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電場(chǎng)線
教學(xué)目標(biāo)
知識(shí)目標(biāo)
1、知道什么視電場(chǎng)線，知道用電場(chǎng)線可以形象地表示電場(chǎng)的方向和強(qiáng)弱；
2、知道一個(gè)點(diǎn)電荷、兩個(gè)等量點(diǎn)電荷、點(diǎn)電荷與帶電平行板間的電場(chǎng)線的分布；
3、知道什么視勻強(qiáng)電場(chǎng)，以及勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)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(duì)，分別帶有等量的正負(fù)電荷，他們之間的電場(chǎng)（除邊緣附近外）是勻強(qiáng)電場(chǎng)．
教學(xué)建議
教材分析
電場(chǎng)線的要點(diǎn)：
1、電場(chǎng)線是假想的：
電場(chǎng)線是人們用來(lái)形象的描述電場(chǎng)的分布而畫出的一簇曲線，雖然實(shí)驗(yàn)?zāi)M了這簇曲線的形狀，但是實(shí)驗(yàn)沒有正是電場(chǎng)線的真是存在，電場(chǎng)線是假想的．
2、電場(chǎng)線不是閉合曲線：
在靜電場(chǎng)中，電場(chǎng)線起始于正電荷，終止于負(fù)電荷，不形成閉合曲線．
3、電場(chǎng)線的每一點(diǎn)的切線方向都跟該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向一致．
4、電場(chǎng)線的疏密與電場(chǎng)強(qiáng)弱的關(guān)系：
電場(chǎng)線的疏密程度與場(chǎng)強(qiáng)大小有關(guān)，電場(chǎng)線密處電場(chǎng)強(qiáng)，電場(chǎng)線疏處電場(chǎng)弱．
5、電場(chǎng)線在空間不相交．
注意：在最后歸納相互電場(chǎng)線表達(dá)的意義，特別要強(qiáng)調(diào)電場(chǎng)線上每一點(diǎn)的切線方向，就是該電的場(chǎng)強(qiáng)方向，強(qiáng)調(diào)電場(chǎng)線的疏密與場(chǎng)強(qiáng)大小的關(guān)系．
重點(diǎn)難點(diǎn)
1、重點(diǎn)是電場(chǎng)線的定義，以及電場(chǎng)線的分布
2、難點(diǎn)是電場(chǎng)線的特點(diǎn)和勻強(qiáng)電場(chǎng)線的特征
關(guān)于電場(chǎng)線講解的教法建議
電場(chǎng)線是為形象描述電場(chǎng)中電場(chǎng)強(qiáng)度分布情況而假想的線，是法拉第首先提出的．
講述電場(chǎng)線時(shí)，一定要通過實(shí)驗(yàn)將抽象的知識(shí)具體化，根據(jù)條件可用驗(yàn)電羽，或蓖麻油內(nèi)懸浮頭發(fā)屑等方法演示正負(fù)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)的電場(chǎng)線，和等量、異種點(diǎn)電荷、等量同種點(diǎn)電荷產(chǎn)生電場(chǎng)的電場(chǎng)線，以及勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)線．同時(shí)要求學(xué)生能夠畫出正負(fù)電荷、等量異種電荷、等量同種點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)線．
教學(xué)設(shè)計(jì)示例
電場(chǎng)線
一、教學(xué)目標(biāo)
1、在物理知識(shí)方面的要求：
�。�1）掌握用電場(chǎng)線表示電場(chǎng)強(qiáng)度的方法；
（2）掌握常見電場(chǎng)的電場(chǎng)線畫法；
�。�3）掌握勻強(qiáng)電場(chǎng)．
2、通過觀察演示實(shí)驗(yàn)，概括出經(jīng)典電場(chǎng)的電場(chǎng)線特點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的觀察概括能力．
二、教具
感應(yīng)起電機(jī)一個(gè)、驗(yàn)電羽兩個(gè)，兩塊帶有驗(yàn)電羽的絕緣鋁板．
三、主要教學(xué)過程
�。ㄒ唬⿵�(fù)習(xí)提問
1、電場(chǎng)強(qiáng)度的定義及其物理意義是什么？
2、電場(chǎng)強(qiáng)度的決定因素是什么？
3、 及 有什么聯(lián)系與區(qū)別？
4、簡(jiǎn)述電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加原理．
�。ǘ┮胄抡n
電場(chǎng)看不見，摸不著，想個(gè)什么樣的方法來(lái)形象地描述它呢？
在初中，同學(xué)們學(xué)過磁場(chǎng)，磁場(chǎng)也看不見摸不著；當(dāng)時(shí)用什么方法來(lái)形象地描述它呢？用磁感線．
