人教高中物理必修第三冊《3 電場 電場強度》優質課公開課教案

電場 電場強度

【教學目標】

一、知識與技能https://www.renjiaoshe.com/jiaocai/2060.html

1.粗略了解物理學史上對電荷間相互作用力的認識過程。

2.知道電荷間的相互作用是通過電場發生的，電場是客觀存在的。

3.理解電場強度的概念及其定義，會根據電場強度的定義進行有關的計算。知道電場強度是矢量，知道電場強度的方向是怎樣規定的。

4.能根據庫侖定律和電場強度的定義推導點電荷場強的計算式，並能用此公式進行有關的計算。

5.知道場強的疊加原理，並能應用這一原理進行簡單的計算。

6.知道常見幾種的電場線的特點。

二、過程與方法

1.經歷「探究描述電場強弱的物理量」的過程，獲得探究活動的體驗。

2.領略通過電荷在電場中所受靜電力研究電場、理想模型法、比值法、類比法等物理學研究方法。

三、情感態度與價值觀

1.體驗探究物理規律的艱辛與喜悅。

2.學習科學家嚴謹科學的態度。

【教學重點】

1.探究描述電場強弱的物理量。

2.理解電場、電場強度的概念，並會根據電場強度的定義進行有關的計算。

【教學難點】

探究描述電場強弱的物理量。

【教學過程】

一、複習提問、新課導入

教師：上一節課我們學習了庫侖定律，請同學們回憶一下：庫侖定律的內容是什麼？

學生回答：略

教師：我們不免會產生這樣的疑問：

投影展示問題1：真空中？它們之間相隔一定的距離，又沒有直接接觸，這種相互作用是如何產生的呢？能不能通過離開地面的物體仍受到重力得到啟示？

投影展示「探究影響電荷間相互作用力的因素」。

教師：這幅圖大家不陌生，那麼相同的小球在不同的位置所受作用力不一樣，說明了什麼？

學生回答：庫侖力的大小與距離有關。

教師：其本質原因又是什麼呢？

教師：帶著這兩個疑問，本節課我們一齊來學習《電場 電場強度》。（板書課題）

二、新課教學

（一）電場

教師：請同學們帶著這三個問題來自學「電場」內容，討論並回答以下問題。

（1）電荷間的相互作用是如何發生的？這一觀點是誰提出來的？

（2）請用自己的語言描述一下什麼是電場？你能描述一下電場具有什麼樣的特點嗎？

（3）電場有什麼本領？

學生自學活動一：

學生回答：（1）略； （2）略；

教師啟發引導：場是「物質」──它和分子、原子組成的實物一樣，是一種客觀存在。電視機、收音機信號的發射與接受就是電磁場在空間的傳播；「特殊」──看不見、摸不著；「存在於電荷周圍」並板書。

（電場是）存在於電荷周圍的一種特殊的物質。

教師：場與實物是物質存在的兩種不同形式。

（3）學生回答：對放入其中的電荷有靜電力的作用，電荷間的相互作用是通過電場實現的。如圖：

（二）科學探究描述電場強弱的方法

教師：下面我們再來探討：

①相同的小球在不同的位置所受作用力不一樣，其本質原因是什麼呢？（對照「探究影響電荷間相互作用力的因素」圖片說明）

學生回答：電場強弱不同。

②那麼如何來描述電場的強弱呢？

教師啟發：像速度、密度等尋找一個物理量來表示。

③如何來研究電場？（學生思考）

教師啟發引導：電場的本領是對場中的其他電荷具有作用力，這也是電場的最明顯、最基本的特徵之一。因此在研究電場的性質時，我們可以從靜電力入手。（板書研究方法）

教師：對於像電場這樣，看不見，摸不到，但又客觀存在的物質，可以根據它表現出來的性質來研究它，這是物理學中常用的研究方法。

教師：還需要什麼？

學生回答：電場及放入其中的電荷。https://www.shimengyuan.com/

教師簡述：

①「探究影響電荷間相互作用力的因素」中的試探電荷；

②場源電荷。

師生共析對試探電荷的要求。

教師：下面請同學們仔細觀察模擬實驗的動畫演示，並描述你看到的現象說明了什麼：

①不同位置偏角不同；

②增加試探電荷帶電量偏角均增加。

學生回答：不同位置受力不同；同一位置試探電荷帶電量增加，受力增大，但不同位置受力大小關係不變。

教師：下面我們再通過表格定量地來看一看：

將表格填完整，並分析、比較表格中的數據有什麼特點和規律，看你能否得出如何來描述電場的強弱。多媒體展示表格，學生回答後依次填入：①F1、F2、F3及F1＜F2＜F3；②2F1、3F1、4F1、nF1等。

