1、人教版高中物理电场 电场强度教学案例设计电场 电场强度教学案例设计【教材分析】本节课引入了反映电场强弱及特点的物理量电场强度，这是学生第一次接触用物理量描述感官无法感知但实在存在的物质。电场、电场强度是电学中最基本的概念，学好这两个概念是进一步学习电场力做功、电势差、电势能、电流的形成等一系列概念的知识基础。同时，这节课内容十分抽象，学生较难理解，教学过程中采用了类比法，有助于培养学生的抽象思维和逻辑推理能力，为今后学习电势差、电容等比值定义的物理量打好基础，同时也培养了学生研究未知物质的能力。【学生分析】电场的概念比较抽象，电场强度是一个用比值定义的物理量，尽管用比值法定义物理量学生已经接触
2、过，但学生的抽象思维能力总体较差，对电场又缺乏感性认识，要从F/q这个比值理解它的物理意义、并进而认识其代表一个新的物理量存在着较大的思维台阶。因此本节课的其中一个难点是引导学生建立电场强度的概念。【教学目标】1、 知识与技能1） 知道电荷间的相互作用是通过电场发生的，知道电场是客观存在的一种特殊物质形态2） 理解电场强度的概念及其定义，会根据电场强度的定义进行有关的计算，知道电场强度是矢量，知道电场强度的方向是怎样规定的3） 能根据库仑定律和电场强度的定义推导点电荷场强的计算式，并能用此公式进行有关的计算4） 知道电场的叠加原理，并应用这个原理进行简单的计算2、 过程与方法本节课通过设疑、探
3、究的逻辑推理过程，使学生在讨论、探究中学习了解未知事物的一般方法。即借助一些媒介物（试探电荷），把不能直接把握的现象（电场强弱）表现出来，通过类比的手段将抽象的概念形象化。3、 态度情感与价值观通过对场的概念的学习，知道自然界有两种物质实物粒子和场，提高对客观世界的认识层次；培养参与讨论，与人交流的意识。【重点难点】本节课的教学重点是电场的概念、电场强度的定义、电场的叠加原理、点电荷的场强公式。教学的难点是电场的物质性和电场强度概念的建立。【设计思想】本节课以解决问题的方式，通过设问、探究、思考讨论，从认识场的物质属性、场的强弱描述、真空中点电荷周围的电场到复杂场的研究，层层深入。使学生在解决
4、问题的过程中掌握研究未知世界的一般处理方法。【教学过程】一、复习回顾师：什么是点电荷？生：点电荷是大小和形状可忽略的带电体。师：库仑定律的内容是什么？生：真空中两个点电荷之间的相互作用的电力，跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。二、新课教学师：力的作用是两物体的相互影响，两个电荷没有接触，它们之间的相互作用是如何发生的？学生讨论师：（结合学生的讨论）对这个问题，历史上曾有过两种不同的观点。在法拉第之前人们认为电荷间的相互作用是隔着一定空间直接给予的，是超距作用。19世纪30年代，英国物理学家法拉第提出“场”的概念，认为电荷之间通过电场作为媒介发生
5、相互作用。现代科学理论和实践证明，电荷周围存在电场，虽然我们感观不到，但是它是电荷周围客观存在的一种特殊物质。电荷间的相互作用通过电场这种物质发生，电场传递“力”。你能不能用“场”的观点来表达电荷A、B间的作用力是如何发生的呢？学生个别回答：电荷A对B的作用，是A周围的电场对B有力的作用；B对A的作用，是B周围的电场对A有力的作用。电荷A电荷B电 场师：回答的很好。电荷A的存在，在其周围存在由A产生的电场，对放在电场内部的另一电荷B有力的作用；同样，电荷B周围存在属于B的电场，对放在电场内部的电荷A有力的作用。由此可见，电场具有这样的基本性质：对放入其中的电荷有力的作用。电荷A对B的作用，实质
6、上是电荷A的电场对B的作用；电荷B对A的作用，实质是B的电场对A的作用。由法拉第“场”的理论可知，一个带电体Q在空间的位置固定，其产生的电场也随之确定。电场看不见，摸不着，没味道，对于这样一个未知的感观无法感知的量，我们如何研究它？生：（讨论后得出）通过与它有关的现象进行研究。（将抽象转变为形象）师：这是物理学中常用的研究方法。电场的性质是对放入其中的电荷有力的作用，因此电场肯定与放入内部的电荷的受力有关，我们把放入电场中的电荷叫试探电荷，用它来研究电场的性质。就目前大家对电场的了解，你觉得对试探电荷有什么要求？为什么？生（讨论两分钟）：首先，带电量要求足够小，试探电荷的电荷量太大，它产生的电
7、场会影响要研究的电场的分布，导致研究失去意义。另外，体积要求足够小，我们要研究电场中每个位置的情况，必须放入点电荷研究，试探电荷不能占据一定的空间范围。师：我们知道电荷周围存在电场，不难理解电场这种物质有强弱，最好能找到一个物理量来定量描述电场的强弱。你觉得这个物理量应具备哪些特点呢？生（教师引导后回答）：在电场中的某一位置，这个量是定值；不同位置，值不同，电场强的地方值比较大。师：接下来我们就通过试探电荷在电场中的受力情况来找出这个物理量。录像片断展示（干燥的室内拍的研究库仑力大小的片断）师：我们必须明确要研究的是普通带电体Q产生的电场，关心的是试探电荷q在距Q不同位置的受力情况。实验表明，
