18-19 第1章 第4节 认识电场

《第四节 认识电场》教学设计【课标要求】通过实验，认识电场，会用电场线、电场强度描述电场。

【课标的细化要求】1．知识与技能（1）通过实验认识电场，知道电场是物质存在的一种形式，是客观存在的。

（2）知道电场是矢量，不但有大小而且有方向。

（3）认识电场线和电场强度，懂得用电场线和电场强度去描述电场。

（4）知道匀强电场。

2．过程与方法（1）通过对电场的认识，学会用图示法描述电场。

（2）通过观察与思考，懂得如何用实验模拟电场线。

（3）类比是学习物理的一种方法，通过本节的学习，让学生对此有所体会。

3．情感态度与价值观（1）通过对电场的认识，让学生感受到想象力和抽象思维在科学研究中的重要作用。

（2）通过对本节的学习，让学生领悟到自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲。

【教学重点】1．电场是客观存在的。

2．懂得用电场线和电场强度去描述电场。

【教学难点】1．类比的科学研究思想2．几种常见电场线的分布特点【学情分析】在上一节课中，学生已学习了关于磁场的知识，对磁场有了初步的认识。

本节课内容与上一节（认识磁场）有很多相似之处，因此，要积极引导学生进行对比学习，及时掌握两节课的内容。

因此，课题引入时应多进行复习提问，对学生还未牢固掌握的内容加以强调，然后再进行类比。

电场线、电场强度都比较抽象，演示实验现象要明显，让学生获得感性认识。

对学习基础较差的同学，要积极引导他们进行类比学习；而对学习基础较好的同学，则应以自主学习为主。

【教学器材】1．多媒体教学设备一套（包括：电脑、投影）、自制多媒体课件；2．电场线演示板(演示点电荷电场线分布、等量同种电荷电场线分布、等量异种电荷电场线分布、带等量异种电荷的平行板之间电场线分布)、电源、开关、导线若干【教学过程设计】一、复习提问引入：1.电荷间是否存在相互作用力?真空中两点电荷间作用力的大小?2.力离不开媒介物:马拉车的拉力媒介物是绳子;磁场力的媒介物是磁场.那么,电荷之间靠2KQqF r什么起作用的呢？二、新课教学：（一）认识电场过渡:电场和磁场一样,是看不见, 摸不着的特殊物质.前面第二节我们已经学习了两点电荷间的作用力,现在我们知道:两磁体通过磁场发生相互作用,同样的道理,两电荷通过电场发生相互作用.1.定义：带电体周围存在的一种特殊物质，电荷间的相互作用是通过这种物质而发生的。

