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第1节《电场 电场强度》课前自主学习任务单
基础层次（A层次）
一、学习目标
1、了解电荷及其相互作用。
2、知道电场的概念
3、掌握电场强度的定义及公式，并会进行简单的计算。
4、了解电场线及电场线的特点，能用电场线描述电场。
5、了解匀强电场的概念、模型及其电场线的特点。
二、学习过程：
任务1：电荷及其相互作用
1、在初中我们已经学过，经过摩擦的物体，如塑料笔杆、玻璃棒等，能够吸引轻小物体，我们就说这些摩擦过的物体带了电荷。
带电的基本粒子称为电荷。
2、电荷有两种，分别为__________和__________。
3、同种电荷相互________，异种电荷相互__________。
4、电荷的多少叫做_________，常用______和______表示。其单位是_______。通常正电荷用_____表示，负电荷用______表示。
5、自然界中存在的最小电荷是_____和______所带的电荷。我们把这个最小的电荷叫做__________，用e表示：e=_____________C。即质子的带电量为，电子的带电量为。
任务2： 电场
1、存在于电荷周围的看不见、摸不着的特殊物质称为___________。
2、只要有电荷存在周围就存在________。
3、电场的基本性质是：对处于其中的电荷有电场力的作用。
4、电荷间的相互作用是通过电场来实施的。因此，电荷与电荷之间的静电力（库仑力）又称为电场力。
如图所示，某空间存在A、B两个电荷。
由于A电荷的存在，在它周围就一定存在电场，B电荷因为处于A电荷所产生的电场中，必受到电场力F1的作用；由于B电荷的存在，在它的周围就一定存在电场，A电荷因为处于B电荷所产生的电场中，必受到电场力F2的作用。
这样两个电荷不需要接触就能发生了力的作用。
注意：这两个力大小相等、方向相反，是一对作用力与反作用力。
任务3： 电场强度
1、电场的强弱
通过刚才电场的学习我们知道：由于电荷Q的存在，周围必产生电场，处于它的电场中的q必受到电场力的作用。
通过库仑定律我们知道，如果q离Q越近，受到的电场力越大，越远受到的电场力越小。
说明，Q电荷在离自己近的地方电场较强，离自己较远的地方形成的电场较弱。
也就是说，在电场的不同的地方，电场有强弱之分。
▲既然电场有强弱之分，我们怎样描述电场的强弱呢？
2、检验电荷
（我们知道任何物体都是有温度的，但要知道温度的高低，光靠看是看不来的，但我们可以借助温度计来知道）
（同样）电场是看不见、摸不着的，不可能通过人体的感官来判断它的强弱。但我们可以通过处于其中的电荷受力情况来判断。
为了检测电场的强弱，我们常向其中引入一个很小的电荷来感测电场，这个电荷称为检验电荷。
3、电场强度
放入电场中某一点的电荷__________________ 跟它的________________的比值叫做电场强度。用字母____表示。其公式为__________________。单位是________。
电场强度是矢量。物理学中规定，电场中某点的电场强度的方向跟____电荷在该点所受的电场力的方向相同。
重点注意：
（1）电场强度的定义是一种比值定义法，凡比值定义法所定义的物理量与后面的量无关，后面的量只是用来计算大小，而不起决定作用。
（2）电场中任一点电场强度E的大小和方向都是由电场本身的性质决定的，与该点有无检验电荷或者放入的检验电荷q的大小和正负无关。
（类比：一碗水，放入温度计知道它是70℃，不放温度计它同样是70℃，水的温度不是由温度计决定的。同样，电场中的某点，它的电场强度是一定的，它是由电场本身的性质决定的，与放不放检验电荷无关，放检验电荷就跟放温度计一样，让我们知道它的电场强度的大小和方向。）
例题：课本P119例题
任务4： 电场线
在初中我们讲过磁场，也讲过磁感线。现在我想请同学们思考一个问题：为什么要在磁场中画磁感应线？
——因为磁场是看不见、摸不着的，但又是客观存在的，而且有强弱和方向。画上磁感应线就能很形象描述磁场的强弱和方向。
再来思考一个问题：磁感应线是怎样描述磁场的强弱和方向的？
1、磁感应线上任一点的磁场方向就是磁感应线在该点与箭头一致的切线方向；
2、磁感应线密的地方磁场强，磁感应线疏的地方磁场弱。
如图所示，通过磁感应线我们可以知道磁场中A、B两点的磁场方向（该点所在的磁感线与箭头一致的切线方向），并能知道A点的磁场比B点磁场强（因为A点的磁感线比B点密）
既然磁场中可以用磁感应线来描述磁场的强弱和方向，我们很容易联想到在电场中也可以用一系列的曲线来描述电场的强弱和方向，这些曲线就是我们下面所要学习的电场线。
1、电场线的定义