學生活動二：

表一：（P1位置）

表二：（P2位置）

表三：（P3位置）

（學生思考並交流討論）學生回答：

（1）不同的電荷，即使在電場中的同一點，所受靜電力也不同，因而不能直接用試探電荷所受的靜電力來表示電場的強弱；

（2）電場中同一點，比值F/q是恆定的，與試探電荷的電荷量無關；（同一張表格）

（3）在電場中不同位置比值F/q不同。（三張表格比較）

（4）離源電荷近的位置比值F/q較大。

師生共同小結：比值由電荷q在電場中的位置決定，與電荷q的電荷量大小無關，它才是反映電場性質的物理量。

教師：在物理學中我們定義放入電場中某點的電荷所受的靜電力F跟它的電荷量q的比值，叫做該點的電場強度。並板書。

（三）電場強度

1.定義：

教師：以前我們還學過哪些物理量是用比值法來定義的？

學生回答：略。

教師：從它的定義，電場強度的單位是什麼？

學生回答：N/C

介紹另一種單位並板書。

2.單位：N/C或V/m，1N/C＝1V/m

教師結合板畫：在電場中不同位置，同種電荷受力方向不同，說明場強是矢量還是標量？

學生（集體）回答：矢量

3.勻強電場

（1）定義：如果電場中各點電場強度的大小相等、方向相同，這個電場就叫做勻強電場。

（2）特點：①電場方向處處相同。②場強大小處處相等。

（四）點電荷的電場 電場強度的疊加

教師結合板畫：電場中同一點放入正電荷和負電荷受力方向不同，如何確定場強的方向呢？

教師：在物理學中作出了這樣的規定。（板書）

方向：電場中某點電場強度的方向跟正電荷在該點所受靜電力的方向相同。

教師：按照這個規定，如果放入電場中的是負電荷呢？

學生回答：與負電荷在電場中某點所受靜電力的方向相反。

投影練習：

練習1（加深對場強的理解，探討點電荷的場強大小與方向）

點電荷是最簡單的場源電荷。設一個點電荷的電荷量為+Q，與之相距為r的A點放一試探電荷，所帶電荷量為+q。

（1）試用所學的知識推導A點的場強的大小，並確定場強的方向；

（2）若所放試探電荷為-2q，結果如何？

（3）如果移走所放的試探電荷呢？

（請兩位同學板演前兩問後，共同完成第三問）

師生共同歸納總結：

1.點電荷電場的場強大小與方向。（多媒體動畫演示方向的確定方法）

2.電場強度是描述電場（力的）性質的物理量，在靜電場中，它不隨時間改變。電場中某點的場強完全由電場本身決定，與是否放入電荷，放入電荷的電荷量、電性無關！

練習2（探討場強的疊加，鞏固對場強的理解及公式的靈活運用，加強計算能力培養）

如圖所示，真空中有兩個點電荷Q1＝+3.0×10-8C和Q2＝－3.0×10-8C，它們相距0.1m，A點與兩個點電荷的距離r相等，r＝0.1m。求：

（1）電場中A點的場強；

（2）在A點放入電量q＝－1×10-6C，求它受的電場力。

教師：題中場源電荷不止一個，如何來確定電場中某點的場強？

學生：平行四邊形定則

（請兩位同學板演）

教師：根據場強的疊加原理對於一個比較大的不能看成點電荷的帶電物體產生電場的場強如何確定？

學生思考後回答：無限等分成若干個點電荷。

教師：根據以上方法，同學們設想一下一個半徑為R的均勻帶電球體（或球殼）外部產生電場的場強，如何求解？

學生思考後回答：等效成電荷量集中於球心的點電荷。

（五）電場線

1.電場線的概念：電場線是畫在電場中的一條條有方向的曲線，曲線上每點的切線方向表示該點的電場強度方向，電場線不是實際存在的線，而是為了形象描述電場而假想的線

2.展示幾種常見的電場線

三、小結

通過本節課的學習，我們知道電荷間的相互作用是通過電場發生的，電場是存在於電荷周圍的一種特殊的物質，它最基本的特徵是對放入其中的電荷具有力的作用。正是利用電場的這一特性，我們通過研究試探電荷的所受靜電力特點，引入了描述電場強弱的物理量──電場強度。電場強度是用比值法定義的，它是矢量，有方向。

電場、電場強度的概念是電學中最重要的概念之一，它的研究方法和定義方法也是物理學中比較常見的方法。