电场教学（共12篇）
电场教学 篇1
摘要：“静电场”这章具有概念多、综合知识性强、概念比较抽象等特点。电场及电场强度是静电学的重要概念, 在高职物理中占有十分重要的地位。基于高职学生物理基础及思维特点, 提出针对概念引入的生活情景类比教学设计方案。
关键词：电场强度,物理教学,情景教学
一、教学分析
(一) 教材分析
通过此章的学习, 使学生掌握新的物质存在形态——场物质。电场和电场强度是高职学生较难理解的概念之一。电场强度的概念与将要学习的电功等概念联系密切。比值定义法的思想对电势等概念的学习也有极大的帮助。
(二) 学情分析
高职学生分析和探究问题的意识薄弱, 尤其理论层面的分析能力欠缺。教师可以借助生活情境类比、形象的描述和科学的推理来帮助学生掌握抽象概念。
二、教学设计思想
本课教学设计以生活情境类比为主线, 利用生动的类比, 诙谐的语言描述, 使抽象概念顺利建立, 有利于培养学生推理类比和主动探究新知识的能力。
三、教学设计流程
(一) 创设情景, 问题导入
教师:通过上节课的学习, 我们知道真空中的两个电荷相互之间存在库仑力, 可是, 它们并没有直接接触, 这种相互作用又是如何施加给对方的呢?同样, 在平时的生活中, 看到领导和明星, 你是不是感到一股强大的力量震撼你的心灵, 将你深深折服?明明两个人没有接触, 又是怎样产生这种感觉的呢?本节课我们将一起探讨其中的奥秘。
引导学生回答:明星是通过气场来影响观众的。
教师:我们说明星将你折服是通过她的气场作用的。其实电荷之间的相互作用也是通过一种场来实现的。我们把电荷周围空间里存在的一种特殊形态的物质称为电场。这里需要特别指出的是, 明星的气场是一种心理感觉, 不是真正存在的物质, 而这里所说的电场却是我们现在所要学习的一种新的物质存在形态———场物质, 不是一种感觉。
(以明星气场类比, 引出场物质概念, 生动形象, 调动课堂气氛, 激发学生兴趣, 易于学生理解抽象概念。需特别指出气场与场物质的本质区别)
(二) 类比生活, 引入电场概念
1. 电场
电荷周围空间里存在的一种特殊形态的物质称为电场。
教师:本章我们将只讨论静止的电荷产生的电场, 这种电场称为静电场。
2. 静电场
存在于静止电荷周围的电场称为静电场。
3. 电场的基本性质
对放入电场的电荷有力的作用。这种力叫做电场力。
教师:我们上一节课所学的库仑力就是电场力的一种。
4. 场源电荷
产生电场的电荷叫做场源电荷。
教师:场源电荷就是我们刚才看到的那位散发着强大气场的明星。
5. 试探电荷概念
教师:我们如何知道隔壁的班花美不美?我们一般会怎么做?
学生:派一个人过去勘探一下。
教师:相似的, 如果我们要研究一个场源电荷的电场, 我们也可以派一个“人”去电场中感受一下, 这个派去的“人”我们称之为试探电荷。
教师:根据我们上节课所学的点电荷模型, 请大家讨论下试探电荷的条件。
引导学生回答:体积要充分小以保证点电荷模型成立。
教师:我们要勘探隔壁班花美不美, 可不可以派范冰冰去探勘下?
学生:不行, 因为范冰冰会影响班花自信心, 从而影响班花气场。
教师:同样的, 请大家思考我们派去勘探电场的试探电荷的电量有什么要求?
学生:试探电荷电量要足够小。
引导学生总结:
试探电荷有两个条件:
1.体积充分小, 小到与它和场源电荷的距离相比可以忽略不计, 以保证点电荷模型的成立。
2.电量需要足够小, 放入的试探电荷不影响原有电场的分布。
(以幽默生动的类比来引出场源和试探电荷, 以及试探电荷的条件, 易于学生理解和主动探究问题)
(三) 计算探究, 导入电场强度概念
教师:在场电荷Q形成的电场中A点, 请同学们根据上节课所学的库仑公式, 分组来计算试探电荷分别为+e, +2e, +3e时, 试探电荷所受的电场力大小, 以及F/q的比值。
学生通过计算发现:在电场中同一点, F/q这一比值不随试探电荷电量变化而变化。教师引导:F/q这一比值的大小反映了此点电场的强弱。
1. 电场强度物理意义
放入电场中某一点的电荷所受的电场力F跟它的电荷量q的比值叫做该点的电场强度。用E表示。
教师:此公式中q为试探电荷的电荷量的大小, F为试探电荷所受电场力的大小。与库仑力计算时相同, 用绝对值计算, 电场强度E的方向另行注明。
3. 矢量性
电场强度是矢量。习惯规定电场中某点的电场强度方向与正电荷在该点所受电场力的方向相同, 与负电荷在该点所受电场力的方向相反。
4. 单位国际单位制单位牛/库 (N/C)
5. 用比值法定义物理量的特点
教师:一朵花是否芳香, 与你去不去闻它, 闻花香的人高矮胖瘦有没有关系?
引导学生回答:花是否芳香, 与闻它的人没有关系。相似的, 用比值法定义的物理量与定义用量无关, 它反映物理对象的某种属性。比如这里, 电场中任一点电场强度E的大小都是由电场本身的性质来决定的, 与该点有无检验电荷或者放入的检验电荷q的大小无关。
教师:请大家回忆以前学过的哪些比值定义公式有相似的性质, 对比列举。
学生:R=U/I, R表示电阻阻电性强弱, 与两端电压及通过电流无关。
四、教学反思
电场及电场强度概念高度抽象, 一直是高职学生物理学习中的难点, 单纯采用公式推导解说或者学生实验讨论的方法都无法收到良好的教学效果。笔者根据高职学生的认知特点和规律, 巧妙设计了贴近生活的类比, 结合计算推理, 使学生对概念的建立过程留下深刻印象, 充分调动学生主动思考, 发挥学生的主观能动作用。
电场教学 篇2
【教学目标】
1．知道电场线的定义及物理意义。
2．从简单的点电荷入手，通过想象画出点电荷的电场线，并用实验显示电场线的分布情况，熟悉几种常见电场的电场线分布，培养学生的形象思维能力，并进行科学研究方法的教育。
3．通过观察各种电场线，认识静电场的电场线，培养学生的观察能力。
4．知道什么是匀强电场，掌握匀强电场的特点；
【教学重、难点】
重点：掌握静电场的电场线的分布。
难点：理解电场线的性质。
【教具】
感应起电机、计算机多媒体设备、CAI课件等。
【教学过程】
一、复习提问 引入新课
通过前面的学习，我们知道，电荷周围存在着一种“看不见”“摸不着”的特殊物质，那就是电场。我们是用什么物理量来描述电场的强弱？
生：电场强度
（Flash显示）师：比如，在真空中有一正点电荷，电量为+Q。
师：如何把A点的场强形象地表示出来？
生：画箭头。
师：画箭头，这是常用的表示矢量的方法，即在A点画上一箭头，如果电场中还有另一点B，如何同时把B点的场强也表示出来呢？
师：B点的场强比A大，所以画一个长一点的箭头来表示。
师：电荷周围空间都存在场强，如何形象直观地把整个电场的情况表示出来？
如果仍用这种画箭头的方法结果会怎样呢？同学们可以想象一下这种表示方法好不好呢？
比较形象，但是场中布满箭头，杂乱而不清晰，而且还只能表示有限个点的场强。
师：为了改善这种情况我们采用了方便、形象直观的描述整个电场的一种图示方法──电场线
二、新课教学
1．电场线
在电场中画一些有方向的曲线，使曲线上的每一点的切线方向与该点的场强方向一致，这样的曲线叫电场线。
电场线的形状可以用实验来模拟。把奎宁的针状结晶或头发屑悬浮在蓖麻油里，加上电场，微屑就按照场强的方向排列起来，显示出电场线的分布情况。应该注意这个实验只是用来模拟电场线的分布情况，电场线不是电场里实际存在的线，而是形象地描述电场的假象的线。
2．点电荷的电场线
师：点电荷周围的电场特点我们已经知道，请同学们根据电场线的定义想象一下，点电荷的电场线会是什么形状？并把你想象的形状画出来。
