电场线

时间:2019-04-04 07:21:18
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电场线

教学目标

知识目标

1、知道什么视电场线,知道用电场线可以形象地表示电场的方向和强弱;

2、知道一个点电荷、两个等量点电荷、点电荷与带电平行板间的电场线的分布;

3、知道什么视匀强电场,以及匀强电场的电场线的分布;

4、知道两块靠近的平行金属板,大小相等,互相正对,分别带有等量的正负电荷,他们之间的电场(除边缘附近外)是匀强电场.

教学建议

教材分析

电场线的要点:

1、电场线是假想的:

电场线是人们用来形象的描述电场的分布而画出的一簇曲线,虽然实验模拟了这簇曲线的形状,但是实验没有正是电场线的真是存在,电场线是假想的.

2、电场线不是闭合曲线:

在静电场中,电场线起始于正电荷,终止于负电荷,不形成闭合曲线.

3、电场线的每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致.

4、电场线的疏密与电场强弱的关系:

电场线的疏密程度与场强大小有关,电场线密处电场强,电场线疏处电场弱.

5、电场线在空间不相交.

注意:在最后归纳相互电场线表达的意义,特别要强调电场线上每一点的切线方向,就是该电的场强方向,强调电场线的疏密与场强大小的关系.

重点难点

1、重点是电场线的定义,以及电场线的分布

2、难点是电场线的特点和匀强电场线的特征

关于电场线讲解的教法建议

电场线是为形象描述电场中电场强度分布情况而假想的线,是法拉第首先提出的.

讲述电场线时,一定要通过实验将抽象的知识具体化,根据条件可用验电羽,或蓖麻油内悬浮头发屑等方法演示正负点电荷产生的电场的电场线,和等量、异种点电荷、等量同种点电荷产生电场的电场线,以及匀强电场的电场线.同时要求学生能够画出正负电荷、等量异种电荷、等量同种点电荷产生的电场和匀强电场的电场线.

教学设计示例

电场线

一、教学目标

1、在物理知识方面的要求:

(1)掌握用电场线表示电场强度的方法;

(2)掌握常见电场的电场线画法;

(3)掌握匀强电场.

2、通过观察演示实验,概括出经典电场的电场线特点,培养学生的观察概括能力.

二、教具

感应起电机一个、验电羽两个,两块带有验电羽的绝缘铝板.

三、主要教学过程

(一)复习提问

1、电场强度的定义及其物理意义是什么?

2、电场强度的决定因素是什么?

3、 及 有什么联系与区别?

4、简述电场强度的叠加原理.

(二)引入新课

电场看不见,摸不着,想个什么样的方法来形象地描述它呢?

在初中,同学们学过磁场,磁场也看不见摸不着;当时用什么方法来形象地描述它呢?用磁感线.

磁感线是真实存在的呢?不存在,是假想的.用它来形象、直观地描述磁场强弱和方向.

磁感线在条形磁体外部由N极指向S极,内部由S极指向N

极,是闭合曲线,且外部稀疏内部稠密.磁感线有走向,磁感线上

某点切线方向为该点磁场方向,也是该点所放小磁针的N极指向,

即N极受力方向.磁感线不相交(如图1所示).

形象直观地描述磁场用磁感线,形象直观地描述电场呢?

(三)教学过程设计

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

放好两个验电羽,如图 7(b)所示,再用导线将它们分别与起电机的两个导电杆相连,摇动电机,丝线排列在电场方向上,形成类似图3(d)的形状.

(3)演示等量同号点电荷电场线

如图7(b)所示,再用导线将同一个导电杆与两个验电羽相连,摇动起电机,丝线排成形成类似图4的形状.

(4)演示带有等量异性电荷平行金属板的电场线

如图7(c)所示用导线将两板分别与起电机的两个放电杆连接,并摇动起电机,丝线就排列在电场线方向上.可以观察到,在两板的中央部分,电场线是平行的,其余边缘部分电场线不平行,如图8所示.这是因为平行金属板并非无限大所致,且非正对面上的丝线不动,原因是外侧 .

4、总结电场线的性质

(l)电场线是假想的,不是真实的.

(2)电场线起于正电荷止于负电荷,电场线不闭合.

对于单个点电荷,正电荷假想无穷远处有负电荷,电场线终止于那里;负电荷同理.

(3)电场线的疏密表示电场的强弱.

(4)电场线不能相交.

因为在电场中的任一点处只有一个电场强度,方向唯一,如相交则该处出现两个场强方

向,所以不能相交.

(5)电场统不能相切.

原因:电场线疏密表示强弱,如相切则在切点电场线密度无穷大,这种情况不可能,所

以不会相切.

(四)作业

分别画出正点电荷,负点电荷,等量异性电荷,等量同性电荷,无限大均匀带电平面,带有等量异性电荷的无限大平行平面的电场线.

四、说明

1、注意强调我们画的是几种典型电场的电场线平面分布图,实际上是空间立体分布的.

2、强调一定要记住几种典型电场的空间分布.

3、电场线上茶点的切线方向是那点的电场强度方向,是放在那点检验电荷+q的受力方向,也是检验电荷+q在那里所获得的加速度方向.电场线不一定是检验电荷的运动轨迹.

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