第一章电场知识点在我们的物理世界中，电场是一个非常重要的概念。

它虽然看不见摸不着，但却在我们的日常生活和现代科技中发挥着巨大的作用。

从家用电器的运行到电子设备的工作，从闪电的产生到电磁波的传播，电场无处不在。

接下来，让我们一起深入探索电场的奇妙世界。

首先，我们来了解一下什么是电场。

简单来说，电场是存在于电荷周围的一种特殊物质。

电荷会在其周围空间产生电场，而这个电场又会对处在其中的其他电荷产生力的作用。

就好像一个有影响力的人，他的存在会对周围的人产生某种影响力，电荷也是如此。

电场强度是描述电场性质的一个重要物理量。

它表示电场的强弱和方向。

想象一下，在一个空间中，电场强度越大，就意味着电荷在这个地方受到的电场力越大，就好像风的强度越大，对物体的推动作用就越强。

电场强度的定义是：放入电场中某点的电荷所受的电场力 F 跟它的电荷量 q 的比值，叫做该点的电场强度，用 E 表示，即 E ＝ F ／ q 。

电场强度是矢量，其方向与正电荷在该点所受的电场力方向相同。

电场线是为了形象地描述电场而引入的一种假想曲线。

它不是真实存在的线，但却能帮助我们直观地理解电场的分布和性质。

电场线从正电荷出发，终止于负电荷或者无穷远；电场线的疏密程度表示电场强度的大小，电场线越密的地方，电场强度越大；电场线的切线方向表示电场强度的方向。

我们再来看看电荷在电场中的运动情况。

如果电荷在电场中静止释放，它将在电场力的作用下做加速运动。

就好比一个物体在重力作用下自由下落一样。

如果电荷初速度方向与电场线方向不一致，那么它将做曲线运动。

这就类似于一个物体被斜着抛出，在重力作用下做抛物线运动。

匀强电场是一种特殊的电场，其电场强度的大小和方向在空间中处处相同。

两块平行放置的带等量异种电荷的金属板之间的电场，就可以近似看作匀强电场。

在匀强电场中，电荷所受的电场力是恒定的，这使得电荷的运动规律相对简单。

电场具有能量，这被称为电势能。

电荷在电场中具有的势能与它的电荷量和所在位置的电势有关。

18-19 第1章第4节认识电场第四节认识电场学习目标知识脉络1.了解电荷周围存在的电场．2．知道电场线，会用电场线描述电场．(重点、难点)3．知道电场强度的定义和方向．(重点)4．知道匀强电场的特点．(重点)[知识梳理]一、电场的描述——电场线1．定义：在电场中画出的一系列的从正电荷(无限远)出发到无限远(负电荷)终止的曲线，用这些曲线可以形象地描述电场．2．电场线的特点：曲线上每一点的切线方向都跟该点的电场强度的方向一致，曲线的疏密程度描述电场的强弱，越密的地方，电场越强．二、电场的描述——电场强度1．电场强度(1)物理意义：描述电场强弱和方向的物理量．(2)方向：电场强度的方向就是电场中某点电场的方向．(3)矢量：电场强度既有大小，又有方向，是矢量．(4)单位：牛顿/库仑或伏特/米，符号N/C或V/m.2．匀强电场(1)定义：在电场中的某个区域，如果电场强度的大小和方向处处相同，这个区域的电场叫做匀强电场．(2)电场线特点：匀强电场的电场线是一组方向相同的等间距平行线．[基础自测]场强，疏的地方电场弱．电场线不相交，不中断．2．电场线的特点(1)电场线是抽象化、理想化的模型，实际并不存在．(2)电场线起于正电荷，止于负电荷．(3)电场线的疏密表示电场强弱．(4)电场线的每一点的切线方向都跟该点电场方向一致．(5)电场线不能相交，因为在电场中的任一点处正电荷只有一个受力方向．如图1-4-1所示是某静电场的一部分电场线分布情况，下列说法中正确的是()图1-4-1A．这个电场可能是负点电荷的电场B．点电荷q在A点处受到的电场力比在B点处受到的电场力大C．正电荷可以沿电场线由B点运动到C点D．点电荷q在A点处的瞬时加速度比在B点处的瞬时加速度小(不计重力) B[负点电荷的电场线是从四周无限远处不同方向指向负点电荷的直线，故A错误；电场线越密的地方场强越大，由题图知E A＞E B，又因F＝qE，得F A知，a∝F，而F∝E，E A＞E B，所以a A＞a B，故D ＞F B，故B正确；由a＝Fm错误；正电荷在B点受到的电场力的方向沿切线方向，故其轨迹不可能沿曲线由B到C，故C错误．](1)电场线并不是粒子运动的轨迹.带电粒子在电场中的运动轨迹由带电粒子所受合外力与初速度共同决定.电场线上各点的切线方向是场强方向，决定着粒子所受电场力的方向.轨迹上每一点的切线方向为粒子在该点的速度方向.(2)电场线与带电粒子运动轨迹重合必须同时满足以下三个条件①电场线是直线.②带电粒子只受电场力作用，或受其他力，但其他力的方向沿电场线所在直线.