电场 电场强度（教学设计） 人教版（2019）必修第三册

第九章第3节《电场电场强度》教学设计北师大北海附中：邹鸿志【课题】电场电场强度【教材】人教版必修三第九章第三节教学内容分析1.本节在教学中的地位和作用：本节内容在静电现象、电荷间的相互作用力（库仑定律）的学习之后，即是在学习了电荷相关知识的基础上进入本章《静电场的描述》中的第一个描述电场性质的新概念——电场强度，这是具体认识电场的开端且核心的章节，本节重点在于从力的性质出发认识和描述电场，运用比值定义法的逻辑以及物理模型描述电场，为之后的章节继续学习电荷在电场中的电势、电势能等能的性质做好铺垫，为整个电磁学的学习做好铺垫。2.课程标准对本节的要求:（1）内容要求：知道电场是一种物质。了解电场强度知道，体会用物理量之比定义新物理量的方法。会用电场线描述电场。（2）教学提示：引导学生了解场的物质性，培养学生的物质观念与相互作用观念。引导学生学会建立电场线的物理模型，体会物理模型在研究具体问题中的重要作用。让学生了解电场强度的含义并体会其中应用物理量之比定义新物理量的方法。（3）学业要求：用电场强度描述电场的性质。形成初步的物质观与相互作用观能用物理量之比定义电场强度，进一步了解用物理量之比定义新物理量的方法。能用电场线分析电场和磁场中比较简单的问题，并得出结论。在分析和论证过程中，能使用证据说明自己的观点。学生情况分析1.学生的知识基础：高二学生对于力以及相互作用已有一定的理解基础，有朴素的物质观（实物），已掌握矢量运算的基本方法。对接触力如摩擦力、压力有较清晰的认识，也曾经历过非接触力如磁力和万有引力的学习，有了模糊的“场”的感知，但此前并没有深入强调过这种力是因为“场”的作用。在本章前两节已经学习了静电现象以及点荷间的库仑力，对电学有了一定的思维基础。2.学生的心理特点：学生对看不见、摸不着的物质比较陌生，难以建构出具象的感知，因此需要引导学生感受电场的存在、理解场的概念和特征、学会用场描述电场并能理解此模型。同时学生在研究或学习时往往对结论和现象比较重视，而对其解释的过程以及现象原理缺乏深入钻研的意识和耐心，教师需要加强引导他们通过观察和推理，如强调用比值定义法建立电场强度定义的过程。3.学生的认知特点及困难：现阶段的学生比较容易接受形象具体的物理现象和物理模型，对看不见摸不着的场的感觉不够清晰，与学生头脑中的传统物质观不一样。学生对电场强度概念陌生，得出电场强度的定义的过程又比较抽象，需要推理并灵活运用到比值定义法，学生已经接触用比值法定义新物理量：速度、密度、压强、平均速度、加速度等物理量，电场强度的定义将比值定义法推上了一个新的高度。因此在教学中，如何引导学生发挥想象力，运用时实验探究、逻辑推理的方法来构建电场及电场强度的概念是教师需要思考解决的问题。教学目标1.物理观念：（1）理解电荷间的相互作用是通过电场发生的向学生强化相互作用观念。（2）知道场与实物是物质存在的两种不同形式，通过电场表现出的力的性质渗透电场的物质观念。2.科学思维：（1）通过电场的定义，强化比值定义法等科学思维方法的应用。（2）构建点电荷产生的电场公式，培养学生科学推理能力。（3）用可见的电场线描述看不见摸不着的电场，通过实验去展示电场的分布，培养学生模型建构能力。3.科学探究：学生经历引入电场强度概念的过程，基于观察提出问题，形成猜想假设，分析事实和结论，用比值法定义了电场强度。（2）通过实验模拟电场线，根据实验现象知道常见的几种电场，理解什么是电场线及其特点。4.科学态度与责任：（1）经历电场强度建立的过程，认识到物理研究是一种对自然现象进行抽象的创造性工作。（2）通过学习相关史实以及实验探究，认识各种电场线的分布，让学生形成探索自然，增强认识物质世界的多样性的内在动力。教学重、难点分析【教学重点】电场强度的定义及物理意义；电场强度叠加原理；电场线的理解和分析。【教学难点】理解电场强度定义的方法和过程。实验教具及媒体PVC管、泡泡液、毛皮、静电棒、泡沫小球、电场线演示道具若干（点电荷、平行板、等量同种及异种电荷等）。教学流程电电场类比法类比重力场分析库仑力物理观念科学态度与责任电场强度观察分析法比值定义法问题引导实验验证物理观念科学思维科学探究点电荷电场公式法推导法借助库仑定律场强定义推理科学思维电场线观察分析法类比磁感线、观察实验和物理学史科学思维科学态度与责任知识序思想方法序策略序核心素养序教学过程教学环节和内容教师活动学生活动设计意图【课堂引入】实验引入活动1：静电棒使“静电泡泡悬浮”“蝴蝶飞舞”（视条件可改变实验内容）；引导学生：静电棒和静电泡有静电力，静电棒对静电泡有能量能做功。