为了描述电场的强弱和方向，我们可以在电场中画出一系列带箭头的曲线，使这些曲线上每一点处跟箭头指向一致的切线方向, 都和该点的电场强度方向相同。这些曲线叫做电场线。（注意，电场是客观存在的，但电场线不是客观存在的）
2、几种典型的电场线
3、电场线的特点：
根据概念和上面所讲的电场分布，我们总结一下电场线的特点：
（1）电场线始于正电荷（或无限远处），终止于负电荷（或无限远处），
（2）不闭合，不相交；
（3）电场强度大的地方电场线密；电场强度小的地方电场线疏。
思考题：电场线是怎样描述电场的强弱和方向的？
任务5： 匀强电场
1、概念：（P119）
在电场某一区域里，如果各点的电场强度大小和方向都相同，这个区域的电场就叫做匀强电场。
思考：一个正电荷或一个负电荷形成的电场是不是匀强电场？为什么？
（没有任何两点的大小和方向完全相同）
那么什么样的电场才是匀强电场呢？
2、模型 （P119）
两块面积相等、互相正对、彼此平行而又靠近的金属板，分别带上等量的异种电荷，就会在两板之间形成匀强电场。（两板边缘附近除外）
3、匀强电场的电场线的画法
（1）疏密均匀（因为大小相等）
（2）互相平行、方向一致（因为方向相同）
三、检测反馈
1、A为已知电场中的一固定点，在A点放一电量为q的电荷，所受电场力为F，A点的场强为E，则 [ ]
A、若在A点换上－q，A点场强方向发生变化
B、若在A点换上电量为2q的电荷，A点的场强将变为2E
C、若在A点移去电荷q，A点的场强变为零
D、A点场强的大小、方向与q的大小、正负、有无均无关
2、电荷量为的电荷，在电场中某点所受的电场力是，求该点的电场强度大小。
3、比较下列各图中A、B两点的电场强度的大小。
应用层次（B层次）
一、学习目标 （在A层次的基础上增加）
1、理解电场的概念
二、学习过程：
任务1： 理解电场的概念
1、电场概念的建立
前面我们已经学过力的概念——力是物体间的相互作用。
有些力必须通过接触才能产生——弹力、摩擦力
有些力不需要通过接触就能产生——重力、磁场力、电荷间的力
对于第二种情况，我们很难理解这些力是怎样产生的。
在我们的经验中，两个不接触的物体必须借助于第三个物体才能实施力的作用，比如：
手要对讲台发生力的作用，可以采用两种方法：（1）手直接跟讲台接触，（2）手里拿一块三角板，用三角板对讲台发生力的作用
在第二种情况中，手虽然没有跟讲台接触，但是它通过三角板这个中介物质使手与讲台之间的作用得以发生。
由此，我们可以猜想一下，两个不需要接触的物体间之所以能发生力的作用，是不是中间也存在着一种“看不见但又客观存在”的中介物质呢？
▲现代科学研究表明：这些不需要接触的物体之间产生的力，实际上也是通过“看不见摸不着”的第三者来实施的。
这种物质就叫做场。
如地球周围存在重力场，磁铁周围存在磁场。
★同样地，存在于电荷周围的特殊物质称为电场。
2、电场的客观性的理解
强调“客观性”，不是我们看不到、听不到、摸不到的就是不存在的。
空气是看不见、摸不着的，但没有人否定它的存在。
——因为没有空气，人就活不了，现在人活着，证明它的存在。
风，我们看不见、摸不着，但它是客观存在的。
——因为我们可以通过它吹在物体上引起的振动的声音，确定它的存在。
紫外线、超声波、次声波、无线电波等都是看不见、摸不着的，但它们无一不是客观存在的。
▲同样，尽管电场我们看不见、摸不着，但它也是客观存在的。
三、检测反馈
1、下列关于电场强度的叙述正确的是 [ ]
A．电场中某点的场强在数值上等于单位电荷受到的电场力
B．电场中某点的场强与该点检验电荷所受的电场力成正比
C．电场中某点的场强方向就是检验电荷在该点所受电场力的方向
D．电场中某点的场强与该点有无检验电荷无关
2、关于电场线的说法，正确的是 [ ]
A．电场线的方向，就是电荷受力的方向
B．正电荷只在电场力作用下一定沿电场线运动
C．电场线越密的地方，同一电荷所受电场力越大
D．静电场的电场线不可能是闭合的
3．电场强度的定义式为E＝F／q [ ]
A．该定义式只适用于点电荷产生的电场
B．F是检验电荷所受到的力，q是产生电场的电荷电量
C．场强的方向与F的方向相同
D．由该定义式可知，场中某点电荷所受的电场力大小与该点场强的大小成正比
4、如图所示为某电场中的三条电场线，已知将负电荷放于A点时的受力方向向左，在图中画出各电场线的方向，并比较A、B两点的电场强度的大小。
拓展层次（C层次）
一、学习目标 （在A、B两层次的基础上增加）
1、了解点电荷的概念，知道点电荷是理想化的实体模型。
2、掌握真空中的库仑定律。
3、了解点电荷的电场强度。
二、学习过程：
任务1：点电荷
根据生活经验，我们不难得出：两个带电体之间的相互作用力，首先与带电体所带电量的多少有关，带电越多，作用力越大；其次还与它们之间的距离有关，距离越大作用力越小。