点电荷电场线的形状呈发散状。
其实电荷周围的空间都存在电场，电场线应该是空间立体分布的。同学们刚才想象的时候是否想到了这一点呢？下面我们来看点电荷电场线的空间立体分布图。
为了方便，我们平常画的都是电场线的平面分布图，也就是它的一个截面图。
对点电荷的电场线分布情况我们已经很清楚的认识并理解了，其它几种常见的电场线的分布情况怎样？
3．其它几种常见电场的电场线
（1）等量异种电荷的电场线；（2）等量同种电荷的电场线；（3）点电荷与带电平板间的电场线。
请同学们观察各种电场的电场线，思考电场线有哪些性质？
首先观察电场线的方向。方向是从哪里指向哪里？是从正电荷出发，到负电荷终止，或者从正电荷出发延伸到无穷远。或者从无穷远出发到负电荷终止。
这是电场线的一个性质。
4．电场线的性质
（1）静电场的电场线总是从正电荷（或者从无穷远）出发到负电荷终止（或者延伸到无穷远）。
师：电场线可以形象地表示场强方向，还能表示什么？
生：表示大小。
师：是怎样表示大小的？
（我们知道，离电荷越近的地方，场强越大。从图中可以看出，离点电荷越近的地方电场线越密，在同一个电场线分布图上，电场线的疏密还可以大致表示场强的大小：电场线越密的地方场强越大，电场线越稀的地方，场强越小）
（2）电场线越密的地方场强越大； 电场线越稀的地方场强越小。
师：观察常见的几种电场线的分布，是否发现有电场线相交？（没有）。我们能否肯定，电场中任何两条电场线都一定不会相交。说明理由。
生：可以肯定。
我们可以肯定，电场中任何两条电场线都不会相交。根据电场线的定义，电场中某点电场线的切线方向是该点的场强方向，如果两条电场线相交，则在交点处出现两个切线方向，即两个场强方向，这是不可能的。
（3）电场中任何两条电场线都不会相交
看不见摸不着的抽象的电场用电场线表示出来，为我们研究电场带来了方便。
师：在电学中经常用到这样的一种特殊电场，它的场强大小和方向处处相同，这样的电场，叫匀强电场
5．匀强电场
请同学们想想：匀强电场的电场线应该是怎样分布的？并把它画出来。
（电场线的密疏表示大小，场强大小处处相同，即电场线的密疏处处相同。方向处处相同，电场线一定是平行直线）
所以匀强电场的电场线特点：距离相等的平行直线
通常情况下怎样获得匀强电场？
相距很近、互相正对的等量异种电荷的两块平行金属板中部区域的电场就是匀强电场。
总结
这节课我们学习了电场线的概念，知道电场线是为了方便、形象直观地描述整个电场而人为的画出来的一组假想曲线。我们从简单的点电荷入手，通过想象画出点电荷的电场线，并用油中的头发屑来显示电场线的分布情况。通过观察几种常见电场的电场线分布，归纳出电场线的性质。并应用电场线的知识来认识匀强电场。
巩固练习
下面我们来讨论这样一个问题：如图所示为一条水平向右的电场线，由此能否确定三点的场强方向？（都为水平向右）能否判断A、B、C三点场强的大小？为什么？
备选问题
1．有同学认为，电场线一定是带电粒子在电场中运动的轨迹，这种认识对吗？
不对。电场线是为形象地描述电场而引入的假想曲线。电场线上每一点的切线方向与该点的场强方向是一致的，也是正电荷在该点受力产生加速度的方向。
电荷运动的轨迹是带电粒子在电场中实际通过的路径，路径上每点的切线方向为粒子在该点的速度方向。因此，电场线与运动轨迹是两回事，不能认为电场线就是带电粒子在电场中的运动轨迹。
注意电场线一般不是带电粒子运动的轨迹，在特殊情况下，带电粒子的运动轨迹可以与电场线重合。这些特殊情况是
①电场线是直线；
②带电粒子初速度为零或初速度方向与电场线方向在同一直线上；
③带电粒子只受电场力作用。
2．一带电粒子仅受电场力作用从电场中的A点运动到B点，轨迹如图示中的虚线所示，则（）
A．粒子带正电
B．粒子加速度逐渐减小
电场教学 篇3
【关键词】 高中物理 电场教学 类比
【中图分类号】 G633.7 【文献标识码】 A 【文章编号】 1992-7711（2015）12-050-010
类比在物理学发展史上的作用举足轻重。卢瑟福用行星系统类比原子的核式结构模型，否定了汤姆生的“枣糕”模型；德布罗意用机械波的波动性类比提出了一切实物粒子都具有波动性；狄拉克根据对称性，类比提出了“正电子”的假说。相关的例子不胜枚举。
既然类比这么重要，究竟什么是类比呢？麦克斯韦对类比的理解比较深入，“所谓物理类比，我指的是一种科学定律与另一种科学定律之间的部分相似性。它使得这两种科学可以相互说明。”在物理概念的形成，物理理论的构建，推理方法的应用以及规律的表现形式等诸多方面都体现了物理类比。在电场教学中，合理应用类比可以将抽象的理论生动化，能培养学生兴趣，提高学习效率，下面和大家分享几个教学实践中的案例。
1.用降雨强度类比电场强度
电场强度的定义是E=F/q，很多学生由于数学思维的惯性，认为E与F成正比，与q成反比。无论老师如何强调E与F和q无关，有些同学还是难以接受。如果用降雨强度的概念类比，有些理解上的障碍可能会化解。
教室外面在下雨，学生和老师都想知道外面的雨下的到底有多大，于是一个共同的问题呈现出来，如何衡量降雨强度？有一种方案，让一个同学去外面试试，看他淋湿程度来判断降雨的强度。如果衣服湿透了说明雨下的大，衣服湿一层，说明雨下的小。这一点和电场强度的描述类似，如果不知道空间某处电场的强弱，于是放入一个试探电荷，看试探电荷的受力，如果受力大说明电场强度大，受力小，说明电场强度小。
细心的学生会提出异议，“不能单纯的用学生衣服淋湿的程度说明降雨的强度，因为没有考虑在雨中淋了多长时间。降雨量小，淋的时间长，衣服也能淋湿透了。”如何才能更准确的描述降雨的强弱呢？“单位面积，单位时间内降雨量的多少可以衡量降雨强度。”学生很容易达成共识。和电场强度的描述类似，不能用电荷受力的大小来描述电场的强弱，因为受力大也可能是电荷量大的缘故。如果用单位电荷的受力来衡量电场强度就比较科学，从而引入E=F/q来定义电场强度。
还可以类比的是，探测降雨强度，让男生出去，还是让女生出去都可以，但是老师一般会让男生出去。在电场强度的探测中，要选择试探电荷，用正电荷和负电荷都可以，一般选择用正电荷。如果没有同学出去探测降雨强度，外面的雨还会不会下？如果没有用试探电荷探测电场强度，空间的电场还会不会存在？相信同学们能得出正确的答案。
2.用素描类比电场线
为了能形象生动的描述场强这个抽象的物理概念，引入了电场线，用电场线的疏密描述场强的大小，用箭头描述场强的方向。电场线形象的描述电场的主要特征，但是电场线不存在。这又给学生带来了理解上的难题。电场强度看不见，但是真实存在；电场线看得见，但是又不存在。用学生的话说“电场，你到底还要不要人活了”？
用素描类比电场线，可以为学生的理解搭建一个平台。会场上，如果我们想介绍一位不在现场的朋友的外貌特征，我们可以用文字描述：长头发、大眼睛、瓜子脸、柳叶眉、高鼻梁。听完之后，可能还会有人想象不清楚到底是什么样。如果我们将这位朋友的素描拿给大家看，相信所有人在第一时间就能清晰的呈现他的样子。尽管素描不是人本身，但是，素描形象的反映了人的特征。同理，尽管电场线是假想的，是不存在的，但是用电场线也可以形象的描述电场的特征。
3.用水容器类比电容器
电容器是静电场教学中的难点，而它又是我们日常生活中最常见的电子元件之一，冰箱、彩电、洗衣机中都有，每个人手机里的电池就是一个电容器。因此，电容器的教学既难又重要！学生对电容器的电容C=Q/U的理解经常出现偏差，学生会习惯性的认为C与Q成正比，与U成反比，在教学中我们常常苦恼，而又没有可行的办法。