活动1：观察并思考，描述实验现象，思考现象背后的物理原理。感受电荷之间相互作用不需要接触。教材P11，提出电场的概念。利用可视化的实验效果，使学生对本节课的内容产生兴趣，切身感受静电力的存在，培养学生核心素养中科学探究能力，增强学生解释与交流的意识。情景包裹电场的物质性——力的性质和能的性质。一、电场的物质性静电场：真实存在于静止电荷周围（物质）性质：对放入其中的电荷有力的作用，可以对电荷做功电场是客观存在的，是一种物质存在的形式（不是假想模型）问题1：电场看不见、摸不着，它究竟是物质存在还是假想？通过力的作用效果、力对空间的累积效应（功）等电场表现出来的性质进行感知和研究。素养提升：要严格分析是施力物体的电场对受力物体产生电场力的作用，研究对象要清晰。让学生感受那些无法直接观察到的物理情形或特征可以通过输入外界信息，得到反馈，通过分析反馈从而得出该物理情形或者特征的结论的研究思路。通过抽象概念的学习，培养学生的证据意识和科学推理的能力。二、电场强度1.源电荷：激发电场的带电体所带的电荷（施力）2.试探电荷：体积小、带电少（受力）不影响源电荷产生的电场3.电场强度：（1）定义：（比值定义法）（2）单位：（3）矢量：与正（试探）电荷受力方向相同；与负（试探）电荷受力方向相反。类比：风力分级是利用风力对受力物体产生的作用效果划分的，用风力大小描述风的强弱。问题2：可以用静电力F描述某处电场的强弱吗？活动2：（思考实验）引导学生提出猜想和验证猜想，得出矛盾和冲突，指导学生对观点进行修正（明确适用条件）并再次验证。验证：情况1：根据库仑定律，把同一个试探电荷q放在不同位置，受电场力不同。情况2：如果在电场中同一个位置，放置不同电荷量的试探电荷q1>q2>q3则会得到F1>F2>F3而电场的强弱是电场的固有属性，仅由场源决定，结论产生矛盾和分歧，同一个点出现了三种不相等的电场强弱的描述。情况3：在离源电荷远的地方放上一个电荷量较大的试探电荷q1，在离源电荷近的地方放一个电荷量小到几乎为0的试探电荷q2得到结果（远）F1>（近）F2≈0，矛盾进一步扩大，用电场力来描述电场强弱出现了明显的局限性。问题3：电场强弱仅有源电荷决定，同一个位置的电场强弱应该是与试探电荷无关的，情况2中q1>q2>q3如何统一标准来比较电场强弱？类比：不同时间产生了不同位移，如何比较速度？（比较单位时间内的位移）小结：电场强度的定义、符号、单位、标矢性、方向规定拓展1：比值定义法——采用两个（或多个）物理量相比来定义物理量的方法，是在比较时选取相同标准的方法。例如：速度、加速度、功率、密度、压强、电阻、电场强度……练习1：电场中A、B两点分别放置试探电荷q和nq所受静电力相等，求A、B两点电场强度之比EA/EB。猜想：可用静电力F大小描述电场的强弱，静电力大的位置说明该处电场强。设计实验验证：结论1：这种情况可以用试探电荷在电场中的受力描述电场中不同位置电场的强弱。结论2：这种情况不可以用试探电荷在电场中的受力描述电场的强弱。结论3：这种情况也不可以用试探电荷在电场中的受力描述电场的强弱。思考：用电场力来描述电场强弱一定要选择相同电荷量的试探电荷作为前提条件，例如情况1。观点修正：为描述电场的强弱，需要比较“单位试探电荷的受力”，即比较再次验证：发现比值相等，与“同一位置电场相同，由场源电荷决定”相吻合。类比重力场：同一位置g相同，但放不同质量的物体G则不一样。思考、推导、总结、得出结论：某点的电场强度与放置与该点的试探电荷所受电场力大小及电荷量大小都无关，仅与源电荷和空间位置有关。思考：与已有的物理概念相联系，感受比值定义法的意义和必要性。培养学生猜想的能力，激发学生思考，通过3种利用电场力描述电场强弱的理论分析，对自己的猜想进行理论论证，发现猜想的观点的局限性的时候，能及时给观点框定适用范围（条件）。不用“错误”而是用“局限性”来描述学生的猜想，让学生体验通过物理知识认识自然的过程是不断提出观点、检验观点、修正观点，一步一步接近真理的过程。培养学生的科学推理和质疑创新能力。通过类比，鼓励学生大胆地质疑创新。