靜電場教材分析

1、靜電場教材分析開發(fā)區(qū)第八高級中學王成志課程標準的要求：. 了解靜電現(xiàn)象及其在生活和生產(chǎn)中的應用，用原子結構和電荷守恒的知識分 析靜電現(xiàn)象。.知道點電荷，體會科學研究中的理想模型方法。知道兩個點電荷間相互作用 的規(guī)律。通過靜電力與萬有引力的對比，體會自然規(guī)律的多樣性與同一性。. 了解靜電場，初步了解場是物質存在的形式之一。理解電場強度。會用電場 線描述電場。.知道電勢能、電勢，理解電勢差。了解電勢差與電場強度的關系。.觀察常見電容器的構造，了解電容器的電容。舉例說明電容器在技術中的應 用。一、課時安排建議：第f電荷及其守恒定律一課時第二節(jié)庫侖定律一課時第二節(jié)電場強度二課時第四節(jié)電勢能和電勢三課時

2、第五節(jié)電勢差一課時笫八.節(jié)電勢差和電場強度的關系一課時第七節(jié)靜電現(xiàn)象的應用一課時第八節(jié)電容器的電容二課時第九節(jié)帶電粒子在電場中的運動二課時教材總體分析及特點整體線索：教科書從電荷在電場中受力入手，引入電場強度的概念，明 確它是表示電場強弱的物理量。 然后，通過將電場力做功與路徑無關和重力 做功與路徑無關類比，得出電荷在電場中具有由位置決定的能量一一電勢 能。在此基礎上，同引入電場強度的方法相同（比值定義法），引入電場的 另一種描述，即電勢的概念。這樣，通過幾個相關物理概念的討論，完成對 靜電場性質的初步認識。在此基礎上，通過核心內容的拓展和應用，如靜電 感應想象的應用、電容器的電容、帶電粒子在

3、電場中的運動等，提高學生綜 合運用物理知識的能力。任何場的描述都要從兩個角度來描述，一個是力的方面；另一方面是能 的方面。本章的內容是電學的基礎，也是學習后兩章（恒定電流和磁場）的 準備知識。本章的核心內容，簡單概括就是（六個二）即是電場強度和電勢 這兩個概念，具體研究點電荷電場和勻強電場這兩種電場，有電荷守恒定律 和庫侖定律兩個基本規(guī)律，介紹電場線和等勢線兩種圖線，討論靜電感應和 電容器兩個具體問題，分析帶電粒子在電場中加速和偏轉兩種運動。基本概念多而抽象，是這一章的突出特點。針對這個特點，教材注意從 具體情況出發(fā)引入概念，注意適當?shù)恼撟C；注意通過實驗，激發(fā)學生的學習 熱情，使學生了解探究的

4、過程和方法，弄清概念的物理意義。如電場強度的 概念，學生應該明確的知道電場強度是表示電場強弱的物理量，因而首先應 該知道什么是電場的強弱。相同試探電荷放在電場中的不同點，受到電場力 大的點，電場強；受到電場力小的點，電場弱。理解抽象的概念，不能停留 在字面上，一定要把事實、背景弄清楚。把分析過程弄清楚。本章的另一個 特點是綜合性比較強，許多知識要在力學知識的基礎上學習。教材在內容選 擇、確定講述方法時注意了這個特點，教學中要通過類比，把新舊知識聯(lián)系 起來，由舊知識過度到新知識，學生更容易接受和理解。1.強調對概念的的基本研究方法的學習使物體帶電的實質就是電子的轉移。物體失去電子而帶正電，物體得

5、到電 子而帶負電。在電子轉移的過程中，電荷的總量保持不變的。這就是電荷守 恒定律。在對靜電場的研究中，不僅可以了解電荷之間相互作用的規(guī)律、靜 電場的性質，而且還會應用科學研究的基本方法，如假設法、類比法、對稱 性原則等。2,加強與生活、技術、社會的聯(lián)系本教材非常注意物理知識與生活、技術、社會的聯(lián)系。教材通過“科學漫 步”欄目，讓學生認識到靜電現(xiàn)象在技術中有廣泛的應用，如靜電噴漆、靜 電植絨、靜電復印、雷火煉殿等。在“電容器的電容” 一節(jié)中，通過“做一 做”讓學生了解傳感器的現(xiàn)代應用。在“帶電粒子在電場中的運動” 一節(jié)中, 特別介紹了示波管的原理，通過“思考與討論”讓學生進一步明確示波器為 什么