用几个不同材质和形状的杯子放在一起，很容易发现它们有一个共同的功能——盛水，因此，它们可以按照功能命名——水容器。用水容器的容积类比电容器的电容。水容器的容积只是说明它盛水的能力，不能说明现在水容器中有多少水；相类似，电容是说明电容器盛电的能力，也不能说明现在电容器中有多少电。水容器的容积是由容器本身的构造决定的，比如，方形杯子的容积是由长、宽、高决定。相类似，电容器的电容也是由电容器本身的构造决定，比如，平行板电容器的电容是由极板正对面积，极板间距，电解质的介电常数决定。水容器可以有塑料的，金属的，陶瓷的；类似，电容器也可以有不同材质和形状。
4.用肉夹馍类比电解质电容器
肉夹馍，其实是馍夹肉，它是中国的一道传统美食，学生在日常生活中都尝试过或见过。肉夹馍没有具体的标准，要求在馍中间夹肉，但是没有要求夹什么肉，夹猪肉是传统的肉夹馍，夹驴肉就成了驴肉火烧，夹火腿和奶油就成了三明治。也可以根据不同要求加入不同种类的肉，开发出不同的美食。
5.类比的局限性
电场教学 篇4
本节教学的一个重要内容就是要得出公式U=Ed, 即在匀强电场中, 沿着电场强度的方向, 任意两点间的电势差等于场强与这两点间的距离的乘积, 并进而得出:不沿场强方向两点间的电势差的求法。然而, 教材 (粤教版选修3-1) 对该点的求法却没有涉及, 而学生却往往又会将不沿场强方向两点间的电势差误当作沿场强方向的情况去处理、去求解。究其原因, 是因为学生在学习上述内容时, 对“沿着电场强度的方向”这个前提条件没有引起足够的重视, 而对它的认识又只有通过与“不沿电场强度的方向的两点间的电势差又怎样求”的情况进行对比才能得到强化!所以, 教学这部分内容时, 分两步走:第一步, 在匀强电场中, 选取沿场强方向的两点A、B, 让学生探究A、B两点间的电势差U与场强E的关系 (如图1) , 紧接着让学生练习两道题:
[练习1]如图2, 在匀强电场E中, E=100N/C, 沿场强方向A、B两点相距20cm, 求UAB
[练习2]如图3, 在匀强电场E中, E=100N/C, A、B两点相距20cm, 则A、B两点间的电势差为
A.2000V
B.20V
C.以上均不对
第二步, 在练习2的基础上, 很自然地引出:那么不沿电场强度的方向的两点间的电势差又怎样求呢?再让学生探究, 并指出:这时的d表示这两点沿场强方向的距离。
(二) 投石问路、引导探究
新课程改革的目标之一就是要提高学生的科学探究能力。本课中, 公式U=Ed的结论要通过学生的自主探究而“发现”得出。但是课堂探究最忌一大二空, 忌让学生在漫无范围、完全自由随意的状态下去“探索问题”, 那实际上是一种耗费时间的低效教学行为。上课开始, 先引导学生回忆旧知: (1) 什么叫电势差?公式怎样? (2) 求电场力做功有哪几种方法?绝大多数同学能从 (1) 问的回答中变形出W=q U并能回忆起力学中学过的功的公式W=FS或W=FScosθ, 然后设计情境:将一个正的点电荷q沿着场强的方向从A点移到B点, 你能求出电场力对电荷做的功吗?这样学生在求功的过程中就自然能够主动地“发现”出U与E的关系了。而且也为放手让学生进行第二步的探究 (不沿场强方向时的情况) 作了铺垫, 学生此时还能设计出类似的情景去探究U与E的关系。这种在教师指导下的探究活动才是一种切合学生实际的、接近学生“最近发展区”的认知活动, 才是新课程改革所真正提倡的!
(三) 直观形象、化解难点
本节教学的另一个内容是电场线与等势面的关系。教材上是通过在等势面上移动电荷时电场力不做功来推出电场线一定垂直等势面的, 这对学生来说其实有点抽象。可在教学中做这样的处理:借学生第二步探究得出的结论U=Ed (d表示这两点沿场强方向的距离) 顺势创设情景: (如图4)
1.
在匀强电场E中, 沿场强方向取两点A、B, 他们之间的距离为d, 则UAB=?
2.
.过点B作电场线的垂线, 在垂线上依次取点C、D、F点, 则UAC=?UAD=?UAF=?
3.
.由此能想到什么吗? (CDFB面是一个等势面) , 那么等势面和电场线之间有何关系?这样不但直观形象、容易理解, 而且知识点之间的衔接自然顺畅, 容易形成知识链。
(四) 娓娓道来、逐个击破
教材在得出:在匀强电场中, 沿着电场强度的方向, 任意两点间的电势差等于场强与这两点间的距离的乘积U=Ed之后随即转换得出E=U/d。如果也按这个节奏进行教学, 则不利于学生接受。因为这里有太多的知识点堆积, 学生对“沿着电场强度的方向”还没有深刻地理解, 对“不沿电场强度的方向的两点间的电势差”还不知道怎样求, 还有场强的两个单位的一致性的的证明, 求场强的三种方法的比较等等。在教学中, 等学生将U=Ed公式巩固, 并借助U=Ed引出了等势面—观察等势面—画等势面—分析等势面之后, 再将变形式E=U/d延迟引出, 进而证明其两个单位是一致的, 并引导学生比较求场强的三种方法, 这样教学知识更加系统, 更符合学生的认知心理。
(五) 融会贯通、升华应用
在学生比较了求场强的三种方法之后, 让学生做如下练习:
[练习]如图5, 相距10cm的两块平行金属板A、B, 接在10V的直流电源上 (A板接电源的正极) 在两板之间的中点P有一带电量为1.0×10-2C的带负电微粒, 求它受到的电场力?
变化1:如果该微粒静止于P点, 则其质量多大? (g=10N/kg)
变化2:如果只将两板间的电势差增大为20V, 该带电微粒将会怎样?能求得哪些结果? (讨论探究, 尽可能多地求出)
变化3:此时, 若两板之间另有一个半径为r, 密度为ρ的带电油滴, 恰能处于悬浮状态, 能求出该油滴带有多少电吗? (引出:元电荷的测定———密立根油滴实验)
电场教学 篇5
高中物理“电场中的导体”在“电场”一章中所占比重不大，要真正透彻分析相关问题必 须应用高斯定理和静电场边值问题的唯一性定理．但在高中阶段我们只能利用电场强度 、电场力 和电势这些概念来分析．对这些概念学生若理解的不透彻，就会对有的问题只会从电场 强度、电场力的角度去解释；对有的问题只会从电势的角度去解释．似乎一题一 法，甚至同 一问题若从两个角度去分析会得到自相矛盾的结论，或遇题无从下手，从而使这部分 内容成为高中物理新课教学和高三复习时的一个难点．究其成因是由于： ?
(1)受高中学生知识面的限制，教材对这部分内容不能透彻阐述，只能采用简单推理、 实验演示、利用已知结论的方法处理，所以许多学生虽记住了一些结论但并非真正懂了道理 ，给解决问题造成一定难度． ?
(2)这部分内容不是教学重点，故教师花时不多，学生缺少变式练习，教师讲解不能 一题多变，没有从电场强度、电场力、电势等多角度分析问题，导致学生不能举一反三．
二、教学设计
?
针对上述难点和存在的问题，我在这部分内容的教学中把重点放在以下两个方面． ?
1．紧抓电场强度、电势的概念，先要讲清静电平衡的基本原理．
(1)电场中的导体是如何达到静电平衡的`． ?
先从电场强度的角度分析．导体刚放入电场中的瞬间，导体中的自由电荷受电场力F＝ Eq的作用，产生定向运动，向导体两端积累，同时在导体中产生一个附加电场E′，使自 由电荷又受 电场力F′＝E′q，F和F′方向相反．当E＝E′时，导体内合场强为零， 自由电荷受合力也为零 ，这时导体中无电荷定向移动，即达到了静电平衡状态．从而得到处于静电平衡的导体内部 电场强度处处为零的结论． ?
