电场强度 电场线的教案示例
一、教学目标
1．知道电荷周围存在电场，知道电场是一种客观存在的物质。
2．理解电场强度和电场线的概念。
3．知道电场的叠加原理。
4．知道几种典型电场的电场线分布。
5．以电场线描述电场为例，渗透用场线描述矢量场的方法。
二、教学重点、难点分析
理解电场强度的定义、单位、物理意义；理解电场线的功能。
用比值定义电场强度，E与F、q无关，只由电场决定。
三、教学仪器
大金属球、铝箔球、玻璃屏、起电机、铁架台、电场线投影器、计算机、投影仪、实物展示台。
四、教学过程
复习提问：上节课我们学习了一个重要的实验定律——库仑定律，请大家回顾一下库仑定律的内容及表达式。
答：略。
引入新课：电荷之间存在相互作用力，这种相互作用是怎么发生的呢？人们对这个问题的认识在历史上曾有过两种不同的观点。在法拉第之前，人们认为两个电荷之间的相互作用力是一种超距作用，也就是一个电荷对另一个电荷的作用力是隔着一定空间直接给予的，不需要中间什么媒介作传递，这种方式可以表示为：
在19世纪30年代，法拉第提出一种观点，认为一个电荷周围存在着由它
产生的电场，另外一个电荷受这个电荷的作用力就是通过这个电场给予的，这种作用方式可以表示为：
近代物理学的理论和实践已经完全证明了场的观点的正确性。电场以及
以后将要学习的磁场已被证明是一种客观存在的物质形态，电视台和无线电广播电台就是靠激发电磁场的方式发送各种节目信号的。虽然电磁场“看不见”“摸不着”，但是我们却可以在远离发射塔的地方，用电视机和收音机接受到它们发送的节目信号，这就是电磁场客观存在的很好例证。本节课我们就来学习描述电场的重要概念。
第二节 电场强度 电场线
（一）电场：电荷周围存在电场。
我们怎样研究电场呢？电场能够对处于场中的电荷施加电场力的作用，
这是电场的基本性质。所以我们可以选择一个带电量很小、线度也很小的检验电荷q，分别放入带电体Q所产生的电场中的不同位置，观察检验电荷q受到的电场力有何特点。
实验：如图（1）所示，使有绝缘支柱的大金属球带电作为场源电荷，使丝线吊着的小铝箔球带少量电荷，用它代替检验电荷q。
实验一：把铝箔球放在电场中不同的方位，注意观察丝线的倾斜方向。
现象：铝箔球在电场中不同方位时，丝线倾斜的方向不同。
实验二：铝箔球逐渐远离场源，注意观察丝线偏离竖直方向的角度。 问：看到什么现象了？
现象：偏角逐渐减小。
投影出实验现象，如图2所示。
问：由这两个实验我们能得到什么结论？
学生答后教师归纳：以上两个实验表明，在电场中不同点，电场对检验电荷施加的电场力的大小和方向一般是不同的。
比如在A点电场对电荷施加方向向右的作用力，在D点电场对电荷施加方向向左的作用力，在A点电场对电荷的作用力大，在B点电场对电荷施加的作用力小，可见不同点电场的性质是不同的。怎样定量的、精确的描述电场的这一性质呢？
问：用检验电荷受到的电场力，行吗？（学生讨论）
经学生讨论后，教师引导到观察实验。
实验三：把铝箔球放在电场中同一位置，减小它的带电量，注意观察丝线的偏角。
学生总结实验结论。
结论：在电场中同一点，检验电荷所受电场力随它所带电量的减小而减小，所以，电场力不能用于描述电场。要描述电场，需要找一个与检验电荷的电量无关而只由电场决定的物理量。
那我们用什么描述电场呢？如果我们能够做更精确的实验，就会发现：在电场中同一点，电场力不仅随检验电荷的电量的减小而减小，随电场力的
增大而增大，而且跟检验电荷的电量之间存在这样的定量关系：
在电场中同一点，比值F／q是一个与检验电荷和电场力无关的量，而在
电场中不同点，比值一般不同，因而比值反映电场的性质。所以我们可以用它来描述电场，并把它定义为电场强度。
（二）电场强度
1．定义：放入电场中某点的电荷受到的电场力与它电量的比值，叫这一点的电场强度，简称场强。
（1）单位：N／C