物理概念建立中的科学方法主要有：比值定义法和乘积定义法，定义法是概念本质物理思想的体现，将研究方法显化有利于学生概念的形成。鼓励学生大胆分享观点、论据、结论，对思想实验进行理性分析。定义法的学习有效贯通整个物理学习过程，有利于形成正确的物理观念。三、点电荷的电场电场强度的叠加点电荷的电场强度（决定式）：适用条件：真空点电荷点电荷的场强大小与试探电荷无关、与场源正负无关；点电荷电场强度的方向与试探电荷无关，只与场源正负有关。3.均匀带电球体与点电荷的等效4.电场叠加矢量叠加遵循平行四边形定则问题4：电场强度的方向与该点正电荷受力方向相同，图中已经画出单个点电荷场源为圆心，半径为r的圆上各个点的电场强度大小和方向，该图是如何画出的？请判断A、B、C三点的电场强度是否相同？问题5：从这幅图中能获取到什么信息？（关于场源、P点位置、P点电场强度、电场叠加法则……）追问：为什么P点离Q2较近，但是E2画得比较短？P点离Q1较远反而E1画得比较长？说明什么？为什么可以用平行四边形定则绘得P点合场强？练习2：两个相同场源电荷+Q如图所示，两条虚线分别是场源电荷的连线和中垂线，请用规范作图法绘出A点叠加场的方向，并计算B点电场强度。观察、思考并回答：用带箭头的线段表示电场强度，线段长度表示电场强度的大小，在圆上各点放正的试探电荷，用试探电荷的受力方向代替电场强度的方向。A、B两点电场强度的大小相等、方向不同；A、C两点电场强度相等，因为这两点电场强度的大小相等、方向也相同。（追问）如果放的是负的试探电荷，那又该怎么画？力的方向与图中相反，场的大小、方向不变。学生观察并回答：有正负两个场源电荷；P点离Q2较近，离Q1较远；每个场源电荷在P点都产生一个电场，用平行四边形定则画得P点的合场强为两个电场的矢量和。说明Q2<Q1。电场强度是矢量，矢量叠加遵循平行四边形定则。让学生经历从定义式到决定式的推导过程，知道该决定式的适用范围。能判断空间各点电场强度的大小和方向。等效的思想。知其然，更知其所以然。学会观察、学会分析、学会组织语言进行描述和分享。培养学生从图中获取信息的能力、科学推理能力和语言表达能力。利用力的合成进行推理，降低思维难度。学以致用。四、电场线1.概念：法拉第为了形象的描述电场而引入的虚拟的线；电场线上每点的切线方向表示该点电场强度的方向；电场线的疏密表示电场强度的大小。2.特点：（1）正—负（无限远）或者无限远—负（2）不相交、不相切3.几种常见的电场线（1）正点电荷（2）负点电荷（3）等量异种点电荷（4）等量同种点电荷（5）匀强电场活动3：利用塑料绳模拟“怒发冲冠”；模拟电场线的实验，让学生直观感受电场、以及描述电场的简化方法。问题6：初中是怎样描述磁场的？类比磁感线来理解电场线。问题7：匀强电场是电场强度大小处处相等、方向处处相同的电场，请绘出匀强电场的电场线。（实验演示）用平行板模拟匀强电场的电场线。观察并记录，知道电场线是不存在的，是一种物理模型。回顾初中怎样用磁感线描述磁场的。小组分析绘制并分享思考和讨论过程。降低抽象物理模型的理解难度。帮助学生建立场线的概念。考察学生关于电场线的掌握程度，利用学生组内互动合作完成。【课堂总结】电场的物质性两种描述电场的方式：电场强度（比值定义法）、电场线（物理模型）几种常见的电场线归纳总结形成知识、方法的框架。认识到物理研究是一种对自然现象进行抽象的创造性工作形成探索自然，认识物质世界的多样性的内在动力。【课后拓展】重力场的定义拓展练习：场源电荷为+Q，判断a、b、c三点电场强度大小Ea、Eb、Ec的关系。（a、b在同一个球壳上，c在球壳外）注重知识的应用和迁移，在应用过程中将所学的内容进行内化形成能力。教学反思与评价本节课属于本章核心内容，物理概念多，难度大。在教学中主要的教学策略：1.本节课是本章的核心内容，概念多且重要。第九、十两章是在大概念——电场（具体说应该是静电场）统领下的主要研究电场的物质性，即力的性质和能的性质。这两种性质对应两大核心概念——电场强度和电势，电场强度描述电场力的性质，电势描述电场能的性质。充分把握电场和电场强度这两个重要概念有利于相互作用观念和物质观念这两种物理观念的渗透和强化。2.通过生动有趣的创新实验，激发学生的学习兴趣，启发学生的思维。本节课没有用教材“怒发冲冠”实验导入，改用静电棒使“静电泡泡”悬浮和利用塑料绳模拟“怒发冲冠”两个生动