大学物理静电场教案

静电场教案

一．教学目标

1.知识与技能：①理解库仑定律的意义并掌握其应用

②理解电场叠加原理并掌握应用其求点电荷

电场分布的方法

③掌握用解析法和几何法描述静电场的方法

④理解静电场的性质

⑤理解高斯定理的物理意义并掌握应用其求特殊带电体

电场分布的方法

2.过程与方法：①通过整理知识框图与“三基”问题带领学生

复习本章内容,培养学生归纳知识的能力

②通过合作讨论探究问题，培养学生进一步运

知识的能力,学习一定研究问题的科学方法

3.情感态度与价值观：创设情境，联系生活中相关物理现象和

生活技巧，激发学生对本章内容的学习

兴趣，培养学生求实的科学态度。

二．重点、难点

1.重点：①静电场的描述

②电场叠加原理的理解和应用

③高斯定理的理解和应用

2.难点：高斯定理的理解和应用

通量

E dS =

静电平衡0in E =

斯

定

1

E dS ε==∑⎰电场叠加原理

1

n

i

i E E ==∑静示：电场线对电场强弱及方向的描述点电荷电场强度

204r q E e r

πε=

分立电荷电场强度

21

04i n

i

r i i

q E e r πε==∑

连续电荷电场强度

204r

dq

E d E e r

πε=⎰=⎰

12

2

04r

q q F e r πε=

电场强度定义式

F E q

=

四..基本物理量

1. 电荷：q

一切电磁现象归因于物体所带电荷，电荷具有量子性，即电荷总是以一个基本单元的整数倍出现，这个基本单元 电荷的带电量为 191.60210e C -=⨯ 2. 电力F 包括带电体与带电体之间的静电力和带电体在电场中受到的电场力 3. 电场强度F E q

= 4. 电通量:

cos e d E dS EdS φθ==

电通量是衡量静电场中垂直穿过某一面积元的电场线条数的量

五.基本定律

1. 库仑定律：12

204r

q q F e r

πε=

反映真空中两个静止点电荷之间的相互作用特点 2. 电场叠加原理：1

n

i i E E ==

∑

反映当多个点电荷存在时，它们在某场点激发的总电场与他们各自单独存在时在该场点激发的电场的关系 3.

高斯定律：0

1

e in E dS q φε==

∑⎰ 映在真空静电场内任意封闭曲面上电通量与该曲面包围的电荷代数和之间关系，它表示该电通量与封闭曲面外的电荷无关，即封闭曲面上的总电场只由曲面内的电荷决定。反

六. 基本问题

1. 静电场的图示

2. 在什么情况下可以将带电体近似看做点电荷?

3. 电力的计算和讨论

4. 利用电场叠加矢量求和方法求解分立电荷在空间某点激发的电场强度。

5. 如何选用合适的电荷元，利用电场叠加原理求解电荷连续分布的均匀带电体的电场分布?

6. 对于电荷对称分布的带电体，如何选用合适的高斯面，利用高斯定律求解带

电体的电场分布?

七.静电场问题讨论

㈠．“知识单元”专题问题

1．库仑定律通用的矢量表达式是什么？如何从公式理解力的大小、方向与1q 、2q 及r （或

r e ）的关系？

2．由E 的定义式如何理解E 与F 和0q 之间的关系，此定义式反映了E 是什么性质的物理量？

3．如何从几何上理解电通量的定义和计算式？如何理解高斯定律？

4．试总结用叠加原理求解静电场E 的基本思路和步骤，并举2—3个代表性的例子，分析求解过程的每一步。

5．试总结用高斯定律求解静电场的基本步骤和条件，并举2—3个例子，分析求解过程对应的每一步。

㈡．“基本问题”专题讨论题

1．试探讨:库仑定律中的“平方反比”如果不能严格满足，将对电磁学的哪些理论产生怎样的影响？

2．在电场强度E 的定义中，如果放入电场中的试探电荷不是严格的点电荷，则将对由

F

q 求出的E 值得有何影响？

3．讨论；在何种情况下，点电荷 q 可以沿着一根电场线一直运动？

4．高斯定律可否应用于电偶极子激发的电场？可否用高斯定律求解出该电场分布？

5．如图所示，均匀带电的大球R 被对称的挖空了一个小球的空间，试讨论求解空间中A 、B 、C 三点的电场E 的方法和步骤。

八．例题讲解

1. 分立电荷产生场强的叠加问题。

例1：已知电偶极子电矩为p

，求

⑴ 偶极子在它轴线的延长线上一点A 的A E

；

⑵电偶极子在它轴线的中垂线上一点B 的B E 。

解：⑴如图所取坐标，

-++=E E E A

2

24⎪⎭⎫ ⎝⎛

+=-l r q E πε

2024⎪

⎭⎫ ⎝

⎛

-=+l r q E πε A

1

O r

o

R

ρ

B

C

⎪⎪⎪

⎩⎪⎪⎪⎨⎧