度变为原来的2倍 【答案】C 【详解】A．根据题意可知，试探电荷和固定的点电荷相互吸引，试探电荷为正，所以Q带负电，A错误； B．根据公式知 a、b两点电场强度大小相同，但方向不同， B错误； C．根据公式 可知，a、c两点的电场强度大小之比为1:4，C正确； D．电场强度由场源电荷有关，与试探电荷无关，D错误。 故选C。 6.（2024·北京·高考）（多选）如图所示，两个等量异种点电荷分别位于M、N两点，P、Q是MN连线上的两点，且。下列说法正确的是（　　） A．P点电场强度比Q点电场强度大 B．在P点由静止释放一正试探电荷，其加速度越来越小 C．若两点电荷的电荷量均变为原来的2倍，P点电场强度大小也变为原来的2倍 D．置于P点和Q点的试探电荷，所受静电力相同 【答案】C 【详解】A．由等量异种点电荷的电场线分布特点知，P、Q两点电场强度大小相等，A错误； 由等量异种电荷的电场线分布特点可知从p到Q沿电场强度先变弱再变强，所以试探电荷的静电力先变小后变大，加速度也是先变小后变大，B错误；由电场叠加得P点电场强度 若仅两点电荷的电荷量均变为原来的2倍，则P点电场强度大小也变为原来的2倍，同理Q点电场强度大小也变为原来的2倍，C对；置于P、Q的试探电荷，所受静电力大小相同，但电性可能不同，所以力的方向可能不同，D错，故选C。 7.如图所示，绝缘轻绳穿过有光滑孔的带正电小球A，绳两点P、Q固定，在竖直平面内，整个空间存在匀强电场。小球静止时，轻绳绷紧，AP水平、AQ竖直，小球A的质量为m，则（　　） A．球受到的电场力可以等于2mg B．球受到电场力的最小值为mg C．匀强电场方向一定水平向右 D．匀强电场方向可以竖直向下 【答案】A 【详解】A．小球受重力、水平向左和竖直向上的拉力作用，根据共点力平衡条件可知，球受到的电场力可以向右，大小等于2mg，故A正确； B．如图所示电场力最小值，故B错误； CD．球受到的电场力可以斜向右下方或者右上方，匀强电场方向不会竖直向下，故CD错误； 故选A。 8.（2023·湖南·高考真题）如图，真空中有三个点电荷固定在同一直线上，电荷量分别为Q1、Q2和Q3，P点和三个点电荷的连线与点电荷所在直线的夹角分别为90°、60°、和30°。若P点处的电场强度为零，q > 0，则三个点电荷的电荷量可能为（　　） A．Q1= q，，Q3= q B．Q1= －q，，Q3= －4q C．Q1= －q，，Q3= －q D．Q1= q，，Q3= 4q 【答案】D 【详解】AB．选项AB的电荷均为正和均为负，则根据电场强度的叠加法则可知，P点的场强不可能为零，AB错误； C．设P、Q1间的距离为r，则Q1、Q3在P点产生的合场强大小有 解得 而Q2产生的场强大小为 则P点的场强不可能为零，C错误； D．设P、Q1间的距离为r，则Q1、Q3在P点产生的合场强大小有 解得 而Q2产生的场强大小为 则P点的场强可能为零，D正确。故选D。 课 堂 小 结 板 书 设 计 1.4点电荷的电场 匀强电场 1、点电荷的电场： ①大小： ②方向： 2、电场强度的叠加：遵循平行四边形定则。 3、匀强电场： ①各点电场强度的大小相等、方向相同 ②电场线：间隔相等的平行直线 作 业 布 置 1.完成课本习题，推导点电荷电场强度公式，并分析场强方向与场源电荷正负的关系。 2.结合电场线模拟实验（如用铁屑模拟点电荷电场），观察等量异种电荷的电场分布，绘制草图并分析匀强电场的特征。 3.对比点电荷电场与匀强电场的异同，举例说明匀强电场在实际中的应用（如平行板电容器），并简述场强叠加原理的物理意义。 教 学 反 思 点电荷电场线模拟（如计算机软件绘制）效果良好，但部分学生对“径向对称性”理解不深，需增加三维动态演示强化空间认知。 学生能记忆点电荷电场强度公式，但在计算非均匀电场叠加时易漏掉方向，需通过矢量分解例题巩固。 多数能解释“雷电电场”，但主动分析“平行板电容器内部匀强电场”的较少，建议结合电子显微镜案例拓展。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$