（2）大小：电场中某点的场强在数值上等于单位电荷在该点受到的电场力。
（3）方向：规定电场中某点场强的方向为正电荷在该点受到的电场力的方向。
场强是矢量。 一般电场中不同点，场强的大小及方向不同，场强大的地方，电场强，场强小的地方，
电场弱，通常我们也把场强的大小和方向叫做电场的强弱和方向。
以上我们从一般电场出发引入了场强的定义，
们以一个特殊的电场——真空中点电荷产生
的电场为例，分析场强的物理意义。
2．真空中点电荷电场的场强
如图3所示，Q为放在真空中的点电荷。
要求：（1）画出 A、 B两点的场强方向。
（2）算出A、B两点的场强大小。（给出Q、r）
（请一名学生板演，其他学生自己做）
教师讲评并分析：
（1）场强的大小与方向跟检验电荷的有无、电量、电性没有关系。
（2）场强的大小只由场源电荷和场点到场源的距离来决定。
（3）离场源电荷越近的点场强越大，离场源电荷越远的点场强越小。
3．场强的叠加——平行四边形法则如图4所示，两个电荷+Q和－Q同时
存在时，实验表明它们产生的电场互相独立、互不影响，P点的场强是E1和E2叠加的结果，遵从平行四边形法则，如图4所示。
（边讲边用计算机画出图4）
对于多个电荷产生的电场，同样遵从平行四边形法则。
电场强度概念能定量描述各点电场的性质。电场中各点场强的大小和方向的分布是非常复杂的，我们如何方便而又形象地了解电场中各点场强的分布情况呢？最好画图。
（计算机打出图5）
如图5所示，在正电荷周围电场中画了很多场强矢量，从这个图上我们可以很方便地了解正电荷周围各点的电场分布情况，但它还不是最好的，因为电场中有无数个点，我们不能画出无数个矢量，法拉第为我们提供了一种很好的方法，就是用电场线来形象地描述电场。
（二）电场线
电场线在每一点的切线方向表示该点的场强方向，电场线的疏密表示场强的大小。
（用计算机展示几种典型电场线的分布图，并介绍它们的特点）
问：根据我们所看到的几种电场线，谁能归纳一下电场线的方向有什么特点？
教师归纳：电场线总是从正电荷出发，终止于负电荷或无穷远，如果只
有负电荷，则电场线来自无穷远，终止于负电荷。
问：任意两条电场线都不会相交，这是为什么？
教师归纳：如果相交，则交点就会有两个切线方向，而同一点场强的大小和方向是唯一的。
实验模拟以上几种典型的电场线。
归纳：大家要特别注意一个问题：我们虽然可以用实验模拟电场线的分布，但是，电场线并不是电场中真实存在的曲线，它只是我们为了形象地描述电场而引入的。大家知道，法拉第首先提出了电场，并用电场线形象地描述电场的分布，这在物理学中是非常重要的。虽然法拉第当时认为电场线是真实的曲线，这是不对的，但是，法拉第的场线思想却是非常宝贵的。用场线来形象地描绘矢量场的分布这种方法一直被普遍地采用着。
课堂练习题：（投影片）
1．在真空中有一电场，在这个电场中的某点P放一点电荷q=1.0×10－9C，它受到的电场力为 3．0×10－4N，求：
（1）P点处的电场强度的大小。
（2）若在P点处换q'=2.0×10－9C的负点电荷，则P点的电场强度是多大？
（3）若将P点的点电荷拿走，则P点的电场强度为多大？
（4）负点电荷q'=2.0×10－9C，它在P点受到的电场力是多大？2．如图7所示是某区域的电场线图，A、B、C是电场中的三点。（1）说明哪点的场强最大？
（2）标出A、B、C三点的场强方向。
（3）若在C点放一负电荷，标出负电荷受到的电场力的方向。
小结：（投影片）
电场是电荷周围客观存在的一种物质，它“看不见”、“摸不着”，我们是怎么认识它的呢？根据电场和其它物质的相互作用来认识电场的。为此我们引入了检验电荷，用检验电荷是否受到电场力来判断电场是否存在；又用检验电荷受到的电场力与它的电量的比值即电场强度来定量描述电场的性质。用电场线形象地描述电场的分布。
课后作业：（略）
板书设计：