③带电粒子初速度的大小为零或初速度的方向沿电场线所在的直线.[针对训练]1．如图1-4-2所示为两个带等量点电荷周围的电场线分布(电场线方向未标出)，则()【导学号：71082019】图1-4-2A．A只能带正电B．A只能带负电C．若A带正电，则B肯定是带负电的D．若A带正电，则B肯定是带正电的C[图示的电场线为两个带等量异种点电荷形成电场的电场线分布，C正确，D错误；但没有标注电场线的方向，所以不能判断A、B的电性，A、B错误．]对电场强度的理解1．电场强度的意义电场强度是描述电场强弱的物理量，反映电场力的性质．电场中某点的电荷受到的电场力大小不仅与该点的电场强度有关，还与电荷所带电荷量有关．2．对电场强度的理解在电场中某点，电场强度由该点在电场中的位置所决定，跟电荷所带电荷量无关，是反映电场性质的物理量．注意电场强度的唯一性和确定性，电场中某一点处的电场强度E是唯一的，它的大小和方向与放入该点的电荷无关，由产生电场的电荷及空间位置决定．电场中每一点对应着的电场强度与该点是否放置电荷、放置电荷的电荷量及电性无关．即使该处不放入电荷，该处的电场强度大小、方向仍不变．3．电场强度的方向电场强度是矢量，电场中某点电场强度的方向是不变的，可用电荷受力的方法确定：与正电荷的受力方向相同，与负电荷的受力方向相反．4．电场力与电场强度的区别物理量电场力F 电场强度E物理意义电荷在电场中受到的力描述电场力的性质，是电场的属性决定因素由电场和电荷共同决定只由电场本身决定方向正电荷受力与E同向；负电荷受力与E反向规定E的方向为正电荷在该点的受力方向单位N N/C或V/m场力为F，则该点电场强度为E＝Fq，下列说法正确的是()A．若移去检验电荷，该点的电场强度就变为零B．若在该点放一个电荷量为2q的检验电荷，该点的场强就变为E2 C．若在该点放一个电荷量为－2q的检验电荷，则该点电场强度大小仍为E，但电场强度的方向与原来的方向相反D．若在该点放一个电荷量为2q的检验电荷，则该点的电场强度大小仍为E，电场强度的方向还是原来的电场强度方向D[因为电场中某点的电场强度的大小和方向由电场本身决定，跟检验电荷无关，所以，移去检验电荷或在该点放电荷量为2q或－2q的检验电荷，该点电场强度均不变．故D正确，A、B、C错误．](1)公式E＝Fq是电场强度的定义式，不是决定式.其中q是试探电荷的电荷量.(2)电场强度E的大小和方向只由电场本身决定，与是否放入的试探电荷以及放入试探电荷的正负、电荷量的大小无关.)[针对训练]2．(多选)关于电场强度的下列说法中正确的是()【导学号：71082019】A．电场强度在数值上等于单位电荷在电场中所受的电场力B．在电场中某点不放电荷，则该点的电场强度一定为零C．正电荷在电场中某点所受电场力的方向就是这点电场强度的方向D．负电荷在电场中某点所受电场力的方向就是这点电场强度的方向AC[由电场强度的定义式可知，电场强度在数值上等于单位电荷在电场中所受的电场力，选项A正确；电场中某点的场强大小由电场本身决定，与试探电荷的电荷量q及其受力F大小无关，选项B错误；正电荷在电场中某点所受电场力的方向就是这点电场强度的方向，选项C正确；负电荷在电场中某点所受电场力的方向与这点电场强度的方向相反，选项D错误．][当堂达标·固双基]1．图1-4-3中所画的电场线，正确的是()图1-4-3A．(1)(2)和(4)B．只有(4)C．只有(3) D．(2)和(3)B[由电场线的分布特点可知(1)(2)(3)错误，(4)正确．选B.]2．下面关于电场的叙述不正确的是()A．两个未接触的电荷发生了相互作用，一定是电场引起的B．只有电荷发生相互作用时才产生电场C．只要有电荷存在，其周围就存在电场D．A电荷受到B电荷的作用，是B电荷的电场对A电荷的作用B[两个电荷之间的作用，实际是一个电荷周围存在着由它产生的电场，另外一个电荷受到这个电荷的作用力就是通过这个电场给予的，因此，电场的存在是电荷间产生静电力的条件，故A、D正确；电荷周围总存在电场，C正确，B 错误．]3. (多选)某电场区域的电场线如图1-4-4所示，a、b是其中一条电场线上的两点，下列说法中正确的是()图1-4-4A．a点的场强方向一定沿着过a点的电场线向右B．a点的场强一定大于b点的场强C．正电荷在a点受到的电场力一定大于它在b点受到的电场力D．负电荷在a点受到的电场力一定小于它在b点受到的电场力ABC[过a点的电场线是一条水平向右的直线，故选项A对．a点处电场线密集，电场较强，故Ea>E b，选项B对．无论电荷正负，根据F＝q·E，E a>E b，所以F a>F b，只是正负电荷所受的静电力的方向相反，故选项C对，选项D错．]。