再从电势的角度分析．导体刚放入电场中的瞬间，导体不同部位电势不同，有电势差是 导体中产生电流的条件，所以负电荷向高电势处移动，正电荷向低电势处移动，结果由电势 叠加原理，高电势处的电势降低了，低电势处的电势升高了．当导体各处电势相等时，就再 无 电荷移动，即导体达到静电平衡状态．从而得到处于静电平衡的导体是一个等势 体的结论．
继而讲清两者是统一的．若某一空间电场强度处处为零，则这一空间即为等势空间，电势 一定处处相等． ?
最后我们还要强调：电场强度为零，是两个电场叠加的结果，而不是真的就没 有电场．导体上各点电势相等也是两个电场在某点产生的电势叠加的结果．
(2)处于静电平衡的导体外部的电场线必与导体表面垂直，但表面场强不一定为零． ?
从电场强度的角度看，如果导体外部的电场线不与导体表面垂直，则导体表面电场强度就 不与表面垂直， 表面的自由电荷所受电场力也就不与表面垂直，那么电场力沿导体表面的分力将使自由电荷 沿导体表 面移动，这与静电平衡的定义是矛盾的．但从电势的角度来看，因为导体表面是一个等势面 ，电荷不可能沿表面移动，所以电场线与导体表面必垂直 ，但场强不一定为零． ?
(3)孤立导体净电荷分布在外表面． ?
从电场强度的角度分析，如果净电荷分布在导体内部，则内部就会有没有被抵消的电场， 导体 内部的自由电荷在电场力的作用下会定向移动，这就违背了静电平衡的定义．从电势角度分 析，如果净电荷分布在导体内部，则内部就有电场，电场中沿电场线方向电势是不同的，这 就违 背了处于静电平衡状态下的导体是一个等势体的结论．所以孤立导体的净电荷一定分布在它 的外表面．
2．适当练习，一题多变，提高分析能力．
求解电场强度八法 篇6
1 无论是匀强电场还是非匀强电场，如果已知或可以求出电场中某点电荷所受的电场力，则可用场强的定义式E=F/q求该点电场强度。
例1 （全国高考物理试题）质量为m、电量为q的质点，在静电力作用下以恒定速率v沿圆弧从A点运动到B点，其速度方向改变的角度为θ（弧度），AB弧长为s，求AB弧中点的场强E。
解析 依题意可知，质点在静电力作用下以恒定速率做圆周运动，即做匀速圆周运动，所需的向心力由位于圆心处的点电荷施与的电场力提供。由牛顿第二定律可得
F电=F向=mv2/r
由几何关系有r=s/θ, 所以F电=mv2θ/s
由此可得E=F电/q=mv2θ/qs
2 如果电场是由点电荷（组）激发的，则可由点电荷的场强公式E=kQ/r2或再结合电场的叠加原理求电场强度。
例2 真空中两个等量异种点电荷 ，电量大小均为Q，相距r。求：
（1）连线中点M处场强的大小和方向。
电场教学 篇7
一、高中物理规律的特点
(一) 只能被发现, 不能主观创造。
通常情况下, 通过对事物的观察、实验和思考就可以发现事物存在的规律。规律是不以人的意识为转移的客观存在, 它们只能被发现而不能被创造。我们在研究学习过程中可以通过归纳推理和演绎推理两种方法发现物理规律。 归纳推理法从认识个别的、特殊的事物推出事物的一般原理, 能够体现事物的共性。演绎推理法由定义的根本规律出发, 层层递进, 从一般到特殊, 逻辑严密结论严谨, 能体现事物的特性。
(二) 物理规律反映物理概念间的联系。
物理概念组成物理规律, 在实验室中可以通过物理规律反映各个概念之间的必然联系。就拿欧姆定理举例:电阻、电压、电流等物理概念组成了欧姆定律, 研究导体时, 可以通过测量电阻、电压、电流这三个物理量的数值得到导体的性能报告。欧姆定理反映出电流强度和导体电阻成反比又与导体所 受电压成正比, 即反映了三者之间的定量关系。
(三) 物理规律的客观性和局限性。
物理规律普遍具有客观性和局限性。由于物理的研究对象和研究过程是在实际的客体通过简化后得到的, 而且实验人员对实验仪器操作的熟练程度和仪器自身的精确度都对实验结果有影响, 因此物理规律只能够在一定的精确范围内反映各个物理量之间的联系。
二、物理规律教学的阻碍
(一) 感性认识不到位。
物理学是一门专门研究物质的结构和运动规律的自然科学, 也是当前被世界公认的最重要的基础科学。部分学生对于物理的学习有思维障碍, 主要是由于他们没有联系生活实际, 将物理这门学科排除在了生活之外, 把物理想象得过于复杂和专业, 在学习前就对物理产生了恐惧心理。要想学好物理, 必须联系客观实际, 实事求是, 让学生以生活为基础, 理论为依据, 多动手勤动脑, 增长他们的见闻, 帮助物理教学回归生活。
(二) 前学科观念的影响。
前学科观念就是指在学习之前, 由于生活经验的积累, 学生对某些问题已经产生了先入为主的概念。有些前学科观念能够促进学生学习, 有些则严重干扰了学生的学习和发展。比如学生总是认为一斤棉花比一斤铁要轻; 在惯性分析问题上总认为惯性的大小和运动物体的快慢成正比; 在摩擦力的探究中, 学生总是认为摩擦力方向都与物体的运动方向相反, 而且摩擦力总会阻碍物体运动;在自由落体问题上, 认为较重的物体比较轻的物体要下落得快。物理的学习就是将学生脑海中的错误意识消除换上正确的新意识, 如果不能达到好的效果, 物理学习就会失去意义。
(三) 不利的思维迁移和思维定势的影响。
思维迁移分两种, 一种是先前学习的知识对后续学习的顺向迁移, 另一种是后学知识对已学过的知识的逆向迁移。思维定势是指大脑被外界多次刺激后产生的固定的思维方式。 思维迁移和思维定势都有可能对学习造成不利影响, 这就要求老师教会学生变通地学习, 灵活地运用所学知识, 举一反三。
三、高中物理教学对物理规律教学的探究
(一) 创设问题情境, 激发学生的探索热情。
老师毕生致力于教书育人, 但当前的应试教育模式将知识功利化, “填鸭式”教育成了老师应试教育下的无奈之举。在课堂上, 老师可以尝试摒弃传统的开门见山直接切入重点的教学方式, 采用循循善诱的方式, 慢慢引导学生发现问题, 让学生自己提出疑问、解答疑问, 激发学生的探索激情。老师这种抛砖引玉的教学方法, 可以帮助学生更深刻地记忆知识点, 比起死记硬背效果更显著。就以探究“电场强度”这节课为例, 在课堂开始的时候, 我不直接切入重点, 而是问他们是否清楚电荷相互作用力的产生原理。之后让学生带着疑问课本上的图14-5。学生通过观察, 很快发现电荷A和电荷B在没有直接接触的情况下相互影响。学生分小组讨论出现这种现象的原因, 先大胆假设, 然后小心论证。在一问一答中, 激发了学生的求知欲望。
(二) 让学生“知其然, 又知其所以然”。
很多学生在学习中不能掌控自己对知识的掌握程度, 上课时感觉听懂了, 换个题目又不知如何下笔。这样的情况就要求教师在教学中, 从根本上帮助学生理解知识, 明白物理规律的深层意义, 防止学生只记住公式而不能将公式灵活地应用于各种题型。以“电场强度”这节课为例, 电场强度的公式是E= F/q。对于这个简单的公式, 教学中不能只要求学生死记硬背下公式的内容, 也不能仅仅告诉他们电场强度和电场力成正比, 与电量成反比这个事实, 更要让他们明白是如何推导出这个公式、得到这个结论的。
(三) 让学生明确物理规律的成立范围和条件。
物理规律并不是在任何时候任何条件下都成立的, 它具有自己的成立条件和应用范围。学生往往都只会一味地套用公式而不管公式在题目中是否试用, 使得考试成绩不理想。在“电场强度”这节课中 , 学到真空中点电荷的电场强度公式E= KQ/r2, 该公式的并不是对于所有的静电场都是适用的。在学习这节课的过程中, 老师一定要强调“点电荷”这个概念的相对性, 严格来说点电荷是不存在的。
综上所述, 本文简述了高中物理规律的特点, 指出了当下对物理教学有阻碍的因素, 最后以“电场强度”为例谈了对高中物理规律的探究成果。由于物理规律本就复杂难懂, 教师在教学过程中要层层递进, 由浅入深地让学生适应物理的难度, 帮助学生更加全面地掌握物理规律, 理解物理知识。
参考文献
[1]雷怡.以“电场强度”为例谈高中物理规律的教学[J].中学物理, 2013 (04) .
