愛華網(wǎng)§1.3 電場強度
一、教材分析及學情分析
【教材分析】
本章具有概念多，綜合知識性強，概念比較抽象等特點。電場強度是“靜電場”這一章中的重要概念概念之一，在高中物理中也占有十分重要的地位，是本節(jié)教學的重點也是難點。電場強度的概念比較抽象是學生較難理解的概念之一。電場強度的概念與后面將要學習的“電勢能”、“電功”、“電勢”、“電勢差”等概念聯(lián)系密切。比值定義法的思想對后面的“電勢”、“電勢差”等概念的學習都有及大的幫助。
電場強度的概念點、電荷的電場及場強疊加原理，這幾個重要的知識點都可充分調(diào)動學生科學的探究的積極性，探究尋找描述電場的物理量，探討點電荷的電場。要讓學生親歷科學探究的過程，體會探究成功的樂趣。同時要讓學生弄清建立概念的背景，把抽象的概念形象化便于學生理解。
根據(jù)課程標準的要求，本章以研究電場為核心內(nèi)容。在認識和使用示波器的過程中，創(chuàng)設(shè)學習電場的情景，激發(fā)學生探究電場的興趣，引導學生從力的角度探究電場的性質(zhì)，更好的認識電場，為后面的學習做好知識準備。
物理知識的學習，是在已有的基礎(chǔ)知識不斷加深、不斷擴展的學習過程，本節(jié)教材通過觀察電子束在偏轉(zhuǎn)電極間發(fā)生偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，初步對電荷在電場中受力產(chǎn)生直接認識，庫侖定律很自然的應(yīng)用對認識電場力的性質(zhì)提供理論幫助。
教材中對電場這一種特殊物質(zhì)做出定量描述，引入試探電荷這一理想化模型對研究電場性質(zhì)和規(guī)律提供了幫助。
目前學生分析和探究問題的意識不是很強，尤其理論層面的分析，觀察（或分析）現(xiàn)象、指出問題和指明方法需要合作才能得以實現(xiàn)。電場的性質(zhì)的認識反映在場源電荷Q，試探電荷q，空間位置r上，多個變量的討論在研究物理規(guī)律中比較多，也比較典型。給予學生必要、恰當?shù)囊龑В〉胶锰幍闹该饔懻摰姆较颍潜竟?jié)課的關(guān)鍵。學生的認識要不斷加深，有關(guān)規(guī)律的描述，條理要清，關(guān)系要明。這既是一種方法，也是一種態(tài)度。
【學情分析】
本章概念抽象性比較強，前后聯(lián)系密切，學生通過一次學習理解透徹較難。本節(jié)課可讓學生初步認識到電場強度是描述電場的物理量，是反映電場本質(zhì)屬性的物理量。體會探究過程。通過一段時間的學習逐步深化對電場強度概念的理解。
學生在新課程學習中，已初步領(lǐng)會探究的主要環(huán)節(jié)和方法，也已形成合作、交流的良好習慣。在教學中適時的引導和幫助對學生建立信心很有必要，體會合作學習帶來的快樂，要讓學生的成就感在學習過程中體現(xiàn)出來。
二、設(shè)計思路
教材通過與學生一起重視物理規(guī)律發(fā)現(xiàn)和物理概念形成的過程，以體驗科學研究方法，開拓學生視野，提高學生素養(yǎng)，并分享科學探究的艱辛與快樂；具體的處理方式是，定性分析實驗得出影響電場力大小的因素，再半定量地給出電場強度的比值定義式。對于看不見摸不著的電場來說，我們并沒有直接研究電場強度，而是通過電場的基本性質(zhì)――對放入其中的電荷產(chǎn)生力的作用，半定量研究不同位置的電場力的大小，這是一種研究的轉(zhuǎn)換思想。這個半定量的研究方法是什么？如何操作才能半定量得出？教材并沒有具體給出演示實驗或相關(guān)說明。根據(jù)新課程改革的精神，結(jié)合學校儀器設(shè)備的實際情況，我們設(shè)想和學生一起完成一個較為完整的探究實驗過程：先用實驗定性探討影響電場力大小的因素，以此為基礎(chǔ)確定影響電場力大小的相關(guān)物理量，并猜想電場力與相關(guān)量的具體數(shù)學關(guān)系．
