电场线

电场线一、教学目标1.在物理知识方面的要求。（1）掌握用电场线表示电场强度的方法；（2）掌握常见电场的电场线画法；（3）掌握匀强电场。2.通过观察演示实验，概括出经典电场的电场线特点，培养学生的观察概括能力。二、教具感应起电机一个、验电羽两个，两块带有验电羽的绝缘铝板。三、主要教学过程（一）复习提问1.电场强度的定义及其物理意义是什么？2.电场强度的决定因素是什么？3.E=2rkQEqF及有什么联系区别？4.简述电场强度的叠加原理。（二）引入新课电场看不，摸不着，想个什么样的方法来形象地描述它呢？在初中，同学们学过磁场，磁场也看不见摸不着；当时用什么方法来形象地描述它呢？用磁感线。磁感线在条形磁体外部由N极指向S极，内部由S极指向N极，是闭合曲线，且外部稀疏内部稠密。磁感线有走向，磁感线上某点切线方向为该点磁场方向，也是该点所放小磁针的N极指向，即N极受力方向。磁感线不相交（如图1所示）。磁感线描述磁场强弱用疏密（假想线）磁场方向用切向形象直观地描述磁场用磁感线，形象直观地描述电场呢？（三）教学过程设计1．电场线概念引入英国物理学家法拉第首先引入了电场强度的图象，他在电场中画了一些线，使这些线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致，并使线的疏密表示场强的大小。这些线称为电场线。2.几种常见电场的电场线匀强电场（1）点电荷电场的电场线如图2（a）所示，在A点放正电荷Q，研究该电场的电场线。为此在Q的周围B点放上+1C的点电荷q，它受到电场力方向在A与B连线上，并且由A指向B，再在A与B连上取任一点C，放+1C点电荷q，它受的电场力方向仍在连线上，方向由A向C,由于电场线在B与C的切线共线，所以射线AC为一条电场线。同理，由A点出发的所有射线都可以是电场线，但考虑到对电场线的另一要求，它的疏密应表示E的大小，再考虑到空间对称，所以每对相邻电场线间的夹角应该相同，所以电场线应是图2（b）所示的样子。（2）等量异号点电荷的电场线如图3（a）所示，在A点与B点分别放上点电荷+Q与-Q，并研究它们的电场线的形状。首先研究直线AB上的情况，在A与B之间的连线的任一点放上+1C的点电荷q，q受到两个电荷同时作用，而合力方向在A与B的连线上，由此可知，线段AB是一条电场线，方向由A指向B，再将q放于B点的这条射线也是一条电场线，方向指向B。再将q放于A点出发的，方向背向A点的这条射线也是一条电场线。A与B连线上的电场线情况如图3（a）所示。再研究线段AB的垂直平分线OO’，如图3（b）所示。所以通过OO’所有电场线都应与OO’垂直。再在直线OO’的两侧取D与D’，使它们对OO’直线成轴对称。将+1C的点电荷q放于D点，它所受的力指向斜上方；将q放于D’点，它受的合力指向斜下方。可以看出，从A点出发，经过D、D’回到B的一条曲线是一条电场线，如图3（c）所示。同理，在直线AB的上边与下边可以画出许多这样的电场线，但考虑到电场线的疏密对应场强的弱强的要求，电场线只能画成图3（d）所示的形状。最后应指出，电场线并不只存在于纸面上，而是分布于整个立体空间。要想研究空间某一点的场强情况，只需将纸平面以AB线为轴转动到该点即可。（3）等量同号点电荷专场的电场线用上述方法也可以得到等量同号点电荷的电场线，如图4所示。分析方法略去。（4）均匀带电的无限大平面电场的电场线图5（a）所示为均匀所示为均匀带正电的无限大平面，在平面上任一点A放+1C点电荷q，它所受电场力方向如何？由于空间对称，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、向下的直线，都可能是电场线，但考虑到电场线的疏密相同，所以电场线只能画成图5（b）的形状，即电场线是疏密均匀的平行线。对于无限大均匀带负电的平面，电场线形状图5（c）所示，电场线仍是疏密均匀的平行线，只是指向平面。这说明在无限大均匀带电平面的两侧场强大小、方向相同。这种专场称为匀强电场。（5）带有等量异号电荷的无限大平行金属板的电场的电场线如图6（a）所示，带有等量异号电荷的两个无限大平面平行放置，由于对称，每个平面上电荷的分布是均匀的。由场的叠加原理可知，每个带电平面都在它的周围独立地产生电场，而总的电场应为两个分电场的矢量和。图6（b）画出了每个带电平面的专场线，实线代表正电荷的电场，虚线代表负电荷的电场线。由于它们都是匀强电场，各分场场强大小处处相等，只是方向有差别。在两板之间两场方向相同，叠加后场强增大；在两板外侧，两场方向相反，互相抵消，场强为0，整个电场电场线的形状如图6（c）所示。3.电场线的演示（1）点电荷电场线的演示如图7（a）所示将验电羽与感应起电机的一个放电杆接通，摇动电机，验电羽上丝线会按场强方向排列，因而显示出电场线。可以看出，电场线形状与图2（b）相似。（2）演示等量异号点电荷电场线放好两个验电羽，如图7（b）所示，再用导线将它们分别与起电机的两个导电杆相连，摇动电机，丝线排列在电场方向上，形成类似图3（d）的形状。（3）演示等量同号点电荷电场如图7（b）所示，再用导线将同一个导电杆与两个验电羽相连，摇动起电机，丝线排成形成类似图4的形状。（4）演示带有等量异性电荷平行金属板的电场线如图7（c）所示用导线将两板分别与起电机的两个放电杆连接，并摇动起电机，丝线就排列在电场线方向上。可以观察到，在两板的中央部分，电场线是平行的，其余边缘部分电场线不平行，如图8所示。这是因为平行金属板并非无限大所致，且非正对面上的丝线上不动，原因是外侧E=0。4.总结电场线的性质（1）电场线是假想的，不是真实的。（2）电场线起于正电荷止于负电荷，电场线终止于那里；负电荷同理。（3）电场线的疏密表示电场的强弱。（4）电场线不能相交。因为在电场中的任一点处只有一个电场强度，方向唯一，如相交则该处出现两个场强方向，所以不能相交。（5）电场线不能相切。原因：电场线疏密表示强弱，如相切则在切点电场线密度无穷大，这种情况不可能，所以不会相切。（四）作业分别画出正点电荷，负点荷，等量异性电荷，等量同性电荷，无限大均匀带电平面，带有等量异性电荷的无限大平行平面的电场线。四、说明1.注意强调我们画的是几种典型电场的电场线平面分布图，实际上是空间立体分布的。2.强调一定要记住几典型电场的空间分布。3.电场线上某点的切线方向是那点的电场强度方向，是放在那点检验电荷+q在那里所获得的加速度方向。电场线不一定是检验电荷的运动轨迹。