[2]房迅.高中物理规律教学有效性的研究[D].河北师范大学, 2012.
工程电磁场中静电场可视化教学 篇8
通过多年的教学实践, 笔者感觉到静电场是“工程电磁场”课程中最基础和最重要的内容, 学好静电场是学好“工程电磁场”课程的关键所在。
在静电场的教学实践中, 传统的教学方式主要采用基于数学解析方法的理论推导, 学生往往只能获得侧重于数学推导的结果, 而无法把握静电场中场的图形化特征, 从而无法直观感知静电场中的物理现象。
为了加强学生对于静电场问题的直观形象理解, 有必要在教学中将静电场问题的求解结果可视化输出。
为此, 笔者在静电场教学实践中采用了ansoft电磁场仿真计算软件, 利用该软件可以方便快捷的计算静电场中的问题, 并可将计算结果直观形象的可视化输出。
一、静电场可视化教学实例
(一) 含两层电介质的平行板电容器电场分布
含两层电介质的平行板电容器电场分布问题是学生学习不同电介质分界面边界条件的典型实例, 传统教学方法主要是利用电介质分界面电位移矢量法向分量连续的条件进行数学解析求解。
可视化教学时, 在ansoft软件中建立该问题的可视化模型, 如图1所示。在该模型中, 上极板施加正电位, 下极板施加0电位, 介质分界面上方电介质的相对介电常数为8, 介质分界面下方电介质的相对介电常数为4。通过ansoft软件仿真计算后得到如图1所示的可视化电场结果分布图。
从图中可以看出电介质中的电场线由上极板指向下极板, 介电常数小的介质中电场强度大于介电常数大的介质中电场强度, 这与传统数学解析法求解得到的结论一致。
从图中还可以看出在平行板电容器的边缘, 电场会存在边缘效应, 这也是与工程实际相一致的, 而传统教学中的数学解析方法是无法考虑该现象的。
(二) 两半径相同圆柱导体电场分布
两半径相同圆柱导体电场分布问题是学生学习静电场电轴法的典型实例, 传统教学方法主要是利用电轴法确定等效电轴的位置, 进而通过数学解析方法求解其电场和电位的分布。
可视化教学时, 在ansoft软件中建立该问题的可视化模型, 如图2所示。在该模型中, 右圆柱导体施加正电位, 左圆柱导体施加负电位, 两导体置于空气介质中。
通过ansoft软件仿真计算后得到如图2所示的可视化电场结果分布图。从图中可以看出空气中的等电位线为一簇圆, 电场线由右导体指向左导体, 并且与等电位线正交, 这与传统数学解析法求解得到的结论一致。
二、结束语
“工程电磁场”作为强电专业学生的一门重要技术基础课程, 它具有概念性强, 内容较为抽象的特点, 传统的数学解析推导的教学方式, 难以将其中的物理现象形象展示出来, 从而使学生无法直观感受。
鉴于此, 笔者在教学中通过采用ansoft软件进行了静电场的可视化教学实践, 收到了良好的教学效果。
参考文献
[1]吴明赞.工程电磁场课程研究式教学的实践[J].电气电子教学报, 2008.
电场教学 篇9
随着风电产业的迅猛发展, 国内对风电专业人才的需求逐渐增大。除了风电场要配备风电运维检修人员, 风电机组制造厂商和风电技术服务厂商也要派出相应的运维检修人员协助风电场[1]。风力发电技术涵盖了电机学、电力电子学、空气动力学、自动控制、机械传动等多个交叉学科, 涉及气象、材料、空气动力学、电气工程、机械工程、检测认证等多个专业领域[2]。国内的机械工程学院和电气工程学院本科专业陆续开展了风力发电相关的课程, 有些学院还开设了风能专业。新疆大学从2005年开始开设风力发电相关的本科课程, 并于2011年设立风能与动力工程专业, 培养在新能源领域从事相关工程技术的开发研究、工程设计、优化运行及生产管理工作的跨学科复合型高级工程技术人才。
在风能专业的本科教学中, 由于环境条件有限, 只能讲授有关理论知识和方法, 不能提供理论的验证以及实践, 使学生对有关知识方法感到抽象难懂, 不利于理论基础的巩固和方法的掌握。本文以风能资源的评估方法为例, 将理论教学与风电场选址软件WindPRO实例分析相结合, 旨在帮助学生更好地理解掌握风力发电的有关知识, 锻炼实际操作能力, 提高分析和解决问题的能力。
1 风电场选址软件WindPRO
丹麦国家实验室的WindPRO软件是在WAsP软件的基础上开发的风资源评估和风电场选址软件, 基于风资源数据、风电场的实际位置以及待选机型的参数, 模拟添加地形粗糙度、障碍物等因素, 以精确的风能资源数据分析、高精度的数字地形图、不同的湍流及尾流模型选择等优势, 对风电场进行选址和机位排布及优化, 估算风电场的发电量。新疆大学购买了正版的WindPRO软件, 并利用该软件开展本科专业的风力发电相关课程的教学, 理论与实际相结合, 把理论公式和原始数据以图形的形式展示给学生, 达到很好的教学效果。
WindPRO软件工作流程如下:工程建立→数据输入→数据分析处理→风能资源评估→风电机组选型→发电量预测→环境影响评估→电网接入→考虑损耗的发电量预测→机位优化排布。
WindPRO软件内包含有很多不同用途的模块, 可根据不同目的选择使用。其中风电场模块PARK用于计算因尾流效应而产生的阵列损失、计算含尾流模型时的风电场产量, 通过对比可以看出尾流造成的产量损失, 其中还包括各个扇区的风电产量和各个扇区的尾流造成的损失, 从而得到哪个风区尾流损失最大, 为最终的风电场风电机组排布优化提供依据。针对本科生风能资源评估的学习, 只需掌握基础模块、气象模块METEO和模型模块MODEL。
(1) 基础模块:1) 项目管理器, 项目管理器主要用来建立新项目, 在新项目中可以加入制作好的风电场地形图, 并提供在线导入某地区风电场的背景地形图功能;2) 特殊用途工具, 主要有对风电场背景地形图模拟添加等高线、风电机组、气象对象、障碍物、区域对象粗糙度、数字高程地形图下载等;3) 风机目录, WindPRO软件提供了目前世界上最先进、最全面的风机对象;4) 在线数据服务免费接口, 通过在线数据服务接口可下载某区域地形、等高线等。
(2) 气象模块METEO:把从气象站或者现场记录得到的测风数据添加到气象模块中, 经过气象模块对测风数据的处理可以得到威布尔分布曲线、风玫瑰图、风功率、湍流强度等。
(3) 模型模块MODEL:通过该模块可以和WAsP软件相结合, 可利用WAsP软件得到的结果, 进行一系列计算。例如, 利用模型模块MODEL和WAsP软件相结合可得到风统计, 根据风统计可以得出各种风机在某风电场区域中的发电量、风资源地形图等, 风资源地形图是最后进行风电场风电机组排布优化的最关键因素。
2 风资源评估实例
对某风电场一年内的测风数据和地形进行了整理分析, 把整理好的测风数据和高精度的数字地形图导入WindPRO软件中, 就可得到该风电场的风资源统计数据, 如风频曲线图、风能玫瑰图、风向玫瑰图、风廓线图、湍流强度图等。
2.1 新建项目
首先在WindPRO的窗口界面上创建一个图层, 在地图上创建适当数量的风电机组, 然后将添加的风电机组添加到新建的图层中, 其中选择恰当的风力发电机类型也是关键的一步, 最后设置适当的每排风机数以及风机间的距离。本文选定的每排风机数是2台, 风机间的距离是400m, 风机类型是VESTAS V90-2MW, 创建风电机组对象后的数字地形图如图1所示。
2.2 测风原始数据分析与处理
为保证风资源统计值的有效性, 测风数据导入时需要对数据源进行验证, 对测风数据进行相应的处理, 剔除错误数据, 并在相应的位置上补上合理的数据。需要从代表性、正确性和完整性3个方面核定已有的测风数据, 在核定之后我们才可以检验处理的测风数据。合理性检查包含获得的测风数据的最大值、最小值是否都在规定的范围内, 有没有超过规定值的数据。数据之间的相关性查验, 用于判断某一种数据在不同的高度得到的值是否合理, 比如测风数据中的风速值在不同塔高处对比是否合理, 各种参数的变化趋势是否合理等。
