电场电场强度（教学设计）高二物理（人教版2019）

第3节电场电场强度教学设计备课人学科物理课题电场电场强度教学内容分析《电场电场强度》是物理必修第三册第九章第3节。本节的主要内容是电场强度，即描述电场的力学属性，是学习电磁学部分的基础内容。教材承接上一节的内容，提出电荷间的相互作用是通过电场发生的，并指出了电场是客观存在的物质特殊存在形式；教材在引入了试探电荷和场源电荷的概念后，结合库仑定律对同一位置不同电荷量的试探电荷所受电场力进行分析，找出不变量，从而引入了电场强度的概念，并特别分析了点电荷形成的电场的特点；针对电场强度的矢量性，教材分析了电场强度叠加所遵循的规律；接下来，教材介绍了电场线的概念及常见电场的电场线分布，并引入了匀强电场的概念。在教学中，教师要着重让学生理解引入电场强度的理由和方法，并根据电场强度的矢量性对各种电场中各点的电场强度加以分析。学情分析在初中物理课的学习中，学生简单学习过磁场、磁感线，但没有对磁场有过定量的描述。在本节课引入电场，要引入一个对电场进行定量描述的物理量的过程中，学生遇到的最大困难即怎样描述电场的强弱？为何不直接用电场力的大小反应电场的强弱？为何要用比值定义法引入电场强度的概念？为此，教师要创设情境，引导学生认识到电场力的大小与试探电荷的电荷量、位置有关，不能客观描述电场的强弱。另一方面，通过上一节的学习，学生已初步掌握了库仑力的计算方法。在引入电场强度概念后，学生要综合运用电场强度的定义式和库仑定律，对点电荷的电场等进行简单的计算。这需要学生具备初步的运用知识点的能力和一定的观察、分析能力。教学目标1.通过类比与实验模拟的方法建立电场概念，知道电荷间的相互作用是通过电场实现的，知道场是物质存在的形式之一。2.通过电场强度概念的建立过程，进一步体会用物理量之比定义新物理量的方法。理解电场强度的定义式、单位和方向。3.知道点电荷形成的电场的电场强度的表达式。会计算多个点电荷形成的电场的电场强度。4.会用电场线描述电场。了解几种典型场的电场线，体会用虚拟的图线描述抽象物理概念的思想方法。教学重难点教学重点：电场强度概念的建立。教学难点：电场强度概念的建立。教学过程教学环节教师活动学生活动设计意图新课导入【播放视频】①范德格拉夫起电机：跳跃的蛋挞壳。②范德格拉夫起电机：怒发冲冠。【提问】①相隔一定距离的电荷间可以发生力的作用。电荷间的相互作用是通过什么发生的？②通过起电机使人体带电，蛋挞壳为什么飞？人的头发会竖起并散开。为什么会出现这种现象？观看视频，并结合视频思考问题。通过视频激发学生的探究兴趣。第一个问题采用上一节中的探究实验情景，承接库仑定律的知识，引发学生进一步思考。第二个问题由视频中产生，与第一个问题一脉相承，引发学生对生活现象的思考。环节一电场【提问】如图，带正电的带电体C置于铁架台旁，把系在丝线上带正电的小球先后挂在P1、P2、P3等位置。带电体C与小球间的作用力会随距离的不同怎样改变呢？（1）在同一位置增大或减小小球所带的电荷量，作用力又会怎样变化？（2）电荷之间作用力的大小与哪些因素有关？【讲述】19世纪30年代，英国科学家法拉第提出：在电荷的周围存在着由它产生的电场（electricfield)。→处在电场中的其他电荷受到的作用力就是这个电场给予的。【讲述】电场对场中的其它电荷产生力的作用。【讲述】电场的定义：电场存在于电荷周围，是能传递电荷间相互作用力的一种特殊物质。电场的基本性质：对放入其中的电荷有力的作用，即电场力。静电场：静止电荷产生的电场。说明：（1）只要是带电体，周围都能产生电场。电场对于电荷的作用实际是电场与电场的相互作用。（2）电场以及磁场已被证明是一种客观存在。场具有能量，也是物质存在的一种形式。【提问】电场对电荷有力的作用，怎样描述这种作用呢？回顾上一节课的知识点并作答：两带电体之间的作用力随距离的减小而增大，随两带电体所带电荷量的增大而增大。即，电荷之间作用力的大小与带电体所带电荷量的大小及带电体之间的距离有关。结合“新课导入”环节的第一个问题，思考电荷间发生力的作用的途径。结合牛顿第三定律，体会电荷通过电场发生相互作用。从带电体通过电场施加相互作用力感受电场的物质性。通过电场的基本性质初步感受电场的力学属性。进一步认识电场的性质。在对电场概念有了初步认识的基础上进行思考。承接上一节的知识点，引出本节的内容。在解答“新课导入”环节的第一个问题的同时，引出本节课的研究对象。在以往力学知识的基础上对电场进行逐步深入的分析。在前面简单分析的基础上给出电场的定义。由观察到实验现象得出电场的基本性质，便于学生接受和理解。对电场的基本性质进行介绍。用问题引出对电场强度概念的讨论。