3 电场 电场具有力的性质．[知识梳理]一、电场1．电荷周围存在电场，电场是一种特殊物质，电荷之间的作用就是通过电场发生的．2．电场的基本性质之一是对放入其中的电荷有力的作用．二、电场强度1．定义：放入电场中某一点的检验电荷受到的电场力F 跟它的电荷量q 的比值叫做该点的电场强度．2．定义式：E ＝F q ，其单位是牛顿每库或伏特每米，符号为N/C 或V/m.3．点电荷的场强公式：E ＝k Q r 2.4．方向：电场强度是矢量，其方向与正电荷在该点所受的静电力的方向相同，与负电荷在该点所受的静电力的方向相反．5．物理意义：描述电场强弱的物理量，由场源电荷及到场源的距离决定，与q 0无关．三、电场线1．概念：为了直观形象地描述电场中各点电场强度的分布，在电场中画出一系列曲线，使这些曲线上每一点的切线方向与该点的场强方向一致．2．电场线的特点(1)始于正电荷(或无穷远)，终于负电荷(或无穷远)．(2)任意两条电场线都不相交，电场线是不闭合的．(3)电场线越密的地方，电场强度越强；电场线越稀的地方，电场强度越弱．[基础自测]1．思考判断(1)电场看不见、摸不着，因此电场不是物质．()(2)电场对放入其中的任何电荷都有力的作用．()(3)根据E＝Fq电场强度E与F成正比，与q成反比．()(4)电场线是客观存在的物质．()(5)电场线不是实际存在的线，而是为了形象地描述电场而假想的线．()(6)电场线只表示电场强度的方向．()[提示](1)×(2)√(3)×(4)×(5)√(6)×2．下列关于电场与电场线的说法中，正确的是()A．电场是人为规定的B．电场是客观存在的特殊物质，它对放入其中的电荷有力的作用C．电场线是客观存在的一条条的线D．电场线只能描述电场的方向，不能描述电场的强弱B[电场是真实存在的，不是人为规定的，对放入电场中的电荷有力的作用，A错误，B正确；电场线是为了方便研究电场而人为引入的，不是真实存在的，电场线的疏密程度可表示电场强弱，而电场线的方向可表示电场方向，故C、D 错误．]3．由电场强度的定义式E＝F/q可知，关于某静电场中同一位置的说法，正确的是()【导学号：37032019】A ．电场强度E 与电场力F 成正比，与电荷量q 成反比B ．电场强度E 的方向一定与电场力F 的方向相同C ．无论q 如何变化，电场强度E 保持不变D ．上式中的电场强度E 是由电荷q 产生的C [E ＝F /q 是电场强度的定义式，采用比值法定义，则知E 与F 、q 无关，不能说E 与电场力F 成正比，与电荷量q 成反正，故A 错误．电场强度E 的方向一定与正电荷所受的电场力F 方向相同，而与负电荷所受的电场力方向相反，故B 错误．电场强度反映其本身的性质，与试探电荷无关，则无论q 如何变化，电场强度E 保持不变，故C 正确．公式E ＝F /q 中q 是放入电场中的试探电荷，E 不是由电荷q 产生的，故D 错误．]4．将电量为q 的点电荷放在电场中的A 点，它受到的电场力为F ，产生该电场的场源电荷的电量为Q ，则A 点的场强大小为：( )A ．F /qB ．FQC ．F /QD ．FqA [根据电场强度定义得r 处的场强大小为E ＝F q ，根据点电荷的场强公式得E ＝k Q r 2，Q 为场源电荷的电量，但间距r 不知，故A 正确，B 、C 、D 错误；选A ．][合 作 探 究·攻 重 难]1．E ＝F q 是电场强度的定义式，适用于任何情况．虽然E ＝F q ，但E与F 和q 都无关，电场强度是由电场本身决定的量．电场中某点的场强是确定的，其大小、方向只与建立电场的本身(或场源电荷)有关，而与放入的试探电荷无关．2．E ＝k Q r 2是点电荷所形成的电场的决定式．E 由场源电荷Q 和试探电荷到场源电荷的距离决定，与是否放入试探电荷无关．