新課程改革要求改變以往過于注重知識傳授的狀況，改變學生知識的獲得全部通過教師的一言堂的灌輸，而要注重課堂的互動，注重學生獲得知識的過程，使學生獲得基礎(chǔ)知識與基本技能的過程中，也成為學會學習和形成正確價值觀的過程，成為培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和實踐能力的過程，實現(xiàn)學生的終身發(fā)展．新課程改革要求健全學生人格，幫助學生樹立終身學習的愿望并具備一定的學習能力，就必須努力使課堂學習成為全面培養(yǎng)學生素質(zhì)的過程．對于本節(jié)課希望能在新課標的指導下作出一些有效的嘗試．
本節(jié)以“電荷間相互作用如何發(fā)生”為探究的開始，以“如何描述電場的強弱”為主要探究問題，以“點電荷的電場及場強疊加原理”為具體應(yīng)用，具體操作思路是：
1．教師指導學生閱讀“法拉第和場的概念”，培養(yǎng)學生閱讀、汲取信息的能力；初步了解場的概念。
2．通過實驗模擬和定量分析的方法探究描述電場強弱的物理量。
3．通過練習鞏固加深對電場強度概念的理解，探討點電荷的電場及場強疊加原理。
三、、教學目標
1．知識與技能
（1）知道電荷間的相互作用是通過電場發(fā)生的，知道電場是一種特殊的物質(zhì)形態(tài)；
?。?）理解和掌握電場力與電場強度和試探電荷的電荷量的關(guān)系；
?。?）處理多個變量時，初步掌握控制變量法的技能；
（4）體會比值定義法的物理量的含義；
?。?）推導并掌握點電荷的場強公式，知道電場的疊加原理，會進行簡單計算．
2．過程與方法
?。?）通過設(shè)置問題啟發(fā)學生思考，使學生初步掌握研究抽象物理量的思維方法；
?。?）通過組織探究和驗證實驗過程，訓練學生觀察與總結(jié)的能力，運用數(shù)學的控制變量法和比值定義法處理物理問題的方法；
?。?）在電場強弱的描述中體會探究過程，體會“比值定義”的方法，體會“求異法”的思想，了解借助一些媒介物（試探電荷），把不能直接把握的現(xiàn)象（電場強弱）暴露出來的研究方法．
（4）讓學生親身經(jīng)歷科學規(guī)律探究過程，認識探究意義、嘗試探究方法、培養(yǎng)探究能力和創(chuàng)新精神；
3．情感、態(tài)度與價值觀
?。?）通過對場的概念學習，知道自然界有兩種物質(zhì)－－實物粒子和場，提高對客觀世界的認識層次；
（2）通過探究和驗證等活動，培養(yǎng)學生與人交流的合作精神，以及關(guān)注社會、積極參與的意識；
?。?）通過領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，增強學生對科學的好奇心與求知欲，使學生樂于探究自然界的奧秘，初步體會物理學中的和諧美與統(tǒng)一美；
?。?）通過看不見、摸不著的特殊物質(zhì)存在所體現(xiàn)出的特點，將抽象的問題變成直觀可以研究的問題；
?。?）通過探究培養(yǎng)學生實事求是、精益求精、鍥而不舍的探索精神．
四、教學重點和難點
【教學重點】
1．探究思想、探究過程、探究方法的滲透；
2．電場強度的定義式的獲得過程；
3．矢量疊加原理的進一步深化．
【教學難點】
1．將學生的學習方式由被動接受轉(zhuǎn)變味主動而有方向和目的的探究；
2．半定量研究與驗證電場強度的大小時的思想；
3．將抽象的概念和公式通過比值定義法、試探法、控制變連法研究的思路．
五、教學方法和教學用具
【教學方法】
采用探究式教學，通過定性與半定量的研究科學規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程，觀察并概括實驗現(xiàn)象提出假說和猜想，涉及半定量實驗以驗證假說和猜想，輔助計算機多媒體教學動畫課件將實驗進一步具體和清晰化，初步發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律．