6、可以觀察電信號隨時間的變化情況，通過“科學漫步”讓學生知道什么 是靜電加速器以及直線加速器的原理與作用。.突出了對靜電場的認識過程，類比方法貫穿始終認識靜電現(xiàn)象，研究電場的性質無一不是先猜想，再實驗探究，從而建 立起完整的靜電場理論。人們研究靜電場的方法經(jīng)常是通過類比的方法進行 的，如電荷守恒定律類比質量守恒定律，庫侖定律類比萬有引力定律，點電 荷類比質點，電場力類比重力，電勢能類比重力勢能，電勢類比電場強度的 比值定義法，等勢面類比等高線，電勢差類比高度差，電容器類比裝水容器， 帶電粒子在電場中的偏轉類比平拋運動等。.注意滲透電磁學與力學的緊密聯(lián)系本章處于承上（力學）啟下（電磁學）的重要位置

7、。電磁學依然保持著與力學的 緊密聯(lián)系。教材從學生比較熟悉的力學中的一些基本概念（如力、能量）和規(guī)律 入手，進一步來研究電場的相關性質和規(guī)律。.內容結構的設計形成了較緊密的“知識鏈”系統(tǒng)相關知識點形成了緊密的鏈條，在教學中從哪個環(huán)節(jié)入手開始教學， 教材編 寫中注重了這方面的問題（從力到電場強度；從電場力做功到電勢能再到電勢再 到電勢差）的教學安排非常符合認知過程和學生的理解實際。是物理知識形成了 一個嚴謹?shù)目茖W體系，同時也真正做到了對學生三維目標的達成?？驁D如下：電勢電場力三、各節(jié)教學要求.電荷及其守恒定律本節(jié)從物質微觀結構的角度認識物體帶電的本質、使物體帶電的方法、電 荷守恒定律、元電荷的電荷

8、量，可以通過實驗引導學生學習。(1)電荷講授兩種電荷及其相互作用、摩擦起電的知識時，重點是做好靜電感應電荷的 實驗。課本上介紹用A、B兩個枕形導體做靜電感應實驗。當帶電體C接近枕形 導體A時，可見A、B上的金屬箔都張開，說明兩個枕形導體都帶了電。關于 枕形導體所帶電荷種類的判斷，可以用一個帶正電的有機玻璃棒分別接近導體 A、B端的帶電箔片?？梢园l(fā)現(xiàn)A端的箔片被排斥，B端的箔片被吸引，由此可 以說明感應電荷種類的差異。以后再按課本的程序演示，說明 A、B導體所帶的 電荷等量。做好這個實驗的關鍵是保證三部分導體對地的絕緣性能良好，讓C導體帶盡可能多的電荷，而且應注意不使枕形導體與周圍空間產(chǎn)生放電現(xiàn)

9、象。通過實驗讓學生對看到的現(xiàn)象進行討論，解釋看到的現(xiàn)象，歸納已學習過的 起電的各種方法(接觸起電、摩擦起電、感應起電)的特點，使學生對起電的過 程，即使物體帶電的過程有較深的理解。電荷守恒定律電荷守恒定律是自然界主要的基本定律之一。 如何引導學生得出守恒定律？可 以提出以下幾個問題供學生討論：A,摩擦起電的過程是什么？B.感應起電的過程是什么？是不是產(chǎn)生了新的電荷？C.什么是電荷的中和？電荷中和是不是正、負電荷消失了？從而歸納出電荷守恒定律，該定律強調的是什么？D. 一對正、負粒子的產(chǎn)生和湮沒是不是就否定了電荷守恒定律？電荷守恒定律 怎樣表述更完整？元電荷只需要介紹電荷量的定義、單位，最小的電