除此之外，还与带电体的大小和几何形状有关。因为如图所示，导体上的静电荷总是分布在外表面上，而且一般来说分布是不均匀的，导体尖端的电荷特别密集。这样计算两带电体之间电荷间的平均距离就相当困难。
▲但如果两带电体之间的距离远远大小带电体本身的大小，带电体的大小和几何形状对相互作用力的影响就可以忽略不计，我们就可以把带电体看成一个点来处理，问题就变得简单多了。
★当带电体的大小远远小于它与其他带电体的距离时，其形状和大小对相互作用力的影响可忽略不计，为了研究问题方便，人们就把这种情况下的带电体抽象为一个带电的几何点——点电荷。
把带电体看作点电荷的条件是：带电体之间的距离远远大小带电体本身的大小。一般来说，距离是带电体本身大小的10倍以上就可以把带电体看作点电荷来处理。
任务2：真空中的库仑定律
1、两个电荷之间存在相互的作用力，作用力的大小可以通过库仑定律来计算。
在真空中，两个点电荷之间的相互作用力跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们之间的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上。这个规律叫做真空中的库仑定律。
其公式是：
式中：
F为两个电荷之间的相互作用力，单位为N。该作用力是库仑首先发现的，因此两个电荷之间的相互作用的静电力又称为“库仑力”。
Q1、Q2分别为两个点电荷所带的电量，单位为C。
r为两点电荷之间的距离。
K为静电力常量，
2、使用库仑定律及其公式时应注意以下几个问题：
（1）两个带电体要符合看作点电荷的条件。
（2）此公式只适用于真空或空气用，其它情况下不适用。
（3）计算代入时Q无须带正负号，其方向可根据“同性相斥，异性相吸”来判断。
（4）两个电荷带电量可能不等，但每个电荷所受到的力的大小是相等的，因为它们是一对作用力与反作用力。
（5）此公式与万有引力公式有惊人的相似之处，注意对比理解。
例题：在真空中有两个相距0.3m的点电荷，它们的电荷量。求电荷之间的静电力。如果两电荷之间的距离增大到原来的2倍，它们之间的静电力又是多大？
解：由真空中的库仑定律得
由于两电荷是异种电荷，所以，它们之间的静电力是引力，方向沿两点电荷的连线，互指对方。
因为F与成反比，所以当时
任务3：点电荷的电场强度
1、“场源电荷”与“检验电荷”的概念
所谓“场源电荷”就是形成电场的电荷。换句话说，为什么存在电场？是因为场源电荷的存在而产生的。
所谓“检验电荷”就是用来检验场源电荷所产生的电场中某一点的电场强弱和方向的。
如图所示，Q是场源电荷，在周围形成电场，q是检验电荷，是用来检测它所在的点的电场强度的强弱与方向的。
2、点电荷电场强度的公式
由库仑定律得
所以
即在点电荷Q形成的电场中，某点的电场强度
通过此公式，我们可以得出如下结论：
（1）电场中某点的电场强度与场源电荷所带的电荷量有关，其它条件相同的情况下，场源电荷所带的电荷量越大，电场强度越强；
（2）电场中某点的电场强度还与该点在电场中的位置有关，该点离点电荷越近电场强度越大。
（3）进一步证明，电场中某点的电场强度与检验电荷无关。
3、点电荷电场强度的方向
如果场源电荷为正电荷，假如在电场中A点放入带正电的检验电荷，根据“同种电荷相斥”的原理，其受力方向必在Q、A的连线上，且背离Q（即向外）。根据电场强度的方向的规定（电场强度的方向跟正电荷在该点所受的电场力的方向相同）可知：A点的电场强度的方向为：沿着Q、A连线并背离Q（向外）。
同样的道理：如果场源电荷为负电荷，其电场中某点A的电场强度方向为：沿着Q、A连线并指向Q（向内）。
三、检测反馈
1、两个点电荷甲和乙同处于真空中，
（1）甲的电荷量是乙的电荷量的4倍，则甲对乙的作用力是乙对甲的作用力的_____倍；
（2）若把每个电荷所带的电荷量都增加为原来的2倍，那么它们之间的相互作用力变为原来的_______倍；
（3）若保持电荷量不变，而将距离增为原来的4倍，那么它们之间的作用力变为原来的___倍；
（4）若保持其中一个电荷的电荷量不变，而另一个的电荷量增为原来的4倍，为使其相互作用力不变，则它们之间的距离将变为原来的_______倍。
（5）把每个电荷的电荷量都增为原来的4倍，那么它们之间的距离必须变为原来的_____倍，才能使其之间的作用力保持不变。
2、在真空中有一点电荷，所带电荷量是，求离它10cm的A点的电场强度。如果在A点放一个电荷量为的点电荷，求这个点电荷受到的电场力的大小和方向。
3、有位同学认为，当带正电的粒子只受电场力作用时，则其运动轨迹跟电场线重合，这种认识对不对？为什么？

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