大學(xué)物理靜電場(chǎng)教案

靜電場(chǎng)教案教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能：=1\*GB3①理解庫(kù)侖定律的意義并掌握其應(yīng)用=2\*GB3②理解電場(chǎng)疊加原理并掌握應(yīng)用其求點(diǎn)電荷電場(chǎng)分布的方法=3\*GB3③掌握用解析法和幾何法描述靜電場(chǎng)的方法=4\*GB3④理解靜電場(chǎng)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(chǎng)分布的方法過(guò)程與方法：=1\*GB3①通過(guò)整理知識(shí)框圖與“三基〞問(wèn)題帶著學(xué)生復(fù)習(xí)本章內(nèi)容,培養(yǎng)學(xué)生歸納知識(shí)的能力=2\*GB3②通過(guò)合作討論探究問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)一步運(yùn)知識(shí)的能力,學(xué)習(xí)一定研究問(wèn)題的科學(xué)方法情感態(tài)度與價(jià)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(xué)生對(duì)本章內(nèi)容的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生求實(shí)的科學(xué)態(tài)度。重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：=1\*GB3①靜電場(chǎng)的描述=2\*GB3②電場(chǎng)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(diǎn)：高斯定理的理解和應(yīng)用三．知識(shí)結(jié)構(gòu)框圖電場(chǎng)強(qiáng)度定義式庫(kù)侖定律連續(xù)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度分立電荷電場(chǎng)強(qiáng)度點(diǎn)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度靜電場(chǎng)的描述靜電場(chǎng)靜電場(chǎng)的性質(zhì)電通量靜電感應(yīng)靜電平衡條件三．知識(shí)結(jié)構(gòu)框圖電場(chǎng)強(qiáng)度定義式庫(kù)侖定律連續(xù)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度分立電荷電場(chǎng)強(qiáng)度點(diǎn)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度靜電場(chǎng)的描述靜電場(chǎng)靜電場(chǎng)的性質(zhì)電通量靜電感應(yīng)靜電平衡條件高斯定律電場(chǎng)疊加原理靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體靜電場(chǎng)的圖示：電場(chǎng)線對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)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(gè)根本單元的整數(shù)倍出現(xiàn)，這個(gè)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(chǎng)中受到的電場(chǎng)力電場(chǎng)強(qiáng)度電通量:電通量是衡量靜電場(chǎng)中垂直穿過(guò)某一面積元的電場(chǎng)線條數(shù)的量五.根本定律庫(kù)侖定律：反映真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用特點(diǎn)電場(chǎng)疊加原理：反映當(dāng)多個(gè)點(diǎn)電荷存在時(shí)，它們?cè)谀硤?chǎng)點(diǎn)激發(fā)的總電場(chǎng)與他們各自單獨(dú)存在時(shí)在該場(chǎng)點(diǎn)激發(fā)的電場(chǎng)的關(guān)系高斯定律：映在真空靜電場(chǎng)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(wú)關(guān)，即封閉曲面上的總電場(chǎng)只由曲面內(nèi)的電荷決定。反六.根本問(wèn)題1.靜電場(chǎng)的圖示2.在什么情況下可以將帶電體近似看做點(diǎn)電荷?3.電力的計(jì)算和討論4.利用電場(chǎng)疊加矢量求和方法求解分立電荷在空間某點(diǎn)激發(fā)的電場(chǎng)強(qiáng)度。5.如何選用適宜的電荷元，利用電場(chǎng)疊加原理求解電荷連續(xù)分布的均勻帶電體的電場(chǎng)分布?6.對(duì)于電荷對(duì)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(chǎng)分布?七.靜電場(chǎng)問(wèn)題討論=1\*GB4㈠．“知識(shí)單元〞專題問(wèn)題1．庫(kù)侖定律通用的矢量表達(dá)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(jì)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(chǎng)的根本思路和步驟，并舉2—3個(gè)代表性的例子，分析求解過(guò)程的每一步。5．試總結(jié)用高斯定律求解靜電場(chǎng)的根本步驟和條件，并舉2—3個(gè)例子，分析求解過(guò)程對(duì)應(yīng)的每一步。=2\*GB4㈡．“根本問(wèn)題〞專題討論題1．試探討:庫(kù)侖定律中的“平方反比〞如果不能嚴(yán)格滿足，將對(duì)電磁學(xué)的哪些理論產(chǎn)生怎樣的影響？2．