10、荷量是怎樣通過實驗測出來的，其 值 e=1.60X 10-19C.庫侖定律庫侖定律是這一章的基礎，也是本章的重點。教材詳細地介紹了庫侖的實驗， 目的是使學生了解一些重要的物理實驗方法，了解探究的過程，活躍學生的思維。 通過類比質點對點電荷這個理想化的物理模型進行教學。從初中對電荷間的相互作用的認識過渡到對相互作用力的定量研究，首先就要弄清楚電荷間相互作用力的大小和方向，庫侖定律就是反映這種關系的物理規(guī) 律，是電學的基本規(guī)律。課本上的實驗可以定性地說明點電荷間的作用力的大小 與什么因素有關。得出庫侖定律，是以庫侖扭秤實驗為基礎的的。通過教學，不 僅可以了解庫侖定律的建立過程， 而且能學到一些物理

11、實驗方法。這個實驗不要 求實際去做，但應運用模型、掛圖或課件，以增強教學的直觀性。同時要引導學 生聯(lián)想到卡文迪許實驗驗證萬有引力定律的過程， 以幫助學生了解庫侖扭秤實驗 的裝置和原理。教學中可采用講解或自學討論的方法， 如果采用后一種方法，可 以提以下問題：庫侖是用什么辦法測算出點電荷間的作用力的？當時還沒有電荷 量的單位，庫侖是怎樣解決作用力與電荷量之間的關系的？讓學生帶著問題閱讀 教材，展開討論，明確庫侖扭秤實驗的過程。對庫侖定律的內容，要把文字表達和數(shù)學表達式結合起來理解，還要把萬有 引力定律作對比，以利于記憶和應用。在應用庫侖定律進行運算時，電荷量要用絕對值代入，力的方向由引力或斥 力

12、具體確定，公式中各物理量都統(tǒng)一使用國際單位制的單位。在解決多個點電荷之間的作用力問題時， 要注意兩個點電荷之間就有一對庫 侖力，它們之間的關系遵循牛頓第三定律。在解決綜合力學問題時，帶電體不僅受到庫侖力，還可能受到重力、彈力、 摩擦力的作用，教材的例1計算結果說明，在研究微觀粒子的相互作用時，庫侖 力比萬有引力大得多，因而萬有引力可以忽略；但在研究其它帶電體的平衡或運 動問題中，是否可以忽略萬有引力(重力)，應視具體情況而定。例 2說明，一 個點電荷受到多個庫侖力的作用時，其分力和合力的關系同樣遵從平行四邊形定 貝黑以上各點，應結合例題、習題的教學，盡可能啟發(fā)學生親歷過程自行得出， 使之易于理

13、解、記憶和應用。.電場強度教材通過庫侖力與萬有引力的類比，“物體不直接接觸也能產(chǎn)生力的作用” 這 種“超距作用”使科學家產(chǎn)生困惑，法拉第為此提出了場的觀點，電場對放入其 中的電荷有力的作用，這是電場的顯著特征，從這里入手建立了表征電場性質的 物理量一一電場強度。電場的概念，對于學生是個新的概念，又比較抽象，既是 本節(jié)的重點，又是本節(jié)的難點。開始只要求大體有所了解，不要求學生深入地解 釋電場為什么是物質的一種形式。電場電場是學生新接觸的抽象概念，可以與磁極間的相互作用進行比較，由學生 初中已有的磁場概念形成對電場的認識，再結合對電磁場、電磁波及其應用于實 際的廣播、電視的介紹，幫助學生理解電場是

14、一種特殊的物質， 并指出電場的物 質性的表現(xiàn)之一，就是它對其中的電荷具有力的作用。電場強度關于電場強度的引入，首先要講清試探電荷或檢驗電荷的意義。為了感知電場的存在及其性質，要用檢驗電荷進行探測。只有檢驗電荷是點電荷，由它來確 定電場中某點的位置才有確切的意義； 只有檢驗電荷帶電量很小，它自身的電場 對源電荷電場的影響才能忽略。然后，做好課本圖 1.2-1所示的實驗，定性地說 明檢驗電荷在電場中的不同位置， 所受電場力的大小不同，進而說明電場中各點 的強弱不同，為此引入電場強度這個物理量。講解電場強度的定義時，可以利用學生已知的密度概念。對于體積相同的兩 種物質來說，質量大的密度大，我們用單位

