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高中物理電場線的教案設計
一、教學目標
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。
二、教學重點、難點：
1．電場線的概念及其特點是本節(jié)課的重點。
2．學會用電場線描述電場是學習的重點也是難點。
三、教學方法：實驗演示、計算機輔助教學
四、教 具：
1．實驗演示：感應起電機一個、驗電羽兩個，兩塊帶有驗電羽的絕緣鋁板。
2．課件演示：計算機、投影儀、大屏幕、自制CAI課件
五、教學過程：
（一）復習提問
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。
（二）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，同學們學過磁場，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）教學過程設計
1．電場線概念引入
英國物理學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小。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該相同，所以電場線應是圖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OO＇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O(jiān)O＇，如圖3（b）所示。所以通過OO＇的所有電場線都應與OO＇垂直。
再在直線OO＇的兩側取D與D＇，使它們對OO＇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D＇點，它受的合力指向斜下方�？梢钥闯�，從A點出發(fā)，經(jīng)過D、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對應場強的弱強的要求，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，而總的電場應為兩個分電場的矢量和。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，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
�。�1）點電荷電場線的演示
如圖7（a）所示將驗電羽與感應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，再用導線將它們分別與起電機的兩個導電桿相連，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，再用導線將同一個導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�？梢杂^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E=0。
4．總結電場線的性質
�。�1）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）電場線不能相切。
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)
1．復習本節(jié)課文，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。
2． 思考課本練習三的（1）、（2）、（3）、（4）、（5）題、
3．將練習三的第（6）題作在作業(yè)本上。
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．電場線上某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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