大學物理靜電場教案

靜電場教案教學目標知識與技能：=1\*GB3①理解庫侖定律的意義并掌握其應(yīng)用=2\*GB3②理解電場疊加原理并掌握應(yīng)用其求點電荷電場分布的方法=3\*GB3③掌握用解析法和幾何法描述靜電場的方法=4\*GB3④理解靜電場的性質(zhì)=5\*GB3⑤理解高斯定理的物理意義并掌握應(yīng)用其求特殊帶電體電場分布的方法過程與方法：=1\*GB3①通過整理知識框圖與“三基〞問題帶著學生復習本章內(nèi)容,培養(yǎng)學生歸納知識的能力=2\*GB3②通過合作討論探究問題，培養(yǎng)學生進一步運知識的能力,學習一定研究問題的科學方法情感態(tài)度與價值觀：創(chuàng)設(shè)情境，聯(lián)系生活中相關(guān)物理現(xiàn)象和生活技巧，激發(fā)學生對本章內(nèi)容的學習興趣，培養(yǎng)學生求實的科學態(tài)度。重點、難點重點：=1\*GB3①靜電場的描述=2\*GB3②電場疊加原理的理解和應(yīng)用=3\*GB3③高斯定理的理解和應(yīng)用難點：高斯定理的理解和應(yīng)用三．知識結(jié)構(gòu)框圖電場強度定義式庫侖定律連續(xù)電荷電場強度分立電荷電場強度點電荷電場強度靜電場的描述靜電場靜電場的性質(zhì)電通量靜電感應(yīng)靜電平衡條件三．知識結(jié)構(gòu)框圖電場強度定義式庫侖定律連續(xù)電荷電場強度分立電荷電場強度點電荷電場強度靜電場的描述靜電場靜電場的性質(zhì)電通量靜電感應(yīng)靜電平衡條件高斯定律電場疊加原理靜電場中的導體靜電場的圖示：電場線對電場強弱及方向的描述電荷：q一切電磁現(xiàn)象歸因于物體所帶電荷，電荷具有量子性，即電荷總是以一個根本單元的整數(shù)倍出現(xiàn)，這個根本單元電荷的帶電量為電力包括帶電體與帶電體之間的靜電力和帶電體在電場中受到的電場力電場強度電通量:電通量是衡量靜電場中垂直穿過某一面積元的電場線條數(shù)的量五.根本定律庫侖定律：反映真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用特點電場疊加原理：反映當多個點電荷存在時，它們在某場點激發(fā)的總電場與他們各自單獨存在時在該場點激發(fā)的電場的關(guān)系高斯定律：映在真空靜電場內(nèi)任意封閉曲面上電通量與該曲面包圍的電荷代數(shù)和之間關(guān)系，它表示該電通量與封閉曲面外的電荷無關(guān)，即封閉曲面上的總電場只由曲面內(nèi)的電荷決定。反六.根本問題1.靜電場的圖示2.在什么情況下可以將帶電體近似看做點電荷?3.電力的計算和討論4.利用電場疊加矢量求和方法求解分立電荷在空間某點激發(fā)的電場強度。5.如何選用適宜的電荷元，利用電場疊加原理求解電荷連續(xù)分布的均勻帶電體的電場分布?6.對于電荷對稱分布的帶電體，如何選用適宜的高斯面，利用高斯定律求解帶電體的電場分布?七.靜電場問題討論=1\*GB4㈠．“知識單元〞專題問題1．庫侖定律通用的矢量表達式是什么？如何從公式理解力的大小、方向與、及〔或〕的關(guān)系？2．由的定義式如何理解與和之間的關(guān)系，此定義式反映了是什么性質(zhì)的物理量？3．如何從幾何上理解電通量的定義和計算式？如何理解高斯定律？4．試總結(jié)用疊加原理求解靜電場的根本思路和步驟，并舉2—3個代表性的例子，分析求解過程的每一步。5．試總結(jié)用高斯定律求解靜電場的根本步驟和條件，并舉2—3個例子，分析求解過程對應(yīng)的每一步。=2\*GB4㈡．“根本問題〞專題討論題1．