15、體積的質量來表示物質的這種性質。 同樣，對于電場中的兩點，如果同樣的點電荷在某點受的力越大， 就說明這點的 電場越強(正如比較兩個經(jīng)歷不同位移的物體運動快慢比較，利用位移和時間的比值一樣)。我們用單位電荷量的電荷受到的電場力， 即電場力與電荷量的比值 表示電場的這種性質。電場強度的單位是N/C或V/m,是導出單位。電場強度的方向，可以在課本圖1.3-2的基礎上來說明，以+Q為圓心、r為 半徑作圓，在圓上任取兩點 A、B,說明A、B兩點的電場強度的大小相等，同 一電荷分別在這兩點所受電場力大小相等， 但力的方向是不相同的，從而說明電 場強度是有方向的，是矢量。然后再進一步指出，電場強度的方向是怎

16、樣規(guī)定的。點電荷的電場，電場強度的疊加利用課本圖1.3-2,以點電荷電場中某點為例，分析電場力隨試探電荷的電 荷量的變大而增大，概括出電場力與電荷量的比值相同； 對于不同的點則比值不 同，即E=KQ/r2 。由此抽象出這個比值與檢驗電荷量無關，表示電場本身的 性質；在比值大的點電場強，在比值小的點電場弱，并把點電荷的電場推廣到任 何電場。由于電場強度是矢量，對幾個電場的疊加，其合電場強度要用平行四邊形定則進行矢量運算?？梢园央妶鰪姸扰c電荷所受的電場力，從意義、公式、方向、單位等方面用 列表的形式加以比較，加深對電場強度的理解，還應該通過解答習題，幫助學生認識公式E=F/q 與E= KQ/r2

17、的區(qū)別和聯(lián)系。電場線先通過講解，明確引入電場線可以形象表示電場的分布， 然后講述電場線的定 義，說明線上各點的切線方向與該點的電場強度方向一致， 冉介紹電場線的三個 特點，最后說明電場線是人為設想的，不是真實存在的。勻強電場勻強電場是最簡單而又很重要的電場， 要講清什么是勻強電場，它的電場強度 的特點和電場線分布的特點是什么，實際的勻強電場有哪些。.電勢能和電勢教材從電場對電荷做功的角度出發(fā)，推知在勻強電場中電場力做功與移動電 荷的路徑無關。進而指出這個結論對非勻強電場也適用的。并與重力勢能類比， 說明電荷在電場中也具有電勢能。電場力做功的過程就是電勢能轉化為其他形式 的能的過程，電場力做的功

18、只能決定電勢能的變化量， 而不能決定電荷在電場中 某點的電勢能的數(shù)值，因此有必要規(guī)定電勢能的零點電勢的概念既是本節(jié)的重點，也是本節(jié)的難點。類比電場強度的定義，通過 勻強電場推知，電荷在電場中的電勢能與它的電荷量的比值， 是由電場中這點的 位置決定的，跟試探電荷無關，并推廣之從而給出了電勢的定義。 在規(guī)定了電勢 的零點后，就可以確定某點的電勢。電場中電勢相同的點構成的面叫做等勢面，等勢面有其自身的特點和應用。 建議用類比法教學。(1)靜電力做功的特點教材通過把試探電荷q在勻強電場中從A沿直線、折線、曲線等不同的路徑 移到B點，計算出這幾種情況下靜電力對電荷所做的功都是一樣的，經(jīng)過論證 得出了靜電

19、力做功的特點：靜電力做的功只與電荷的起始位置和終點位置有關， 與電荷經(jīng)過的路徑無關。同時推廣到非勻強電場也適用。對于把該特點推廣到非 勻強電場中，教學中可以不深究。讓學生知道即可。(2)電勢能電勢能和電勢是兩個密切聯(lián)系的概念，反映了電場的能的性質，內容比較抽 象。教材把地面附近重力對物體做功的情況跟物體的重力勢能的變化關系，與正電荷在勻強電場中電場力做功的情況跟電勢能的變化關系進行類比，從而得出了靜電力的功只能決定電勢能的變化量，而不能決定在電場中某點的電荷電勢能的 數(shù)值。只有規(guī)定了零電勢能的位置，才能確定電荷在某點的電勢能。教學中，可 以在復習重力勢能、正功、負功等知識的基礎上，引導學生列表