【教學用具】
PowerPoint課件，直尺，感應(yīng)起電機，金屬箔小球
六、教學過程設(shè)計
（一）引入新課
問題引入：電荷間的相互作用力是怎樣產(chǎn)生的？
上一堂課我們學習了庫侖定律，下面請一個同學簡單描述一下這個定律的內(nèi)容。
學生描述:(……)
【問題】下列的幾種力，哪些力需要接觸才能發(fā)生，哪些力不需要接觸就能發(fā)生？
A、彈力B、磁力C、摩擦力D、萬有引力E、靜電力
學生結(jié)論:彈力、摩擦力是接觸力，其余的是非接觸力。
（二）新課教學
第3節(jié) 電場 電場強度
1、電場：
啟發(fā)學生從哲學角度認識電場，理解電場的客觀存在性，不以人的意識為轉(zhuǎn)移，但能為人的意識所認識的物質(zhì)屬性．
利用課本圖說明：電荷A和B是怎樣通過電場與其他電荷發(fā)生作用．電荷A對電荷B的作用，實際上是電荷A的電場對電荷B的作用；電荷B對電荷A的作用，實際上是電荷B的電場對電荷A的作用．
?。?）電荷之間的相互作用是通過特殊形式的物質(zhì)——電場發(fā)生的，電荷的周圍都存在電場.
特殊性：不同于生活中常見的物質(zhì)，看不見，摸不著，無法稱量，可以疊加.
物質(zhì)性：是客觀存在的，具有物質(zhì)的基本屬性——質(zhì)量和能量.
（2）基本性質(zhì)：主要表現(xiàn)在以下幾方面
?、僖腚妶鲋械娜魏螏щ婓w都將受到電場力的作用，且同一點電荷在電場中不同點處受到的電場力的大小或方向都可能不一樣.
②電場能使引入其中的導體產(chǎn)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象.
?、郛攷щ婓w在電場中移動時，電場力將對帶電體做功，這表示電場具有能量.
可見，電場具有力和能的特征
提出問題：同一電荷q在電場中不同點受到的電場力的方向和大小一般不同，這是什么因素造成的？引出電場強度的概念：因為電場具有方向性以及各點強弱不同，所以靠成同一電荷q在電場中不同點受到的電場力的方向和大小不同，我們用電場強度來表示電場的強弱和方向．
2、電場強度(E)：
由圖1.2-1可知帶電金屬球周圍存在電場。且從小球受力情況可知，電場的強弱與小球帶電和位置有關(guān)。引出試探電荷和場源電荷
?。?）關(guān)于試探電荷和場源電荷
注意：檢驗電荷是一種理想化模型，它是電量很小的點電荷，將其放入電場后對原電場強度無影響
指出：雖然可用同一電荷q在電場中各點所受電場力F的大小來比較各點的電場強弱，但是電場力F的大小還和電荷q的電量有關(guān)，所以不能直接用電場力的大小表示電場的強弱．實驗表明：在電場中的同一點，電場力F與電荷電量q成正比，比值F/q由電荷q在電場中的位置所決定，跟電荷電量無關(guān)，是反映電場性質(zhì)的物理量，所以我們用這個比值F/q來表示電場的強弱．
?。?）電場強度
?、?u>定義：電場中某一點的電荷受到的電場力F跟它的電荷量q的比值，叫做該點的電場強度，簡稱場強．用E表示。
公式（大?。篍=F/q（適用于所有電場）
單位：N/C意義P11
提出問題：電場強度是矢量，怎樣表示電場的方向呢？
?、?u>方向性：物理學中規(guī)定，電場中某點的場強方向跟正電荷在該點所受的電場力的方向相同．
指出：負電荷在電場中某點所受的電場力的方向跟該點的場強方向相反．
帶領(lǐng)學生討論真空中點電荷周圍的電場，說明研究方法：將檢驗電荷放入點電荷周圍的電場中某點，判斷其所受的電場力的大小和方向，從而得出該點場強．．
唯一性和固定性
電場中某一點處的電場強度E是唯一的，它的大小和方向與放入該點電荷q無關(guān)，它決定于電場的源電荷及空間位置，電場中每一點對應(yīng)著的電場強度與是否放入電荷無關(guān).