8、同一试探电荷在离Q近的地方受到的电场力大，远的地方受到的电场力小。那么能否用电场力的大小表示电场的强弱呢？以体积相同的铁、铅、木球的密度做类比电场强弱与密度的类比电场强弱同一试探电荷q不同位置受力F大电场强密度同一实心体积V不同物质质量m大密度大师：质量大的小球是否密度大？ 生：不是，密度是物质的固有属性，与质量大小无关。师：那么类比过来，受到的电场力F大的位置是否电场强？生：（较迟疑）不是。师：我们确信，不能用电场力的大小表示电场的强弱。因为在电场中的某一确定位置，不同电荷受到的电场力大小不同。实验表明，在电场中的同一位置，比值F/q是恒定的，在电场中的不同位置，比值一般是不同的。F/q大的
9、地方，相同电荷受到的电场力大，说明电场强。可以和密度做类比，同一材料物质的实心物体，密度是一定的。不同材料物质的实心物体，密度一般是不同的。m/V 反映单位体积所含物质多少的性质密度，F/q反映单位电荷受到的电场力的性质电场的强弱。我们把放入电场中某点的电荷所受的电场力F跟它的电量q的比值，叫做该点的电场强度。简称场强。定义式为：E=F/q 。单位：1N/C=1V/m师：对于一般的电场，不难理解电场这种物质有强弱和方向，以点电荷产生的电场为例，（画图）试探电荷（带正电）在不同位置受力大小、方向不一样；距点电荷相同距离处，受力方向不同。因此电场强度除了描述电场强弱外，还应描述电场的方向。那么，电
10、场强度的方向如何确定呢？生：（此刻很好奇）师：对空间某位置，真实的电场方向我们不知道，总共只能放入正、负两种电荷感受，这样就存在两个受力方向，规定正电荷的受力方向为该点电场的方向，即场强方向，与负电荷在此受力方向相反。由以上分析可知，电场强度是描述电场强弱和方向的物理量，它反映了电场力的性质，与放入的电荷无关，由电场本身决定；若知道某点场强E，任意电荷q的受力为F=Eq。师：知道了场强的定义，你能确定点电荷Q周围的场强吗？学生上台推导：利用电场强度的定义在P位置放入试探电荷q据库仑定律 可得（下来）师：不要忘了电场强度是矢量。生：方向沿所求点与点电荷Q的连线，若Q是正电荷则背离Q，若是负电荷则
11、指向Q。师：现在我们已经学习了场强的两个计算式，请大家来比较 和两个式子。学生个别回答后教师总结：适用范围不同，是场强定义式，适用于任何电场；只适用于点电荷产生的电场；中的q是试探电荷；中的Q是产生电场的场源电荷。（以例题为契机，学习场强叠加原理）师：下面我们来看这道题例题：如图，真空中有两个点电荷和，它们相距0.1m，A点与两点电荷的距离相等，r=0.1m，求电场中A点的场强。学生上台求解：A点的场强由Q1、Q2共同决定，根据场强的定义，只要在A位置放入一试探电荷q，用它受到的电场力与电荷量的比值可以确定A点的场强。Q在A位置分别受到Q1、Q2的库仑力，按平行四边形定则矢量合成即为F。 方向
12、为力F的方向。师：以上分析的非常好。下面我们从另一个角度来看这个问题。Q1、Q2单独存在时的场强已能计算，同时存在与单独存在时发生了哪些变化？对于原来存在的确定的电场，另外加入一个带电体以后，会影响原来的电场分布，电荷在带电体中重新分布（带电体为点电荷则不用考虑），产生一个新的电场，是两个电场叠加以后的结果，如何计算？生：可以用矢量运算的平行四边形定则求合电场的场强。先确定Q1、Q2在A点的场强方向， 方向与Q1、Q2的连线平行指向Q2师：两个答案完全一致，可见可以用矢量合成的法则求解复杂场的场强，这就是场强叠加原理，即合电场的场强E合是以E1、E2为邻边的平行四边形的对角线。合场强遵循平行四
13、边形定则。三、小结1电场的物质性2电场强度的定义，定义式，方向规定，单位，意义3点电荷电场强度：，方向4与E=F/q的区别5电场强度的叠加原理课后思考：今天我们运用比值法研究了电场，并且定义了电场强度的概念，其实在物理学中常用比值法来描述研究对象的性质，在我们以前学过的物理量中，哪些是描述研究对象的性质的物理量，它们是如何用比值法定义的？在以后的学习中，我们将接触许多新的物理量，请同学们关注描述研究对象性质的物理量是如何定义的。【教学后记】1、教材是通过对点电荷的研究来引入电场强度这个物理量的，发现学生后来在区分E=F/q和时易把这两个公式混淆起来。而且对电场强度这个概念显得模糊不清。本节课本
14、人在处理时，利用一般的带电体产生的电场研究，先强调一个带电体在空间的位置固定，其产生的电场也随之确定，与q无关。再强调描述电场性质的量应具备的特点：在电场中的某一位置，其是定值，不同位置、值不同，强的地方值大。这样在得出电场强度由电场本身决定这个结论时就很自然了。2、在电场强度的方向规定时，是这样引入的：对空间某位置，总共只能放入正负两种电荷感受，存在两个受力方向，规定正电荷受力方向为正，不但确定了电场强度的方向，而且在潜移默化中使学生建立了研究电场的一般思路，即根据电场力的性质，在电场中引入试探电荷，根据其受力研究。3、在处理场强叠加时，通过分析揭示叠加原理的实质：对于原来存在的确定的电场，另外加入一个带电体后，会影响原来的电场分布，实质是导致电荷在带电体中重新分布，产生一个新的电场。使学生在设疑、探究中很好地掌握电场、电场强度的本质。