磁感線是真實(shí)存在的呢？不存在，是假想的．用它來(lái)形象、直觀地描述磁場(chǎng)強(qiáng)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(diǎn)切線方向?yàn)樵擖c(diǎn)磁場(chǎng)方向，也是該點(diǎn)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(chǎng)用磁感線，形象直觀地描述電場(chǎng)呢？
（三）教學(xué)過程設(shè)計(jì)
1、電場(chǎng)線概念引入
英國(guó)物理學(xué)家法拉第首先引入了電場(chǎng)強(qiáng)度的圖象，他在電場(chǎng)中畫了一些線，使這些線上
每一點(diǎn)的切線方向都跟該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向一致，并使線的疏密表示場(chǎng)強(qiáng)的大�。@些線稱為電
場(chǎng)線．
2、幾種常見電場(chǎng)的電場(chǎng)線 勻強(qiáng)電場(chǎng)
�。�1）點(diǎn)電荷電場(chǎng)的電場(chǎng)線
如圖2（a）所示，在A點(diǎn)放正電荷Q，研究該電場(chǎng)的電場(chǎng)線．為此在Q的周圍B點(diǎn)放上＋1C的點(diǎn)電荷q，它受到的電場(chǎng)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(diǎn)C，放＋1C點(diǎn)電荷q，它受的電場(chǎng)力方向仍在連線上，方向由A向C，由于電場(chǎng)線在B與C的切線共線，所以射線AC為一條電場(chǎng)線．同理，由A點(diǎn)出發(fā)的所有射線都可以是電場(chǎng)線，但考慮到對(duì)電場(chǎng)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(duì)稱，所以每對(duì)相鄰電場(chǎng)線間的夾角應(yīng)該相同，所以電場(chǎng)線應(yīng)是圖2（b）所示的樣子．
對(duì)負(fù)電荷Q的電場(chǎng)線，只需將正點(diǎn)電荷Q的電場(chǎng)線反向即可．如圖2（c）所示．
（2）等量異號(hào)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線
如圖3（a）所示，在A點(diǎn)與B點(diǎn)分別放上點(diǎn)電荷＋Q與－Q，并研究它們的電場(chǎng)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(diǎn)放上＋1C的點(diǎn)電荷q，q受到兩個(gè)電荷同時(shí)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(chǎng)線，方向由A指向B，再將q放于B點(diǎn)右側(cè)直線上的任一點(diǎn)，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(diǎn)的這條射線也是一條電場(chǎng)線，方向指向B．再將q放于A點(diǎn)左側(cè)直線上的任一點(diǎn)，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(diǎn)出發(fā)的，方向背向A點(diǎn)的這條射線也是一條電場(chǎng)線．A與B連線上的電場(chǎng)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(diǎn)放上＋1C的點(diǎn)電荷q，它受到的兩個(gè)點(diǎn)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(chǎng)線都應(yīng)與 垂直．
再在直線 的兩側(cè)取D與 ，使它們對(duì) 直線成軸對(duì)稱．將＋1C的點(diǎn)電荷q放于D點(diǎn)，它所受的合力指向斜上方；將q放于 點(diǎn)，它受的合力指向斜下方．可以看出，從A點(diǎn)出發(fā)，經(jīng)過D、 回到B的一條曲線是一條電場(chǎng)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(chǎng)線，但考慮到電場(chǎng)線的疏密應(yīng)對(duì)應(yīng)場(chǎng)強(qiáng)的弱強(qiáng)的要求，電場(chǎng)線只能畫成圖3（d）所示的形狀．
最后應(yīng)指出，電場(chǎng)線并不只存在于紙面上，而是分布于整個(gè)立體空間．要想研究空間某
一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)情況，只需將紙平面以AB線為軸轉(zhuǎn)動(dòng)到該點(diǎn)即可．
（3）等量同號(hào)點(diǎn)電荷電場(chǎng)的電場(chǎng)線
用上述的方法也可以得到等量同號(hào)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線，如圖4所示．分析方法略去．
（4）均勻帶電的無(wú)限大平面電場(chǎng)的電場(chǎng)線