电场强度 电场线的教案示例
一、教学目标
1．知道电荷周围存在电场，知道电场是一种客观存在的物质。
2．理解电场强度和电场线的概念。
3．知道电场的叠加原理。
4．知道几种典型电场的电场线分布。
5．以电场线描述电场为例，渗透用场线描述矢量场的方法。
二、教学重点、难点分析
理解电场强度的定义、单位、物理意义；理解电场线的功能。
用比值定义电场强度，E与F、q无关，只由电场决定。
三、教学仪器
大金属球、铝箔球、玻璃屏、起电机、铁架台、电场线投影器、计算机、投影仪、实物展示台。
四、教学过程
复习提问：上节课我们学习了一个重要的实验定律——库仑定律，请大家回顾一下库仑定律的内容及表达式。
答：略。
引入新课：电荷之间存在相互作用力，这种相互作用是怎么发生的呢？人们对这个问题的认识在历史上曾有过两种不同的观点。在法拉第之前，人们认为两个电荷之间的相互作用力是一种超距作用，也就是一个电荷对另一个电荷的作用力是隔着一定空间直接给予的，不需要中间什么媒介作传递，这种方式可以表示为：
在19世纪30年代，法拉第提出一种观点，认为一个电荷周围存在着由它
产生的电场，另外一个电荷受这个电荷的作用力就是通过这个电场给予的，这种作用方式可以表示为：
近代物理学的理论和实践已经完全证明了场的观点的正确性。电场以及
以后将要学习的磁场已被证明是一种客观存在的物质形态，电视台和无线电广播电台就是靠激发电磁场的方式发送各种节目信号的。虽然电磁场“看不见”“摸不着”，但是我们却可以在远离发射塔的地方，用电视机和收音机接受到它们发送的节目信号，这就是电磁场客观存在的很好例证。本节课我们就来学习描述电场的重要概念。
第二节 电场强度 电场线
（一）电场：电荷周围存在电场。
我们怎样研究电场呢？电场能够对处于场中的电荷施加电场力的作用，
这是电场的基本性质。所以我们可以选择一个带电量很小、线度也很小的检验电荷q，分别放入带电体Q所产生的电场中的不同位置，观察检验电荷q受到的电场力有何特点。
实验：如图（1）所示，使有绝缘支柱的大金属球带电作为场源电荷，使丝线吊着的小铝箔球带少量电荷，用它代替检验电荷q。
实验一：把铝箔球放在电场中不同的方位，注意观察丝线的倾斜方向。
现象：铝箔球在电场中不同方位时，丝线倾斜的方向不同。
实验二：铝箔球逐渐远离场源，注意观察丝线偏离竖直方向的角度。 问：看到什么现象了？
现象：偏角逐渐减小。
投影出实验现象，如图2所示。
问：由这两个实验我们能得到什么结论？
学生答后教师归纳：以上两个实验表明，在电场中不同点，电场对检验电荷施加的电场力的大小和方向一般是不同的。
比如在A点电场对电荷施加方向向右的作用力，在D点电场对电荷施加方向向左的作用力，在A点电场对电荷的作用力大，在B点电场对电荷施加的作用力小，可见不同点电场的性质是不同的。怎样定量的、精确的描述电场的这一性质呢？
问：用检验电荷受到的电场力，行吗？（学生讨论）
经学生讨论后，教师引导到观察实验。
实验三：把铝箔球放在电场中同一位置，减小它的带电量，注意观察丝线的偏角。
学生总结实验结论。
结论：在电场中同一点，检验电荷所受电场力随它所带电量的减小而减小，所以，电场力不能用于描述电场。要描述电场，需要找一个与检验电荷的电量无关而只由电场决定的物理量。
那我们用什么描述电场呢？如果我们能够做更精确的实验，就会发现：在电场中同一点，电场力不仅随检验电荷的电量的减小而减小，随电场力的
增大而增大，而且跟检验电荷的电量之间存在这样的定量关系：
在电场中同一点，比值F／q是一个与检验电荷和电场力无关的量，而在
电场中不同点，比值一般不同，因而比值反映电场的性质。所以我们可以用它来描述电场，并把它定义为电场强度。
（二）电场强度
1．定义：放入电场中某点的电荷受到的电场力与它电量的比值，叫这一点的电场强度，简称场强。
（1）单位：N／C
