电场线·教案.doc

电场线·教案

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？

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OO＇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OO＇，如图3（b）所示。所以通过OO＇的所有电场线都应与OO＇垂直。
再在直线OO＇的两侧取D与D＇，使它们对OO＇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D＇点，它受的合力指向斜下方。可以看出，从A点出发，经过D、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和。图6