3．电场强度是矢量，当空间的电场是由几个电荷共同产生时，某点的场强应是每个点电荷单独存在时在该点场强的矢量和．如图1-3-1所示，A 为带正电Q 的金属板，沿金属板的垂直平分线，在距板r 处放一质量为m 、电荷量为q 的小球，小球受水平向右的电场力偏转θ角而静止，小球用绝缘细线悬挂于O 点，试求小球所在处的电场强度．图1-3-1【解析】 要求小球所在处的电场强度，可以采用电场强度的定义式，需要求出小球所受到的电场力，可以通过平衡条件求得电场力．分析小球受力如图所示，由平衡条件得：F 电＝mg tan θ，所以小球所在处的电场强度E ＝F 电q ＝mg tan θq ，因为A 带正电，小球受水平向右的电场力，因此电场强度方向水平向右．【答案】 电场强度大小为mg tan θq ，电场强度方向为水平向右带电金属板A 不能当成点电荷，电场强度是矢量，不仅要求出大小，还要求出方向.根据共点力的平衡条件即可求得带电体之间的作用力，从而进一步求解电场强度.[针对训练]1．关于电场，下列说法正确的是( )【导学号：37032019】A ．由E ＝F q 知，若q 减半，则该处电场强度为原来的2倍B ．由E ＝k Q r 2知，E 与Q 成正比，而与r 2成反比C ．由E ＝k Q r 2知，在以Q 为球心，以r 为半径的球面上，各处场强均相同D ．电场中某点场强方向就是该点所放电荷受到的电场力的方向B [因E ＝F q 为场强定义式，而电场中某点场强E 只由电场本身决定，与是否引入电荷及q 的大小、正负无关，故A 错误；由场强方向的规定知D 错误；E＝k Q r 2是点电荷的场强公式，故B 正确、C 错误．]1．(1)电场线是为了形象地描述电场而假想的，实际并不存在，因此电场线是一种理想化的模型．(2)电场线始于正电荷，止于负电荷．在正电荷形成的电场中，电场线起于正电荷，延伸到无穷远处；在负电荷形成的电场中，电场线起于无穷远处，止于负电荷．(3)电场线分布的疏密反映了电场的强弱．表示场强的大小．相对而言，电场线越密的区域，电场强度就越大．(4)电场线上任意一点的切线方向与该点场强方向一致．(5)电场线在电场中一定不相交，不中断．2．电场线不是电荷的运动轨迹电场线是为了形象地描述电场而引入的假想线，规定电场线上每点的场强方向沿该点的切线方向，也就是正电荷在该点受电场力产生的加速度的方向(负电荷受力方向相反)．运动轨迹是带电粒子在电场中实际通过的轨迹，径迹上每点的切线方向为带电粒子在该点的速度方向．结合力学知识我们知道，物体的速度方向不一定与加速度的方向一致，因此电场线不是带电粒子的运动轨迹．只有当电场线是直线，而带电粒子又只受电场力作用由静止开始或初速度方向沿电场线方向运动时轨迹才有可能与电场线重合．3．几种常见电场的电场线分布．如图1-3-2所示．图1-3-2(多选)某电场区域的电场线如图1-3-3所示，a 、b 是其中一条电场线上的两点，下列说法中正确的是( )图1-3-3A．a点的场强方向一定沿着过a点的电场线向右B．a点的场强一定大于b点的场强C．正电荷在a点受到的电场力一定大于它在b点受到的电场力D．负电荷在a点受到的电场力一定小于它在b点受到的电场力思路点拨：①根据电场线疏密分析电场强度的大小．②根据电场线的切向分析电场强度的方向．ABC[过a点的电场线是一条水平向右的直线，故选项A对，a点处电场线密集，电场较强，故Ea>E b，选项B对．无论电荷正负，根据F＝q·E，E a>E b，所以F a>F b，只是正负电荷所受的静电力的方向相反，故选项C对，选项D错．] 电场线是为了形象、直观、方便地描述电场的特性，而引入的一种辅助手段．如果知道了电场线的疏密分布及电场线的形状、箭头指向，就能讨论电场中各点的场强大小关系和方向．