試探討:庫侖定律中的“平方反比〞如果不能嚴格滿足，將對電磁學的哪些理論產(chǎn)生怎樣的影響？2．在電場強度的定義中，如果放入電場中的試探電荷不是嚴格的點電荷，那么將對由求出的值得有何影響？3．討論；在何種情況下，點電荷q可以沿著一根電場線一直運動？4．高斯定律可否應(yīng)用于電偶極子激發(fā)的電場？可否用高斯定律求解出該電場分布？5．如下圖，均勻帶電的大球R被對稱的挖空了一個小球的空間，試討論求解空間中A、B、C三點的電場的方法和步驟。roroR八．例題講解1.分立電荷產(chǎn)生場強的疊加問題。例1：電偶極子電矩為，求偶極子在它軸線的延長線上一點A的；⑵電偶極子在它軸線的中垂線上一點B的。解：⑴如圖所取坐標，〔與同向〕⑵如圖所取坐標2.連續(xù)電荷產(chǎn)生場強的疊加問題例2：半徑為的均勻帶電圓盤，電荷面密度為，計算軸線上與盤心相距的p點的場強。解：如下圖，x軸在圓盤軸線上，把圓盤分成一系列的同心圓環(huán)，半徑為、寬度為的圓環(huán)在p點產(chǎn)生的場強為：〔均勻帶電圓環(huán)結(jié)果〕∵各環(huán)在p點產(chǎn)生場強方向均相同，∴整個圓盤在p點產(chǎn)生場強為：>0：背離圓盤<0：指向圓盤即與盤面垂直〔關(guān)于盤面對稱〕討論：時，變成無限大帶電薄平板，，方向與帶電平板垂直。例3：有一均勻帶電直線，長為，電量為，求距它為處p點場強。解：如圖所取坐標，把帶電體分成一系列點電荷，段在p處產(chǎn)生場強為：①由圖知：代⑴中有：，討論：無限長均勻帶電直線,,.即無限均勻帶電直線，電場垂直直線，，背向直線；，指向直線。3.高斯定理應(yīng)用舉例例4：有均勻帶電的球體，半徑為，電量為，求球內(nèi)外場強〔8-13〕。解：由題意知，電荷分布具有球?qū)ΨQ性，∴電場也具有對稱性，場強方向由球心向外輻射，在以O(shè)為圓心的任意球面上各點的相同?！?〕球內(nèi)任一點P的以O(shè)為球心，過P點做半徑為的高斯球面S1，高斯定理為：∵與同向，且S1上各點值相等，∴∴沿方向。〔假設(shè)，那么沿方向〕結(jié)論：注意：不要認為S1外任一電荷元在P1處產(chǎn)生的場強為0，而是S1外所有電荷元在P1點產(chǎn)生的場強的疊加為0。〔2〕球外任一點P2的以O(shè)為球心，過P2點做半徑為的球形高斯面S2，高斯定理為：由此有：沿方向結(jié)論：均勻帶電球體外任一點的場強，如同電荷全部集中在球心處的點電荷產(chǎn)生的場強一樣。曲線如左圖。例5：一無限長均勻帶電直線，設(shè)電荷線密度為，求直線外任一點場強。解：由題意知，這里的電場是關(guān)于直線軸對稱的，的方向垂直直線。在以直線為軸的任一圓柱面上的各點場強大小是等值的。以直線為軸線，過考察點P做半徑為高為的圓柱高斯面，上底為S1、下底為S2，側(cè)面為S3。高斯定理為：在此，有：∵在S1、S2上各面元，∴前二項積分=0又在S3上與方向一致，且=常數(shù)，∴即由帶電直線指向考察點?！布僭O(shè)，那么由考察點指向帶電直線〕上面結(jié)果將與例4結(jié)果一致。例6：無限長均勻帶電圓柱面，半徑為，電荷面密度為，求柱面內(nèi)外任一點場強。解：由題意知，柱面產(chǎn)生的電場具有軸對稱性，場強方向由柱面軸線向外輻射，并且任意以柱面軸線為軸的圓柱面上各點值相等。1〕帶電圓柱面內(nèi)任一點P1的以O(shè)O’為軸，過P1點做以為半徑高為的圓柱高斯面，上底為S1，下底為S2，側(cè)面為S3。高斯定理為：在此，有：∵在S1、S2上各面元，∴上式前二項積分=0，又在S3上與同向，且=常數(shù)，∴∴結(jié)論：無限長均勻帶電圓筒內(nèi)任一點場強=02〕帶電柱面外任