電場線

教學(xué)目標

知識目標

　　1、知道什么視電場線，知道用電場線可以形象地表示電場的方向和強弱；
　　2、知道一個點電荷、兩個等量點電荷、點電荷與帶電平行板間的電場線的分布；
　　3、知道什么視勻強電場，以及勻強電場的電場線的分布；
　　4、知道兩塊靠近的平行金屬板，大小相等，互相正對，分別帶有等量的正負電荷，他們之間的電場（除邊緣附近外）是勻強電場．

 

教學(xué)建議

教材分析

電場線的要點：
　　 1、電場線是假想的：
　　電場線是人們用來形象的描述電場的分布而畫出的一簇曲線，雖然實驗?zāi)�擬了這簇曲線的形狀，但是實驗沒有正是電場線的真是存在，電場線是假想的．
　　2、電場線不是閉合曲線：
在靜電場中，電場線起始于正電荷，終止于負電荷，不形成閉合曲線．
　　3、電場線的每一點的切線方向都跟該點的場強方向一致．
　　4、電場線的疏密與電場強弱的關(guān)系：
電場線的疏密程度與場強大小有關(guān)，電場線密處電場強，電場線疏處電場弱．
　　5、電場線在空間不相交．

　　注意：在最后歸納相互電場線表達的意義，特別要強調(diào)電場線上每一點的切線方向，就是該電的場強方向，強調(diào)電場線的疏密與場強大小的關(guān)系．

重點難點

1、重點是電場線的定義，以及電場線的分布
2、難點是電場線的特點和勻強電場線的特征

關(guān)于電場線講解的教法建議

　　電場線是為形象描述電場中電場強度分布情況而假想的線，是法拉第首先提出的．

　　講述電場線時，一定要通過實驗將抽象的知識具體化，根據(jù)條件可用驗電羽，或蓖麻油內(nèi)懸浮頭發(fā)屑等方法演示正負點電荷產(chǎn)生的電場的電場線，和等量、異種點電荷、等量同種點電荷產(chǎn)生電場的電場線，以及勻強電場的電場線．同時要求學(xué)生能夠畫出正負電荷、等量異種電荷、等量同種點電荷產(chǎn)生的電場和勻強電場的電場線．

 

教學(xué)設(shè)計示例

電場線

一、教學(xué)目標

　　1、在物理知識方面的要求：

　�。�1）掌握用電場線表示電場強度的方法；

　�。�2）掌握常見電場的電場線畫法；

　�。�3）掌握勻強電場．

　　2、通過觀察演示實驗，概括出經(jīng)典電場的電場線特點，培養(yǎng)學(xué)生的觀察概括能力．

二、教具

　　感應(yīng)起電機一個、驗電羽兩個，兩塊帶有驗電羽的絕緣鋁板．

三、主要教學(xué)過程

　�。ㄒ唬�復(fù)習(xí)提問

　　1、電場強度的定義及其物理意義是什么？

　　2、電場強度的決定因素是什么？
　3、 及 有什么聯(lián)系與區(qū)別？

　　4、簡述電場強度的疊加原理．

　�。ǘ�）引入新課

　　電場看不見，摸不著，想個什么樣的方法來形象地描述它呢？

　　在初中，同學(xué)們學(xué)過磁場，磁場也看不見摸不著；當時用什么方法來形象地描述它呢？用磁感線．

　　磁感線是真實存在的呢？不存在，是假想的．用它來形象、直觀地描述磁場強弱和方向．

　　磁感線在條形磁體外部由N極指向S極，內(nèi)部由S極指向N

極，是閉合曲線，且外部稀疏內(nèi)部稠密．磁感線有走向，磁感線上

某點切線方向為該點磁場方向，也是該點所放小磁針的N極指向，

即N極受力方向．磁感線不相交（如圖1所示）．

   

　　形象直觀地描述磁場用磁感線，形象直觀地描述電場呢？

    （三）教學(xué)過程設(shè)計

　　1、電場線概念引入

　　英國物理學(xué)家法拉第首先引入了電場強度的圖象，他在電場中畫了一些線，使這些線上

每一點的切線方向都跟該點的場強方向一致，并使線的疏密表示場強的大�。�這些線稱為電

場線．

　　2、幾種常見電場的電場線  勻強電場

　�。�1）點電荷電場的電場線

   

　　如圖2（a）所示，在A點放正電荷Q，研究該電場的電場線．為此在Q的周圍B點放上＋1C的點電荷q，它受到的電場力方向在A與B連線上，并且由A指向B，再在A與B連線上取任一點C，放＋1C點電荷q，它受的電場力方向仍在連線上，方向由A向C，由于電場線在B與C的切線共線，所以射線AC為一條電場線．同理，由A點出發(fā)的所有射線都可以是電場線，但考慮到對電場線的另一要求，它的疏密應(yīng)表示E的大小，再考慮到空間對稱，所以每對相鄰電場線間的夾角應(yīng)該相同，所以電場線應(yīng)是圖2（b）所示的樣子．

　　對負電荷Q的電場線，只需將正點電荷Q的電場線反向即可．如圖2（c）所示．

　�。�2）等量異號點電荷的電場線

　　如圖3（a）所示，在A點與B點分別放上點電荷＋Q與－Q，并研究它們的電場線的形狀．

　　首先研究直線AB上的情況，在A與B之間的連線的任一點放上＋1C的點電荷q，q受到兩個電荷同時作用，而合力方向在A與B的連線上，由此可知，線段AB是一條電場線，方向由A指向B，再將q放于B點右側(cè)直線上的任一點，發(fā)現(xiàn)q受的合力方向也在AB連線上，并指向B，所以終止于B點的這條射線也是一條電場線，方向指向B．再將q放于A點左側(cè)直線上的任一點，發(fā)現(xiàn)q受的合力方向也在AB直線上，方向由A向外，所以從A點出發(fā)的，方向背向A點的這條射線也是一條電場線．A與B連線上的電場線情況如圖3（a）所示．