因此了解各种常见电场的电场线分布情况，对于灵活运用电场线判断电场的性质是大有帮助的．[针对训练]2．如图1-3-4所示的电场线可形象描述等量同种电荷形成的电场，E M、E N 分别表示电场中同一直线上M、N两点的电场强度大小．关于M、N两点的电场强度，下列判断正确的是()【导学号：37032019】图1-3-4A．E M<E N，方向不同B．E M<E N，方向相同C．E M>E N，方向不同D．E M>E N，方向相同D[电场中，电场线的疏密表示场强的大小，该点的切线方向表示该点的场强方向，故E M>E N，方向相同，故D正确，A、B、C错误．][当堂达标·固双基]1．电场强度的定义式为E＝Fq，则()A．定义式中，F是置于电场中试探点电荷所受的电场力，q是该点电荷的电荷量B．此公式只适用于点电荷形成的电场C．电场中的场强E与点电荷所受电场力F成正比D．场强方向与试探电荷的正、负有关A[定义式E＝Fq中，F是置于电场中试探点电荷所受的电场力，q是该点电荷的电荷量，故A正确；电场强度的定义式E＝Fq，采用比值法定义，适用于任何电场，故B错误；根据比值法定义的共性可知，电场中某点的场强E的大小跟放在该点的检验电荷q所受电场力、检验电荷q都无关，由电场本身的性质决定，故C、D错误．]2．下面的说法中不正确的是()【导学号：37032020】A．电荷的周围存在电场B．电场是一种物质，它与其他物质一样，是不依赖我们的感觉而存在的C．电荷甲对电荷乙的电场力是电荷甲的电场对电荷乙的作用力D．电场力是不相接触的物体之间的作用力，这种相互作用不经其他物质便可直接进行D[电场是电荷周围存在的一种特殊物质，电荷间的相互作用力是通过电场进行的，故ABC均正确，D不正确．]3．电场中有一点P，下列哪种说法是正确的()A．若放在P点电荷的电荷量减半，则P点的场强减半B．若P点没有检验电荷，则P点场强为零C．P点场强越大，则同一电荷在P点所受电场力越大D．P点场强方向为试探电荷在该点受力方向C[为了知道电场中某点的强度，可以把一个检验电荷放入该点，其受到的电场力F与自身的电荷量q的比值Fq可反映该点场强的大小，但该点的场强由电场本身决定，与检验电荷的电荷量多少、电性无关，所以选项A、B错．由E＝Fq得F＝Eq，当q一定时，E越大，F越大，所以选项C正确．电场中某点的场强方向规定为正电荷在该点时受到的电场力方向，与负电荷受力的方向相反，选项D错．]4.如图1-3-5所示，为静电场的一部分电场线分布情况，下列说法中正确的是()图1-3-5A．这个电场可能是负点电荷的电场B．这个电场可能是匀强电场C．点电荷q在A点时受到的电场力比在B点时受到的电场力大D．负电荷在B点受到的电场力的方向为沿B点的切线方向C[点电荷电场线为汇聚状射线，这个电场既不是匀强电场也不是负点电荷的电场，A、B错误．A点比B点电场线密，场强大，点电荷q在A点受到的电场力比在B点大，C正确．正电荷在B点受到的电场力的方向与B点切线方向相同，D错误．]5．某匀强电场的电场线如图1-3-6所示，A、B是电场中的两点，电荷量q ＝2×10－7 C的正点电荷，放在A点时受到的电场力大小F＝4×10－3N.问：图1-3-6(1)该匀强电场的电场强度大小是多少？(2)若把另一个电荷量q′＝4×10－7 C的负电荷，放在电场中的B点，则它受到的电场力大小多少？方向如何？【导学号：37032021】【解析】(1)根据电场强度的定义公式可得匀强电场的电场强度大小为：E＝Fq＝4×10－32×10－7＝2×104 N/C.(2)根据F＝q′E可得电荷受到的电场力为：F＝q′E＝4×10－7×2×104＝8×10－3N，因为是负电荷，所以电场力方向向左．【答案】(1)2×104 N/C(2)8×10－3 N水平向左。