20、對比進行討論。應該指出的是，由于電場力可以是引力也可以是斥力， 電荷可以是正電荷也可以 是負電荷，因此電場做功的問題要復雜些。 在教學中，對正電荷在電場中的情形 由教師講解，負電荷在電場中的情形可以由學生自行推出結果， 以培養(yǎng)學生的推 理能力。在討論電勢能的數(shù)值時，可以先復習重力勢能是怎樣確定的，再與重力勢能 類比，通過例子講清確定電勢能數(shù)值的過程。 要先確定電勢能為零的位置，一般 取電荷q在無窮遠處的電勢能為零，把電荷q從電場中某點移到零電勢能處電場 力做功的大小，即為電荷q在電場中某點電勢能的數(shù)值。對于電勢能的正負的討論，可以讓學生根據(jù)重力勢能的正負的意義， 對于電勢 能的正負進行討論。貫

21、徹課程標準“注重學生自主學習，提倡教學方式的多樣化” 的基本理念。(3)電勢方案一：在引入電勢之前，可以復習電場強度的引入過程，說明在電場中某 點，隨著檢驗電荷電荷量的增大，所受電場力成正比地增大，但電場力與電荷量 的比值是確定的，這就是該點的電場強度。它與檢驗電荷的電荷量無關，是表示 電場的力的性質的物理量。與電場強度的引入過程類比，結合具體的電場定性說 明：在電場中的某點，檢驗電荷的電勢能隨電荷的電荷量的增大而成正比地增大， 但電勢能與電荷量的比值是確定的， 它表示電場的能的性質的物理量，也可以后作與電場強度的類比，從而加深對概念的理解。結合教材的推導，從而引入電勢， 電勢的高低也與檢驗電

22、荷的電荷量無關，由電場本身的性質決定的。與電勢能確定一樣，講明零電勢位置的確定。零電勢確定后，電場中各點的 電勢的大小才有確定的數(shù)值，電勢的正負才能有確切的定義，再應用上述認識， 說明點電荷+Q和-Q的電場中各點的電勢的高低，從而得出結論：在 +Q的電場 中，電勢都為正值，離+Q越近電勢越高；在-Q的電場中，電勢都為負值，離-Q 越近電勢越低。根據(jù)電場線的方向可以判定電場中各點的電勢的高低。為了幫助學生理解， 可先列舉電荷在課本圖1.44的電場中的各點之間移動時，根據(jù)電場力做功 的正負，判定電勢能的變化，進而判定電勢的高低，再考察電場線的方向與這些 點的電勢高低的聯(lián)系，最后概括出：順著電場線的

23、方向，電勢越來越低。要及時引導學生小結已學過的知識， 可以把電場強度與電勢、電勢與電勢能， 分別列出表格，從意義、公式、方向性、單位等方面進行比較，鞏固掌握這些概 念，也發(fā)展了分析、比較的思維能力。檢驗電荷的 電他里q+q+2q+3q-q檢驗電荷在A 點的電勢能EP1=EqL1EP2=2EqL1EP3=3EqL1EP4=-EqL1檢驗電荷的 電他里q+q+q檢驗電荷在A點的電勢能EPA=EqL1EPB=EqL2通過對電場中同一點放置不同電荷，及其在不同點放置同一電荷，從而表 達出電勢取決于電場本身與試探電荷無關。(4)等勢面首先要明確什么是等勢面?？梢赃\用地圖上等高線作比喻，以點電荷的電 場和

24、勻強電場為例，配合模型教具，講清等勢面的意義。電場線與等勢面的關系，可以用反證法得出：等勢面一定跟電場線垂直；再 在復習電場線方向與電勢高低的關系的基礎上得出：電場線是由電勢較高的等勢面指向電勢較低的等勢面，注意運用這些知識，分析具體的各種電場線與等勢面 之間的關系，了解和想象這些電場的等勢面的形狀。結合教材圖1.4-5同時指出兩個相鄰的等勢面之間的電勢之差是相等的。參考方()由于學生對等高線的理解有一定的難度，在處理等勢面的問題時也可以采取通 過電場力做功和電勢能變化結合上圖來處理從而引出等勢面的概念并能很 好的歸納出等勢面的特點。.電勢差電場中某點的電勢是相對零電勢而言的，取不同的電勢零點