完整性包括测风数据的个数是否足够, 是否按照预定的起始和终止时间, 漏测数据的比例是否超过1%等。测量的风速是否超过要求的上下限, 数据变化趋势是否符合逻辑变化。
2.3 风资源统计图
把整理后的原始风资源数据导入WindPRO软件, 可以得到对象数据表页, 该软件以图表的形式显示风资源数据分析的结果, 直观反映风能资源的特征值。借助WindPRO软件, 学生能够把相关的风频分布曲线、风廓线、湍流强度、风向玫瑰图和风能玫瑰图等理论知识与实际数据形成的图表进行对应, 把理论知识形象化, 便于消化吸收。
(1) 威布尔曲线图和频率曲线图。风频分布常用威布尔曲线图和风频扇区图来表示, 如图2所示。
图2以实际某风电场测风数据为例, 利用WindPRO软件得到各个测量高度威布尔曲线图和频率曲线图, 其从10m、25m、40m、60m、70m5个高度显示了威布尔曲线和频率曲线。
(2) 风能玫瑰图。风能密度的公式为:
式中, V为风速, ρ为空气密度值, 通常取1.225kg/m3。
风电场风能玫瑰图如图3所示, 其中包括了风区的风速大小和频率分布大小, 利用WindPRO软件处理之后可以得到10m、25m、40m、60m、70m高度处的风能玫瑰图。
(3) 湍流。利用WindPRO软件得到在10m、25m、40m、60m、70m各个高度下的湍流强度图像, 湍流强度可以反映该风电场大气气流波动情况, 湍流越小, 说明该风电场气流波动越小, 越是我们所需要的风电场数据。国际上常用湍流强度I15来衡量湍流强度的大小, 即14.5m/s<v<15.5m/s风速段内的湍流强度。从统计结果可知:风速越大, 湍流强度越小, 而且风速很低时湍流强度主要是由大气的稳定程度决定的。
3 结语
本文列举了WindPRO软件在风资源基础知识教学过程中的部分应用实例, 较为详尽地说明了相关理论知识与统计图表的关系, 介绍了WindPRO软件中的建立工程及风资源统计的方法。在本科教学中, 将WindPRO软件与课本理论知识相结合进行了教学实践, 发现学生的注意力更加集中, 对课本知识的理解掌握更加牢固, 并且活跃了课堂气氛, 理论与实践相结合的教学方式更能引起学生们的兴趣。
WindPRO软件取风电场的实测数据进行分析, 让学生从风能资源特性、风电机组类型、风电场选址方法、尾流影响等方面多角度理解风电场的机组选型和机位排布优化, 是理论联系实际的典范。许多学生对WindPRO软件产生了浓厚兴趣, 并积极主动学习软件并利用软件研究有关风电场的其他问题, 提高了他们自主学习和独立研究的能力。WindPRO软件在本科教学中的应用取得了良好的效果, 增加了学生们的专业技能, 更有助于培养风电专业人才。
参考文献
[1]张润华.风电相关专业课程体系的构建与实施[J].产业与科技论坛, 2013, 12 (8) :214-215.
电场教学 篇10
由于“场”看不见、摸不着的特殊性, 也限于中学阶段的实验条件, 无法用真实的实验来进行探究性教学活动, 只能以虚拟情景为载体进行探究性活动, 我用“几何画板”开发了一个虚拟的探究电场属性的情境, 很好地解决了这个问题。
一、教学目标分析
美国教育心理学家布鲁姆针对教学目标的制定, 出版了《教育目标分类学》, 他认为教学目标共有三个领域, 分别是认知领域、情感领域和动作领域。这与新课程改革中“知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观”的三维目标体系极为吻合。本次教学活动中教学目标的制定我采用布鲁姆教育目标分类学中倡导的操作性语言来表述, 使其能够对目标的达成度做出更准确的判断。
知识与技能:能够准确复述电场强度的定义;能准确写出描述电场强度的定义公式;能够准确描述孤立点电荷、等量同种与异种电荷等典型带电体电场线的分布情况;能在具体情境中判断出源电荷、检验电荷与电场强度的关系;能用图示的方法准确画出两个电场强度的矢量合成图;能够通过对电场线的疏密、走向等来具体判断电场的强度与方向。
过程与方法:熟悉在对电场这样的特殊物质的描述中, 引入“试探电荷”的方法, 通过比值定义电场强度。
情感、态度与价值观:通过对“场”这种特殊物质的了解, 理解物理世界的物质性、客观性。
二、虚拟探究情境的开发
1.“点电荷电场”积件的开发
图1所示的是积件“探究电场强度E”的界面, 主要包括以下几个部分。
⑴设置了可调节的变量。本积件以虚拟的情境为载体, 充分体现“比值方法”定义物理量的思维过程:电场的强弱不能仅用电场力来描述, 因为电场力与放入电场的试探电荷的电量和电性有关系, 采用单位试探电荷的电场力来描述就解决了问题。因此, 积件中设置的可调节变量有:源电荷Q的大小和电性、试探电荷q的大小和电性、两电荷间的距离r。电场力F是运用库仑定律计算得出的, 并以矢量的方式展示在界面上。
⑵使用说明。为了便于学生的自主探究活动, 界面中对积件的基本操作做了介绍, 主要的功能有: (1) 拖动界面上“q调节点”、“Q调节点”, 可以连续改变电荷的带电量。 (2) 拖动“试探电荷”点, 可以改变试探电荷在电场中的位置, 试探电荷受到的电场力的大小、方向可以同步、动态显示。
(3) 通过软件提供的“测算”和“计算”菜单, 可以进行数据的模拟采集和定量研究。
2. 等量同 (异) 种电荷电场叠加的积件开发
积件界面如图2所示。⑴可调节的参量:两个源电荷的电量与电性、两个源电荷间的距离。⑵E叠加的“平行四边形定则”:拖动源电荷改变两个源电荷间的相对位置, 观察界面中场强合成的动态变化图。
设计意图:本次教学活动中, 设计的虚拟情境是探究性活动开展的关键。学生通过虚拟的探究性情境, 有基于自身思考、操作的探究性活动。学生要成为整个探究性活动的主体, 积件只是辅助学生深入思考问题的一个工具, 学生可以在拖、看、算、思等一系列活动中逐步展开深层次的学习活动。
三、探究活动展示
本次活动以小组合作的形式开展, 小组以2人～3人为宜。教学活动在网络教室中进行, 课前印发一张本次探究活动的基本程序的说明, 主要参考了物理新课程标准中关于“科学探究”活动的7个要素来设计。
设计意图:只有信息的流动、思想的碰撞, 才能共享理解和智慧。预设的静态目标和动态生成目标的有机结合是促进学生学习过程开展的基础。学生提出的疑问、提交的作品等交互方式留下一个个鲜活的思维轨迹, 是促进群体达成共识过程中真正有价值的信息。
探究活动一
⑴选定界面中的“r”、“试探电荷q”、“电场力F”的测量值, 利用“度量”菜单下的“制表”功能, 将三组测量值用列表的方式表示在屏幕上。
⑵保持试探电荷的位置不变, 用鼠标拖动“q调节点”, 可以改变试探电荷q的电量与电性, 然后双击表格, 可以将同时测得的三组值填入表格中, 重复六组后, 积件界面显示如图3。
在电场中一个确定位置上放置不同的电性和电量的试探电荷时, 试探电荷所受的电场力F的大小和方向都会发生变化, 在得到图3中的数据后, 教师有意识地引导学生观察电场力随试探电荷电量大小变化的趋势。之后, 要求学生用鼠标拖动“试探电荷”点, 观察“试探电荷q”与“电场力F”之间大小变化关系。学生在上述操作和记录的两项活动中得出如下结论:源电荷对试探电荷的电场力随着“试探电荷q”的变大而变大, 也就是说电场力会与“试探电荷q”有关系。
探究活动二
⑴调用“几何画板”自带的计算器, 逐项计算“电场力F/试探电荷q”的比值, 计算结果如图4所示。