圖5（a）所示為均勻帶正電的無(wú)限大平面，在平面上任一點(diǎn)A放＋1C點(diǎn)電荷q，它所受電場(chǎng)力方向如何？由于空間對(duì)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(chǎng)線，但考慮到電場(chǎng)線的疏密應(yīng)該表示場(chǎng)強(qiáng)的強(qiáng)弱，又考慮到空間對(duì)稱，因而電場(chǎng)線各處的疏密相同，所以電場(chǎng)線只能畫成圖5（b）的形狀，即電場(chǎng)線是疏密均勻的平行線．
對(duì)于無(wú)限大均勻帶負(fù)電的平面，電場(chǎng)線形狀圖5（c）所示．電場(chǎng)線仍是疏密均勻的平行線，只是指向平面．
這說明在無(wú)限大均勻帶電平面的兩側(cè)場(chǎng)強(qiáng)大小、方向
相同．這種電場(chǎng)稱為勻強(qiáng)電場(chǎng)．
�。�5）帶有等量異號(hào)電荷的無(wú)限大平行金屬板的電場(chǎng)的
電場(chǎng)線
如圖6（a）所示，帶有等量異號(hào)電荷的兩個(gè)無(wú)限大平
面平行放置，由于對(duì)稱，每個(gè)平面上電荷的分布是均勻的．
由場(chǎng)的疊加原理可知，每個(gè)帶電平面都在它的周圍獨(dú)立地
產(chǎn)生電場(chǎng)，而總的電場(chǎng)應(yīng)為兩個(gè)分電場(chǎng)的矢量合．圖6（b）畫出了每個(gè)帶電平面的電場(chǎng)線，實(shí)線代表正電荷的電場(chǎng)線，虛線代表負(fù)電荷的電場(chǎng)線．由于它們都是勻強(qiáng)電場(chǎng)，各分場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)大小處處相等，只是方向有差別．在兩板之間兩場(chǎng)方向相同，疊加后場(chǎng)強(qiáng)增大；在兩板外側(cè)，兩場(chǎng)方向相反，互相抵消，場(chǎng)強(qiáng)為0，整個(gè)電場(chǎng)電場(chǎng)線的形狀如圖6（c）所示．
3、電場(chǎng)線的演示
（l）點(diǎn)電荷電場(chǎng)線的演示
如圖7（a）所示將驗(yàn)電羽與感應(yīng)起電機(jī)的一個(gè)放電桿接通，搖動(dòng)電機(jī)，驗(yàn)電羽上絲線會(huì)按場(chǎng)強(qiáng)方向排列，因而顯示出電場(chǎng)線．可以看出，電場(chǎng)線形狀與圖2（b）相似．
�。�2）演示等量異號(hào)點(diǎn)電荷電場(chǎng)線
放好兩個(gè)驗(yàn)電羽，如圖 7（b）所示，再用導(dǎo)線將它們分別與起電機(jī)的兩個(gè)導(dǎo)電桿相連，搖動(dòng)電機(jī)，絲線排列在電場(chǎng)方向上，形成類似圖3（d）的形狀．
�。�3）演示等量同號(hào)點(diǎn)電荷電場(chǎng)線
如圖7（b）所示，再用導(dǎo)線將同一個(gè)導(dǎo)電桿與兩個(gè)驗(yàn)電羽相連，搖動(dòng)起電機(jī)，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(chǎng)線
如圖7（c）所示用導(dǎo)線將兩板分別與起電機(jī)的兩個(gè)放電桿連接，并搖動(dòng)起電機(jī)，絲線就排列在電場(chǎng)線方向上．可以觀察到，在兩板的中央部分，電場(chǎng)線是平行的，其余邊緣部分電場(chǎng)線不平行，如圖8所示．這是因?yàn)槠叫薪饘侔宀⒎菬o(wú)限大所致，且非正對(duì)面上的絲線不動(dòng)，原因是外側(cè) ．
4、總結(jié)電場(chǎng)線的性質(zhì)
（l）電場(chǎng)線是假想的，不是真實(shí)的．
�。�2）電場(chǎng)線起于正電荷止于負(fù)電荷，電場(chǎng)線不閉合．
對(duì)于單個(gè)點(diǎn)電荷，正電荷假想無(wú)窮遠(yuǎn)處有負(fù)電荷，電場(chǎng)線終止于那里；負(fù)電荷同理．
�。�3）電場(chǎng)線的疏密表示電場(chǎng)的強(qiáng)弱．
�。�4）電場(chǎng)線不能相交．
因?yàn)樵陔妶?chǎng)中的任一點(diǎn)處只有一個(gè)電場(chǎng)強(qiáng)度，方向唯一，如相交則該處出現(xiàn)兩個(gè)場(chǎng)強(qiáng)方
向，所以不能相交．
�。�5）電場(chǎng)統(tǒng)不能相切．
原因：電場(chǎng)線疏密表示強(qiáng)弱，如相切則在切點(diǎn)電場(chǎng)線密度無(wú)窮大，這種情況不可能，所
以不會(huì)相切．
（四）作業(yè)
分別畫出正點(diǎn)電荷，負(fù)點(diǎn)電荷，等量異性電荷，等量同性電荷，無(wú)限大均勻帶電平面，帶有等量異性電荷的無(wú)限大平行平面的電場(chǎng)線．
四、說明
1、注意強(qiáng)調(diào)我們畫的是幾種典型電場(chǎng)的電場(chǎng)線平面分布圖，實(shí)際上是空間立體分布的．
2、強(qiáng)調(diào)一定要記住幾種典型電場(chǎng)的空間分布．
3、電場(chǎng)線上茶點(diǎn)的切線方向是那點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向，是放在那點(diǎn)檢驗(yàn)電荷＋q的受力方向，也是檢驗(yàn)電荷＋q在那里所獲得的加速度方向．電場(chǎng)線不一定是檢驗(yàn)電荷的運(yùn)動(dòng)軌跡．
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