25、，電勢的值是不 同的，因此電勢具有相對性，但同一電場中，兩點的電勢的差值不因為零電勢的 選取而發(fā)生改變，所以電勢差比電勢更有意義、更重要。引入電勢差時，除了用地理位置的高度差來比喻外，還可以列舉數(shù)據(jù)闡述或 指導學生運算，說明在勻強電場中，選定不同的零電勢位置，其中任意兩點的電 勢之差保持不變；進而指出電勢差的應用比電勢更普遍，它的物理意義和公式也 就順勢得出了。用電勢差來計算電場力做功時，公式中各物理量取絕對值，電場力做功的正 負要根據(jù)電荷移動的方向與所受電場力方向的具體情況來判定。參考方案：可采取與電勢相同的比值定義法定義電勢差的概念而后舉帶電粒子在勻強電場中運動電場力做功引起電勢能的變化比

26、結合電勢定 義及電勢差定義來推導出電勢差等于電勢之差更符合知識發(fā)生發(fā)展過程。即：Wab =Epa-EpbUab=Wab/ q (|)=Ep/ q Uab=(|)a-(|)b 6.電勢差與電場強度的關系電場強度描述的是電場力的性質，電勢描述的是電場能的性質，它們之間是否存在某種關系呢？本節(jié)教材就探討勻強電場中電勢差與電場強度的關系。討論電勢差和電場強度方向的關系時， 為了便于學生接受，可以舉例說明，自 山頂上從坡度不同的兩個方向下到同一水平面，坡度陡的方向，單位長度的水平 距離上高度下降大，即高度下降得快，再結合課本1 6-2的勻強電場講解，沿不同的方向，電勢下降的差值都相同時，沿電場線方向的距

27、離最小，即電勢降落 得最快；因而得出：電場強度的方向是指電勢降低最快的方向，再通過計算兩種方式電場力所做的功而比較得到 UAB=Edo在得出電勢差和電場強度在數(shù)值上的關系式 E=Uab /d后，要強調理解公式的 意義和適用條件，d是兩點間在電場強度方向上的距離，Uab是所對應的兩點問 的電勢差，它只對勻強電場才適用。7.電容器與電容本節(jié)教材主要介紹一種重要的電學元件一一電容器，它有廣泛的應用。電容 器被充電的過程就是把電能儲存起來，放電的過程就是電場能轉化為其他形式能 的過程。還介紹了電容的定義以及平行板電容器的電容由哪些因素決定。(1)電容器在收音機、電視機、電子儀器中廣泛使用電容器。教學中

28、可以進行實物展示， 從而引入對電容器的學習。讓學生觀察廢舊電容器的外形及電極，再把它拆開， 看兩個極板(金屬箔)和中間的電介質，了解電容器是由兩個彼此絕緣而又相互 靠近的導體構成的；再演示電容器的充放電現(xiàn)象，配合講解，說明充電后，電容 器兩極板帶上等量異種電荷，電容器的功能就是能夠容納(儲存)電荷。要強調 指出：電容器所帶的電荷量，是指一個極板所帶電荷量的絕對值。(2)電容不同電容器容納電荷的本領是不同的，可從怎樣表征這一性質過渡到電容概念的教學。電容這個概念比較抽象，教材把它與容器的容量做了對比， 既然是對 比，就不可能完全相同，達到了有助于理解電容的目的就可以了。還可以用電場強度和電勢等用

29、比值定義的物理量作類比，加深對電容概念的理解。(3)平行板電容器這里討論的是決定平行板電容器的電容大小的因素， 使學生對電容的物理意義 有深入的認識。講清這一問題的前提是做好教材要求的演示實驗，靜電計指針偏 角的大小反映了兩極板之間的電勢差，由電容的定義公式就可以推知電容器的電 容大小。在介紹實驗裝置時，應講清靜電計張角的大小為什么能夠表示電容器兩極板 之間的電壓大小。在進行操作前，可以先把觀察現(xiàn)象的記錄表格畫出來， 使學生 觀察有目的，并在演示中及時記錄。根據(jù)實驗結果，概括出平行板電容器的電容 公式C=eS/4冗kd可以用已學過的的知識，對公式作定性說明，還要指出，這個 公式與電容的定義式的區(qū)別和聯(lián)系，以及它只適用于平行板電容器這一條件。要通過練習或例題，使用公式C=Q/U討論平行板電容器的有關問題時要注意：a。若電容器兩極板與電源相連，則極板之間的電壓不變；bo若電容器極板與電源斷開，則極板的電荷量不變；(4)常用電容器可以先展示不同類型的電容器，再介紹相關的電容器的