⑵先计算“电场力F/试探电荷q”的比值, 再选定界面中的“试探电荷q”、“电场力F”、“F/q”的测量值, 利用“度量”菜单下的“制表”功能, 将三组测量值用列表的方式表示在屏幕上, 如图5所示。
设计意图:探究活动二中用两种方法计算单位试探电荷所受到的电场力, 不论哪种方法, 都可以看到, “电场力F/试探电荷q”的比值是一个常数。这个环节突出表现了将技术作为一种认知活动工具的思想, 计算机掌握在学生手中, 一些活动都是学生在探究问题的引导下展开的, 结论是学生自己思考的自然产物, 不是教师给出的。
探究活动三
改变“试探电荷q”的位置, “电场力F/试探电荷q”的比值是一个不同的常数, 如图6所示。
探究活动四
改变源电荷的大小, “电场力F/试探电荷q”的比值是一个不同的常数, 如图7所示。
设计意图:探究活动三和四让学生独立操作、思考, 得出结论。为了给学生提供一个可以随时进行交流的空间, 我在网络化学习环境中设置了“你问我答”栏目, 很好地实现了学生间、师生间的互动交流。
探究活动五
⑴等量同种电荷连线中垂线上的场强叠加:双击屏幕上的“等量同种电荷连线中垂线上的场强”按钮, 再双击“动画演示”按钮, 观察合场强的大小变化规律 (先变大再变小) 。⑵改变两个源电荷间的相对位置, 重复⑶中的探究, 可以得到合场强的大小变化规律总是先变大再变小。⑶等量异种电荷连线中垂线上的场强叠加:双击屏幕上的“等量异种电荷连线中垂线上的场强”按钮, 再双击“动画演示”按钮, 观察合场强的大小变化规律, 如图8所示。
设计意图:这个环节是本次探究活动的一个难点, 对于“合场强的大小变化规律总是先变大再变小”这个结论, 定性分析只能进行这样的推理:在两个电荷连线的中点, 在离两个电荷连线的无穷远电场强度为零, 那么这两个点之间按照逻辑推理应该是先变大再变小。这样的纯理性思考不能完全打开学生的认知世界, 上述积件运用“几何画板”能直观动态演示合场强变化规律的特点, 将“合场强的大小变化规律总是先变大再变小”这个结论直接展示出来, 学生可以任意停留在一个位置上观察此时的电场强度大小和方向, 也可以通过动画演示的方式呈现电场强度的整体变化规律。
四、教学反思
1. 学习活动分表层学习、深层学习和成效性学习, 对于物理学科, 新课程倡导的探究性学习是开展深层学习活动的方向。
探究性学习方式要求在教学活动中, 学生通过自主地发现问题、实验、操作、搜集与处理信息、表达与交流等探索活动, 获取知识、技能和情感体验, 发展探索精神和创新能力。
2. 基于虚拟情境的学习, 要注意把构建物理问题时的科学性放在第一位。
“几何画板”在构建物理问题的情境时, 设计者是通过对问题模型的提炼, 运用科学的计算得到的演示效果。学生可以通过预设的参数调节设置, 根据需探究问题的步步引导, 与情境进行对话, 从而获取习得。
3.
静电场复习策略 篇11
一、牢记基本概念，理解基本规律
本章涉及的基本概念好，基本规律比较多，相互之间又有联系，我们要牢记它们。
本章的基本概念和基本规律：
2.电场线（六种情况的电场线画法）。
到此为止电场部分的知识贯穿得就差不多了，至于电荷在电场中平衡和运动问题的解题方法和重力场中的解题方法类似。
4.场的叠加：可类比力的叠加原理，都遵守平行四边形法则。
5．带电粒子在电场中的运动。
（1）直线运动;
（2）偏转：类平抛运动，利用平抛运动的规律分析解决。
二、掌握解决问题的科学方法，巧妙、快捷地解决问题
本章解题常用的方法有：理想模型法、比值法、类比法、等效法等等。笔者就近年来高考涉及本章的各类题型列举如下：
题型一：电场线、等势面类
这是指利用典型电场的电场线和等势面的分布情况，以及电场线的特点来求解的问题。解这类问题，我们必须牢记各种典型的电场线和等势面的分布情况，以便与题中情景对照分析，还要灵活运用电场线的特点及等势面的特点，如在等势面上任意两点间移动电荷电场力不做功；沿电场线方向电势越来越低；等势面与电场线一定垂直；电场线的疏密可表示场强大小等。
例1.下列选项中说法正确的是（ ）
A.电场强度处处为零的区域内，电势也一定处处为零
B.电场强度处处相同的区域内，电势也一定处处相同
C.电场强度的方向总是跟等势面垂直的
D.沿着电场强度的方向，电势总是不断降低的
【命题意图】
考查电场线、场强和电势关系。
【解析思路】
本题A、B两选项都用了“一定”的字样，因此只要举出一个反例，就可以否定A、B选项的说法，譬如带正电的导体，其内部场强为零，电势不为零；匀强电场的场强处处相同，但顺电场线方向电势逐渐降低，故A、B选项均不正确。C、D选项正是应记住的电场线特点，故C、D正确。
【探讨评价】
（1）对电场线类问题，首先我们要牢记各种典型电场、电场线和等势面的分布情况，记住电场线的特点，更重要的是要对题意全面分析，并灵活应用各典型电场线的特点。
（2）电场强度的计算有四种方法：
d.利用叠加式E=E1+E2+……（矢量合成）。
【说明】
电场线与电荷的运动轨迹不一定重合。电荷的运动轨迹由带电粒子受到的合外力情况和初速度情况来决定。只有满足①电场线是直线；②粒子的初速度为零或初速度方向与电场线在同一条直线上时，其运动轨迹才与电场线重合。
例题拓展：如图所示，P、Q是两个电量相等的正的点电荷，它们连线的中点是O，A、B是中垂线上的两点，OA A.EA一定大于EB，UA一定大于UB B.EA不一定大于EB，UA一定大于UB C.EA一定大于EB，UA不一定大于UB D.EA不一定大于EB，UA不一定大于UB 题型二：电功、电势能、电势差、电势类 这是指电场中电势的计算和电势高低的比较问题。解这类问题，一般要用到： （1）沿电场线方向电势要降低； （4）匀强电场的两点电势差：U=Ed等。 例2.图中A、B、C、D是匀强电场中一正方形的四个顶点。已知A、B、C三点的电势分别为UA=15V，UB=3V，UC=-3V。由此可得D点电势UD=_______V。 【命题意图】 考查匀强电场的特性、电势，在能力上考核分析、推理、应用物理知识解题的能力。 【解析思路】 UAC=UA-UC=18V，连接AC并把AC三等份，（如图）则中间两点的电势分别为9V和3V，这样B点必与F点在同一等势面，连接BF，过D点的等势面恰好过E点。所以D点的电势为9V。 【注】利用等分法在电场中找等势点，是解决此种问题的最基本的也是比较行之有效的方法。 例题拓展：图中A、B、C三点都在匀强电场中。已知AC⊥BC，∠ABC=60°，BC=20 cm。把一个q=10-5 C的正电荷从A移到B，电场力做功为零；从B移到C，电场力做功为-1.73×10-3 J，则该匀强电场的场强大小和方向是： A.865 V/m，垂直AC向左 B.865 V/m，垂直AC向右 C.1000 V/m，垂直AB斜向上 D.1000 V/m，垂直AB斜向下 题型三：静电平衡类 这是指利用静电平衡状态导体具有的特点来求解的问题。静电平衡状态导体的特点： （1）导体内部场强处处为零，表面上任一点的场强方向跟该点的表面垂直； （2）整个导体为一个等势体，导体表面为一个等势面； （3）导体的静电荷分布在外表面上，并且电荷的分布与表面的曲率有关，曲率大的地方电荷分布密。 因此，导体的表面尽管为等势面但导体表面的场强并不一定相同。 例3.一金属球原来不带电，现沿球的直径的延长线放置一均匀带电的细杆MN，如图所示。金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上a、b、c三点的场强大小分别为Ea、Eb、Ec，三者相比： A.Ea最大 B.Eb最大 C.Ec最大 D.Ea=Eb=Ec 【命题意图】 考查静电平衡状态的特点及电场强度的知识。 【解析思路】 根据导体在电场中处于静电平衡时的特点，知球内a、b、c三点的合场强都为零。