在電場(chǎng)強(qiáng)度的定義中，如果放入電場(chǎng)中的試探電荷不是嚴(yán)格的點(diǎn)電荷，那么將對(duì)由求出的值得有何影響？3．討論；在何種情況下，點(diǎn)電荷q可以沿著一根電場(chǎng)線一直運(yùn)動(dòng)？4．高斯定律可否應(yīng)用于電偶極子激發(fā)的電場(chǎng)？可否用高斯定律求解出該電場(chǎng)分布？5．如下圖，均勻帶電的大球R被對(duì)稱的挖空了一個(gè)小球的空間，試討論求解空間中A、B、C三點(diǎn)的電場(chǎng)的方法和步驟。roroR八．例題講解1.分立電荷產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)的疊加問(wèn)題。例1：電偶極子電矩為，求偶極子在它軸線的延長(zhǎng)線上一點(diǎn)A的；⑵電偶極子在它軸線的中垂線上一點(diǎn)B的。解：⑴如圖所取坐標(biāo)，〔與同向〕⑵如圖所取坐標(biāo)2.連續(xù)電荷產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)的疊加問(wèn)題例2：半徑為的均勻帶電圓盤，電荷面密度為，計(jì)算軸線上與盤心相距的p點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)。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(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)為：〔均勻帶電圓環(huán)結(jié)果〕∵各環(huán)在p點(diǎn)產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)方向均相同，∴整個(gè)圓盤在p點(diǎn)產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)為：>0：背離圓盤<0：指向圓盤即與盤面垂直〔關(guān)于盤面對(duì)稱〕討論：時(shí)，變成無(wú)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(zhǎng)為，電量為，求距它為處p點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)。解：如圖所取坐標(biāo)，把帶電體分成一系列點(diǎn)電荷，段在p處產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)為：①由圖知：代⑴中有：，討論：無(wú)限長(zhǎng)均勻帶電直線,,.即無(wú)限均勻帶電直線，電場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)〔8-13〕。解：由題意知，電荷分布具有球?qū)ΨQ性，∴電場(chǎng)也具有對(duì)稱性，場(chǎng)強(qiáng)方向由球心向外輻射，在以O(shè)為圓心的任意球面上各點(diǎn)的相同?！?〕球內(nèi)任一點(diǎn)P的以O(shè)為球心，過(guò)P點(diǎn)做半徑為的高斯球面S1，高斯定理為：∵與同向，且S1上各點(diǎn)值相等，∴∴沿方向。〔假設(shè)，那么沿方向〕結(jié)論：注意：不要認(rèn)為S1外任一電荷元在P1處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)為0，而是S1外所有電荷元在P1點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)的疊加為0?！?〕球外任一點(diǎn)P2的以O(shè)為球心，過(guò)P2點(diǎn)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(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)，如同電荷全部集中在球心處的點(diǎn)電荷產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)一樣。曲線如左圖。例5：一無(wú)限長(zhǎng)均勻帶電直線，設(shè)電荷線密度為，求直線外任一點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)。解：由題意知，這里的電場(chǎng)是關(guān)于直線軸對(duì)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(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小是等值的。以直線為軸線，過(guò)考察點(diǎn)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(xiàng)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(diǎn)。〔假設(shè)，那么由考察點(diǎn)指向帶電直線〕上面結(jié)果將與例4結(jié)果一致。例6：無(wú)限長(zhǎng)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(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)。解：由題意知，柱面產(chǎn)生的電場(chǎng)具有軸對(duì)稱性，場(chǎng)強(qiáng)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(diǎn)值相等。1〕帶電圓柱面內(nèi)任一點(diǎn)P1的以O(shè)O’為軸，過(guò)P1點(diǎn)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(xiàng)積分=0，又在S3上與同向，且=常數(shù)，∴∴結(jié)論：無(wú)限長(zhǎng)均勻帶電圓筒內(nèi)任一點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)=02〕帶電柱面外任