环节二电场强度【提问】研究某一个力时，涉及的物体有施力物体和受力物体。对某一个电场而言，其中的电荷是否也有类似的区分呢？【讲述】试探电荷：用来检验电场是否存在及其强弱分布情况的电荷，叫试探电荷。试探电荷的特点：体积足够小；电荷量足够小。试探电荷的引入不改变源电荷的电场。场源电荷：激发电场的带电体所带的电荷叫场源电荷，或源电荷。【提问】如图，连接小球的细绳与竖直方向的夹角不同，离电荷Q越远，夹角越小，这说明了什么问题？电场的强弱与哪些因素有关呢？【提问】类似的，我们已经知道，在电场中的同一位置，由于小球所带电荷量不同，所受的电场力不同。这又说明了什么？【提问】电场对电荷的作用力与电荷的位置、所带的电荷量有关。那么，能否用电场力来反映电场的性质呢？【提问】怎样寻找一个只与电场自身有关的不变的量来反映电场的强弱？【提问】在下列情况中，电场力是怎样随试探电荷的变化而变化的？【提问】由此，我们能不能发现一个去除试探电荷影响的方法？或者说，引入一个与试探电荷无关的不变量来反映电场的强弱？【讲述】电场强度的定义：放入电场中某点的试探电荷所受的电场力F与它的电荷量q的比值。符号：E。【提问】根据定义，电场强度的定义式和单位各是什么？【提问】能否根据E=Fq，说电场强度与电场力成正比，与电荷量成反比？【讲述】电场强度的物理意义：反映电场强弱的物理量，某点的电场强度数值上等于单位正电荷在该点所受的电场力。【提问】在下图中，不同电性的试探电荷在同一电场中所受电场力的方向有何区别？【提问】电场强度的方向怎样定义呢？【讲述】物理学中规定，电场强度的方向跟正电荷在该点所受的静电力的方向相同。→负电荷在电场中某点受到的电场力的方向跟该点的电场强度方向相反。【讲述】电场强度的两个性质：1.唯一性：电场中某点的电场强度E是唯一的，是由电场本身的特性（形成电场的电荷及空间位置）决定的，与是否放入试探电荷、放入电荷的电性、电荷量的多少均无关。电场中不同的地方，电场强度一般是不同的。2.矢量性：电场强度也描述电场的方向，是矢量，其方向与在该点的正电荷所受电场力的方向相同，与在该点的负电荷所受电场力的方向相反。回顾力学部分的知识，对比并思考。体会试探电荷、场源电荷不同的作用及其特点。结合上一节的知识，思考并作答：同一试探电荷在电场中不同位置受力不同。→电场对电荷的作用力与电荷的位置有关。继续思考作答：不同试探电荷受到的电场力与试探电荷的电量有关。根据试探电荷的特点分析作答：试探电荷与原电场无关，但试探电荷所受电场力与其位置、电荷量有关。所以，不能用电场力来反映电场的性质。思考。结合库仑定律的知识分析作答：在电场中的同一位置，当试探电荷的电荷量变为原来的2倍、3倍时，其所受电场力也变为原来的2倍、3倍。进一步思考并作答：对于电场中的同一点，试探电荷受到的电场力与其电荷量的比值是一定的。理解电场强度的定义。根据定义，分析作答：定义式：E=F单位：牛每库（N/C）思考并作答：比值定义法定义的物理量E，与电场力和电荷量均无关，只等于它们的比值。体会电场强度的物理意义。根据“同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引”判断电场力的方向。对比电流方向的定义方法思考并理解。结合定义电场强度的方法理解电场强度的唯一性。结合力的矢量性及矢量的定义理解电场强度的矢量性。与力学部分的知识加以对比，帮助学生理解场源电荷与试探电荷时间的区别。结合上一节探究实验的情景，在有了场源电荷、试探电荷概念的基础上，通过一系列问题，引导学生认识到，电场力的大小与试探电荷有关，故不能客观反映电场的力的属性。将问题具体化，要引入的物理量不止能反映电场的强弱，而且需要是只与电场自身有关的不变量。进而在上一节库仑定律的基础上创设情境，引导学生发现可以将试探电荷所受电场力与其电荷量的比值作为一个新的物理量引入。以此帮助学生理解电场强度的概念。借由此处的讨论，帮助学生进一步认识用比值定义法定义的物理量所具有的特点，强化学生的物理思维，提高学生分析解决物理问题的能力。在具体情境中分析电场强度的方向，帮助学生加强认知。强调电场强度的性质，为后续的教学做铺垫。环节三点电荷的电场【提问】点电荷是最简单的场源电荷，它激发的电场有什么特点呢？1、点电荷电场的大小怎样计算？提示：这既要用到电场的概念，也要用到上一节学习的库仑定律。E=kQ2、点电荷电场的方向是怎样的？【提问】关于场强的两个公式，有何区别？结合库仑定律、电场强度的概念分析、作答：∵F=kQqr2∴E其中，Q表示场源电荷，r表示电场中点到Q的距离。结合电场方向的定义分析作答：正点电荷形成的电场中，各点电场强度的方向都是沿半径向外的。