而这三点的场强都是细杆MN和球体感应电荷分别产生的场强的合场强，因此细杆MN产生的场强与金属球上感应电荷产生的场强对球内同一点应大小相等、方向相反，而c点离细杆MN最近，故细杆产生的电场在c点的场强最大，那么，金属球上感应电荷产生的电场在c点的场强也就最大。因此，C正确。 水是人类赖以生存的第一要素,工业生产和农业生产与水息息相关。整个地球的水圈中,水的总量大约为1 591.4×108m3,其中有97.5%以上为海水,只有2.5%为淡水,在这有限的淡水资源中只有30%为地下水及土壤水,能够被人类直接利用的淡水不到淡水资源总量的1%[1]。在如此缺水的世界里,中国是一个水资源严重短缺的国家,近年来,我国的旱灾发生的频率和影响范围不断在扩大,并且持续的时间和遭受的损失有所增加。我国的用水大户是农业灌溉,其用水量约占总用水量的70%,因此应在农业上强化水资源短缺意识,节约水资源。空间电场阴极聚水技术能够将蒸发到空气中的水分聚集到地面并被植物充分吸收,将会缓解旱地植被的水供应问题。 国内外关于静电技术的应用很广泛,在农业中的应用主要有,利用静电选取优良作物种子[2];利用高压静电场处理果蔬,可以起到灭菌、保鲜等作用[3,4,5];利用高电压电晕电场对物料进行脱水干燥。在工业中的应用主要为利用静电进行食品加工、中药材加工干燥等[6,7];利用静电分选破碎的印刷电路板[8,9],以及静电技术应用于啤酒发酵等[10]。 以上应用是静电场的异极距小于1m的情况,而空间电场是一种异极距为 2.5m左右,且人、畜可以进入的安全静电场,在农业中有着广泛的应用:首先空间电场可以调控植物对钙离子的吸收量和吸收速度,也可以调节植物吸收二氧化碳的速度,同时还可以使土壤非游离态营养物质转化为游离态,促进植物生长[11];其次,空间电场电离空气产生强氧化性杀菌消毒剂—臭氧、氮氧化物等,可以杀死畜禽舍空气中的细菌,能够有效分解动物粪便产生的恶臭气体,净化舍内空气[12,13,14];还可以利用空间电场聚集空气中的水分,即使悬浮在空气中的雾气、水蒸气荷电,在库仑力的作用下定向移动(电泳),并吸附在土壤表面[15,16]。本文主要探索不同异极距、工作节拍比和高压直流电源电压对空间电场阴极聚水系统聚水量的影响,为空间电场阴极聚水技术在农业中的应用提供相关的基础数据和设计依据。 1 试验装置 空间电场试验系统如图1所示。本试验采用正高压直流电源电压为42kV,正极为电极线与绝缘子相连端,负极接地,与埋在地下不锈钢管连接,能够保证接地的可靠性,电极线与地面之间构成正向高压空间电场。空间电场采用间歇循环工作方式,工作时间由控制器制定。电极线距地面的距离为异极距,节拍比是阴极聚水系统放电时间与放电时间和停歇时间总和的比值。在空间电场阴极聚水过程中,有许多因素会影响到聚水性能,主要有空间电场特性参数及环境因素。空间电场特性参数有很多,主要有电极电压、工作节拍比、异极距、电极形状等。环境因素也有很多,环境的相对湿度对空间电场的影响较大,因此做相对湿度、工作节拍比、异极距和电源电压等对聚水效果影响的单因素试验,研究相对湿度、空间电场特性参数对空间电场聚水量的影响规律。 1.自耦变压器 2.功率表 3.时间控制器 4.高压直流电源 5、9.异极距调节架 6、8.绝缘子 7.电极线 10.加湿器 11.塑料布 2 试验材料与方法 2.1 试验条件与材料 试验在5.9m×2.8m×3.6m的室内空间进行,所用电极线长8m,试验前先将电场通电2～3d,建立空间电场。 2.2 试验方法 调整异极距,制定不同工作节拍,改变高压直流电源电压,测量电极线正下方地面(2m×2m塑料布上)聚集水的质量。 3 结果与分析 3.1不同相对湿度对空间电场阴极聚水系统聚水量的影响 此次试验在1.5m异极距下进行。试验的环境温度在16～17℃之间,空间电场放电60min,停歇10min,做完一个相对湿度的试验后,用YC-D204B空气加湿器调节相对湿度,称不同相对湿度(16%,30%,46%,55%,62%)时在放电时间为60min内聚集到2m×2m塑料布上水的质量。 不同相对湿度下地面聚水量比较图如图2所示。 图2中显示得出,相对湿度16%时聚水量最少,为132g/h,相对湿度62%时聚水量最多,为206g/h。试验结果表明,在异极距一定时,环境相对湿度越高,单位时间内的聚水量越大。 3.2不同异极距对空间电场阴极聚水系统聚水量的影响 试验所用高压直流电源电压为42kV。分别调整异极距为1.5,1.8,2.1,2.4,2.7 m,测量1h内各在电极线正下方地面(2m×2m塑料布上)聚集水的质量。此次试验的环境温度在17～18℃之间,相对湿度在27%～30%之间。 不同异极距下地面聚水量比较图如图3所示。由图3可知,异极距为1.5m时的聚水量最大,为162g/h;异极距2.7m时的聚水量最小,为78g/h;整体呈随异极距的增加聚水量减小的趋势。 3.3不同工作节拍比对空间电场阴极聚水系统聚水量的影响 此次试验选择1.5m异极距,高压直流电源电压为42kV,环境温度在17～18℃之间,相对湿度在17%左右,通过调节时间继电器,得到单位时间内的6种空间电场的工作节拍,分别为:连续放电60min;放电50min,停歇10min;放电40min,停歇20min;放电30min,停歇30min;放电20min,停歇40min;放电10min,停歇50min。则设定的6种工作节拍的节拍比如表1所示。 测量完一个工作节拍的聚水量后,调节工作节拍,测量下一个工作节拍下在2m×2m塑料布上的聚水量,探索工作节拍比对空间电场聚水性能的影响。 不同工作节拍比的地面聚水量比较图如图4所示。图4显示,在单位时间内,工作节拍比越大,空间电场阴极聚水聚水量越大;节拍比为1与节拍比为5/6的聚水量相差较小,即空间电场阴极聚水系统工作过程中,短时间停止放电对聚水性能的影响较小,因此在实际应用中,可以适当设定空间电场停歇时间,从而有利于高压直流电源的安全使用,延长高压直流电源的使用寿命。 3.4不同高压直流电源电压对空间电场阴极聚水系统聚水量的影响 此次试验选取1.5m的异极距,环境温度在17～18℃之间,相对湿度在17%～18%之间,调节高压直流电源电压分别为(42,39,35,31,27,23,19,15,11kV),测量不同高压直流电源下在2m×2m塑料布上单位时间内的聚水情况,具体情况如图5所示。 高压直流电源电压在11～42kV之间,高压直流电源电压11kV时聚水量最小,为6g/h;高压直流电源电压42kV时聚水量最大,为134g/h。由图5可以得到,随着电源电压的增加,泄漏电流增大,聚水量会增加,高压直流电源电压从11kV上升到35kV之间聚水量增加幅度比较平缓,而当高压直流电源电压从35kV上升到42kV之间时,聚水量增加幅度较大,此现象与空间电场伏—安特性相符合。 4 结论 1)环境相对湿度越高,单位时间聚水量越大; 2)异极距越大,空间电场在单位时间内的聚水量越小; 3)高压直流电源电压越高,空间电场单位时间内的聚水量越大; 4)单位时间内,工作节拍比越大,空间电场聚水量越大,且空间电场阴极聚水系统工作过程中,短时间停歇对聚水性能的影响较小。 摘要：利用空间电场阴极聚水装置,研究了不同异极距、工作节拍比和高压直流电源电压对空间电场阴极聚水系统的聚水性能的影响。试验结果表明:在其他条件一定下,环境相对湿度越高,单位时间内的聚水量越大;异极距越大,单位时间内的聚水量越小;高压直流电源电压越高,单位时间内的聚水量越大;工作节拍比越大,聚水量越大;空间电场在工作过程中,短时间内停歇对聚水量的影响较小。研究为空间电场阴极聚水技术在农业中的应用提供了相关的基础数据和设计依据。电场教学 篇12