　　再研究線段 AB的垂直平分線 上的情況．為此在其上任一點放上＋1C的點電荷q，它受到的兩個點電荷的作用力等大，而合力都垂直 ，如圖3（b）所示．所以通過 的所有電場線都應(yīng)與 垂直．

　　再在直線 的兩側(cè)取D與 ，使它們對 直線成軸對稱．將＋1C的點電荷q放于D點，它所受的合力指向斜上方；將q放于 點，它受的合力指向斜下方．可以看出，從A點出發(fā)，經(jīng)過D、 回到B的一條曲線是一條電場線，如圖3（c）所示．同理，在直線AB的上邊與下邊可以畫出許多這樣的電場線，但考慮到電場線的疏密應(yīng)對應(yīng)場強的弱強的要求，電場線只能畫成圖3（d）所示的形狀．

　　最后應(yīng)指出，電場線并不只存在于紙面上，而是分布于整個立體空間．要想研究空間某

一點的場強情況，只需將紙平面以AB線為軸轉(zhuǎn)動到該點即可．

    （3）等量同號點電荷電場的電場線

    用上述的方法也可以得到等量同號點電荷的電場線，如圖4所示．分析方法略去．

    （4）均勻帶電的無限大平面電場的電場線

    圖5（a）所示為均勻帶正電的無限大平面，在平面上任一點A放＋1C點電荷q，它所受電場力方向如何？由于空間對稱，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、向下的直線，都可能是電場線，但考慮到電場線的疏密應(yīng)該表示場強的強弱，又考慮到空間對稱，因而電場線各處的疏密相同，所以電場線只能畫成圖5（b）的形狀，即電場線是疏密均勻的平行線．

　　對于無限大均勻帶負電的平面，電場線形狀圖5（c）所示．電場線仍是疏密均勻的平行線，只是指向平面．

　　這說明在無限大均勻帶電平面的兩側(cè)場強大小、方向

相同．這種電場稱為勻強電場．

　　（5）帶有等量異號電荷的無限大平行金屬板的電場的

電場線

　　如圖6（a）所示，帶有等量異號電荷的兩個無限大平

面平行放置，由于對稱，每個平面上電荷的分布是均勻的．

由場的疊加原理可知，每個帶電平面都在它的周圍獨立地

產(chǎn)生電場，而總的電場應(yīng)為兩個分電場的矢量合．圖6（b）畫出了每個帶電平面的電場線，實線代表正電荷的電場線，虛線代表負電荷的電場線．由于它們都是勻強電場，各分場場強大小處處相等，只是方向有差別．在兩板之間兩場方向相同，疊加后場強增大；在兩板外側(cè)，兩場方向相反，互相抵消，場強為0，整個電場電場線的形狀如圖6（c）所示．

　　3、電場線的演示

　�。╨）點電荷電場線的演示

　　如圖7（a）所示將驗電羽與感應(yīng)起電機的一個放電桿接通，搖動電機，驗電羽上絲線會按場強方向排列，因而顯示出電場線．可以看出，電場線形狀與圖2（b）相似．

　�。�2）演示等量異號點電荷電場線

　　放好兩個驗電羽，如圖 7（b）所示，再用導(dǎo)線將它們分別與起電機的兩個導(dǎo)電桿相連，搖動電機，絲線排列在電場方向上，形成類似圖3（d）的形狀．

　�。�3）演示等量同號點電荷電場線

　　如圖7（b）所示，再用導(dǎo)線將同一個導(dǎo)電桿與兩個驗電羽相連，搖動起電機，絲線排成形成類似圖4的形狀．

　　（4）演示帶有等量異性電荷平行金屬板的電場線

    如圖7（c）所示用導(dǎo)線將兩板分別與起電機的兩個放電桿連接，并搖動起電機，絲線就排列在電場線方向上．可以觀察到，在兩板的中央部分，電場線是平行的，其余邊緣部分電場線不平行，如圖8所示．這是因為平行金屬板并非無限大所致，且非正對面上的絲線不動，原因是外側(cè) ．

　　4、總結(jié)電場線的性質(zhì)

（l）電場線是假想的，不是真實的．

　�。�2）電場線起于正電荷止于負電荷，電場線不閉合．

　　對于單個點電荷，正電荷假想無窮遠處有負電荷，電場線終止于那里；負電荷同理．

　�。�3）電場線的疏密表示電場的強弱．

　�。�4）電場線不能相交．

　　因為在電場中的任一點處只有一個電場強度，方向唯一，如相交則該處出現(xiàn)兩個場強方

向，所以不能相交．

　�。�5）電場統(tǒng)不能相切．

　　原因：電場線疏密表示強弱，如相切則在切點電場線密度無窮大，這種情況不可能，所

以不會相切．

（四）作業(yè)

　　分別畫出正點電荷，負點電荷，等量異性電荷，等量同性電荷，無限大均勻帶電平面，帶有等量異性電荷的無限大平行平面的電場線．

四、說明

　　1、注意強調(diào)我們畫的是幾種典型電場的電場線平面分布圖，實際上是空間立體分布的．

　　2、強調(diào)一定要記住幾種典型電場的空間分布．

　　3、電場線上茶點的切線方向是那點的電場強度方向，是放在那點檢驗電荷＋q的受力方向，也是檢驗電荷＋q在那里所獲得的加速度方向．電場線不一定是檢驗電荷的運動軌跡．

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