负点电荷形成的电场中，各点电场强度的方向都是沿半径向内的。思考并作答。结合上一节所学的内容与本节课学习的电场强度的概念，分析点电荷电场的分布规律。一方面便于学生全面掌握知识点，能更顺畅地处理相关问题；另一方面，也能使学生对电场的概念有更加深入的了解，能更加熟练地运用库仑定律解决问题。对比两个场强公式，帮助学生明确不同公式的适用范围，以更加清晰地掌握知识点。环节四电场强度的叠加【提问】如果场源电荷不只是一个点电荷，那么电场强度又是多少呢？提示：电场强度是矢量。→独立性：同一空间内各个场强对电荷的作用互不影响。【提问】电场强度的叠加遵循什么规律？【提问】一个半径为R的均匀带电球体（或球壳）在外部产生的电场是怎样的？根据矢量求和的方法分析电场强度的叠加方式：电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。思考并作答：电场强度的运算遵循平行四边形定则。回顾上一节点电荷的相关知识，并作答：一个半径为R的均匀带电球体（或球壳）在外部产生的电场，与一个位于球心的、电荷量相等的点电荷产生的电场相同。结合力学部分所学的关于矢量运算的知识，引导学生分析电场强度的叠加规律。在已有知识的基础上进行学习，便于学生理解和掌握。结合上一节点电荷的相关知识，帮助学生对电场的分布有更进一步的认识。环节五电场线【提问】电场看不见，摸不着，除了用公式描述电场以外，我们还可以用什么方法形象地了解和描述电场中各点电场强度的大小和方向呢？→法拉第采用了一个简洁的方法来描述电场，那就是电场线。【提问】什么是电场线呢？提示：对照初中学过的磁感线。【提问】常见电场的电场线分布是怎样的？点电荷的电场：等量电荷电场：【提问】我们能直接观察到电场线吗？【提问】怎样能模拟电场线呢？→把奎宁的针状结晶或头发屑悬浮在蓖麻油里，再放入电场中，这时可以发现碎屑按场强的方向排列起来。【播放视频】模拟电场线。【提问】电场线有哪些特点？①同一幅图中可以用电场线的疏密表示电场强度的大小。②在静电场中，电场线从正电荷或无限远出发，终止于负电荷或无限远，是不闭合的曲线。③同一电场的电场线在电场中不相交。④电场线不是实际存在的线，是为了形象地描述电场而假想的线。【提问】根据电场线分布图，等量异种电荷的电场线分有何特点？【提问】由图，在等量异种电荷的电场中，在中垂面(线)上移动试探电荷时，电场力的做功情况是怎样的？【提问】根据电场线分布图，等量同种电荷的电场线分有何特点？【提问】还有没有其它电场呢？它的分布又会有何特点？思考。回顾并作答：电场线是画在电场中的一条条有方向的曲线，曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向。观看图片，并结合前面所学知识点加以理解。对照磁感线的特点，思考并作答：不能，电场线是人为引入的，实际并不存在。观看图片及视频，并思考理解。思考、理解。观察、思考并作答：①两点电荷连线上各点，电场线方向从正电荷指向负电荷。连线上，中点场强最小。②两点电荷连线的中垂面(中垂线)上，场强方向均相同，且总与中垂面(线)垂直。在中垂线上到O点等距离处各点的场强相等，中点场强最大。③在中垂面(线)上的电荷受到的电场力的方向总与中垂面(线)垂直，因此，在中垂面(线)上移动电荷时电场力不做功。观察、思考并作答：①两点电荷连线中点O处场强为零，此处无电场线。②中点O附近的电场线非常稀疏，但场强并不为零。③两点电荷连线中垂面(中垂线上)，场强方向总沿面(线)远离O(等量正电荷)。④在中垂面(线)上从O点到无穷远，电场线先变密后变疏，即场强先变强后变弱。观察图片并与前面所学的几种电场的电场线分布对比理解。。与初中学过的知识相结合，特别是学生在实验室条件下更容易观测到磁场的分布，更容易感受磁感线的分布规律，这有利于学生理解新的电场线概念。明确最常见的电场线分布图，便于学生对比、掌握。对照模拟磁感线的方法模拟电场线，让学生更直观感受电场的分布规律。明确电场线的特点，与后续磁感线特点的教学相呼应，以便学生对比理解并记忆。引导学生观察等量异种电荷、等量同种电荷的电场线分布特点，并总结规律，提升学生观察能力、分析能力、知识的应用能力。提及电场力的做功问题，引导学生做简单的分析，为下一章探讨电场的能量属性做铺垫。环节六匀强电场【提问】前面的各种电场的电场线分布都是曲线或不平行的直线。有没有电场线分布是平行直线的电场呢？→匀强电场：各点电场强度的大小相等、方向相同的电场。→匀强电场的电场线：间隔相等的平行直线。→匀强电场的实例：相距很近带有等量异种电荷的一对平行金属板间的电场(忽略边缘)可以看做匀