（2）大小：电场中某点的场强在数值上等于单位电荷在该点受到的电场力。
（3）方向：规定电场中某点场强的方向为正电荷在该点受到的电场力的方向。
场强是矢量。 一般电场中不同点，场强的大小及方向不同，场强大的地方，电场强，场强小的地方，
电场弱，通常我们也把场强的大小和方向叫做电场的强弱和方向。
以上我们从一般电场出发引入了场强的定义，
们以一个特殊的电场——真空中点电荷产生
的电场为例，分析场强的物理意义。
2．真空中点电荷电场的场强
如图3所示，Q为放在真空中的点电荷。
要求：（1）画出 A、 B两点的场强方向。
（2）算出A、B两点的场强大小。（给出Q、r）
（请一名学生板演，其他学生自己做）
教师讲评并分析：
（1）场强的大小与方向跟检验电荷的有无、电量、电性没有关系。
（2）场强的大小只由场源电荷和场点到场源的距离来决定。
（3）离场源电荷越近的点场强越大，离场源电荷越远的点场强越小。
3．场强的叠加——平行四边形法则如图4所示，两个电荷+Q和－Q同时
存在时，实验表明它们产生的电场互相独立、互不影响，P点的场强是E1和E2叠加的结果，遵从平行四边形法则，如图4所示。
（边讲边用计算机画出图4）
对于多个电荷产生的电场，同样遵从平行四边形法则。
电场强度概念能定量描述各点电场的性质。电场中各点场强的大小和方向的分布是非常复杂的，我们如何方便而又形象地了解电场中各点场强的分布情况呢？最好画图。
（计算机打出图5）
如图5所示，在正电荷周围电场中画了很多场强矢量，从这个图上我们可以很方便地了解正电荷周围各点的电场分布情况，但它还不是最好的，因为电场中有无数个点，我们不能画出无数个矢量，法拉第为我们提供了一种很好的方法，就是用电场线来形象地描述电场。
（二）电场线
电场线在每一点的切线方向表示该点的场强方向，电场线的疏密表示场强的大小。
（用计算机展示几种典型电场线的分布图，并介绍它们的特点）
问：根据我们所看到的几种电场线，谁能归纳一下电场线的方向有什么特点？
教师归纳：电场线总是从正电荷出发，终止于负电荷或无穷远，如果只
有负电荷，则电场线来自无穷远，终止于负电荷。
问：任意两条电场线都不会相交，这是为什么？
教师归纳：如果相交，则交点就会有两个切线方向，而同一点场强的大小和方向是唯一的。
实验模拟以上几种典型的电场线。
归纳：大家要特别注意一个问题：我们虽然可以用实验模拟电场线的分布，但是，电场线并不是电场中真实存在的曲线，它只是我们为了形象地描述电场而引入的。大家知道，法拉第首先提出了电场，并用电场线形象地描述电场的分布，这在物理学中是非常重要的。虽然法拉第当时认为电场线是真实的曲线，这是不对的，但是，法拉第的场线思想却是非常宝贵的。用场线来形象地描绘矢量场的分布这种方法一直被普遍地采用着。
课堂练习题：（投影片）
1．在真空中有一电场，在这个电场中的某点P放一点电荷q=1.0×10－9C，它受到的电场力为 3．0×10－4N，求：
（1）P点处的电场强度的大小。
（2）若在P点处换q'=2.0×10－9C的负点电荷，则P点的电场强度是多大？
（3）若将P点的点电荷拿走，则P点的电场强度为多大？
（4）负点电荷q'=2.0×10－9C，它在P点受到的电场力是多大？2．如图7所示是某区域的电场线图，A、B、C是电场中的三点。（1）说明哪点的场强最大？
（2）标出A、B、C三点的场强方向。
（3）若在C点放一负电荷，标出负电荷受到的电场力的方向。
小结：（投影片）
电场是电荷周围客观存在的一种物质，它“看不见”、“摸不着”，我们是怎么认识它的呢？根据电场和其它物质的相互作用来认识电场的。为此我们引入了检验电荷，用检验电荷是否受到电场力来判断电场是否存在；又用检验电荷受到的电场力与它的电量的比值即电场强度来定量描述电场的性质。用电场线形象地描述电场的分布。
课后作业：（略）
板书设计：