帶領(lǐng)學生總結(jié)出真空中點電荷周圍電場的大小和方向．在此過程中注意引導學生總結(jié)公式E=F/q和E=kQ/r2的區(qū)別及聯(lián)系．
3、（真空中）點電荷周圍的電場、電場強度的疊加
（1）點電荷周圍的電場
①大?。篍=kQ/r2（只適用于點電荷的電場）
②方向：如果是正電荷，E的方向就是沿著PQ的連線并背離Q；如果是負電荷：E的方向就是沿著PQ的連線并指向Q．
說明：公式E=kQ/r2中的Q是場源電荷的電量，r是場中某點到場源電荷的距離．從而使學生理解：空間某點的場強是由產(chǎn)生電場的場源電荷和該點距場源電荷的距離決定的，與檢驗電荷無關(guān)．
提出問題：如果空間中有幾個點電荷同時存在，此時各點的場強是怎樣的呢？帶領(lǐng)學生由檢驗電荷所受電場力具有的疊加性，分析出電場的疊加原理．
?。?）電場強度的疊加原理：某點的場強等于該點周圍各個電荷單獨存在時在該點產(chǎn)生的場強的矢量和．
先分析方法后舉例：先在同一直線再不在同一直線。
例如：課本圖中P點的場強，等于＋Q1在該點產(chǎn)生的場強E1和Q2在該點產(chǎn)生的場強E2的矢量和．從而使學生進一步理解到，任何帶電體都可以看做是有許多點電荷組成的．利用點電荷場強的計算公式及疊加原理就可以計算出其周圍各點場強．
【例題】在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，求電場中A點的場強．A點與兩個點電荷的距離相等，r=0.1m
分析：點電荷Q1和Q2的電場在A點的場強分別為E1和E2，它們大小相等，方向如圖所示，合場強E在E1和E2的夾角的平分線上，此平分線跟Q1和Q2的連線平行．
解：E=E1cos60°＋E2cos60°=2E1cos60°=2kQ1cos60°/r2代入數(shù)值得E=2.7×104N/C
可以證明：一個半徑為R的均勻球體（或球殼）在外部產(chǎn)生的電場，與一個位于球心的、電荷量相等的點電荷產(chǎn)生的電場相同，球外各點和電場強度一樣，即：E=kQ/r2
4、電場線
?。?）電場線：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的方向。
?。?）電場線的基本性質(zhì)
?、匐妶鼍€上每點的切線方向就是該點電場強度的方向.
?、陔妶鼍€的疏密反映電場強度的大小(疏弱密強).
?、垤o電場中電場線始于正電荷或無窮遠，止于負電荷或無窮遠.它不封閉，也不在無電荷處中斷.
④任意兩條電場線不會在無電荷處相交(包括相切)
?、菅刂妶鼍€電勢逐漸降低
【演示】模擬電場線，介紹各種點電荷電場線的分布情況。
指出：電場線是為了形象描述電場而引入的，電場線不是實際存在的線。
5、勻強電場
(1)定義：電場中各點場強的大小相等、方向相同的電場就叫勻強電場.
(2)勻強電場的電場線：是一組疏密程度相同(等間距)的平行直線.例如，兩等大、正對且?guī)У攘慨惙N電荷的平行金屬板間的電場中，除邊緣附近外，就是勻強電場.
常見電場的電場線
（三）◎鞏固練習
1．下列說法中正確的是：[ABC ]
A．只要有電荷存在，電荷周圍就一定存在著電場
B．電場是一種物質(zhì)，它與其他物質(zhì)一樣，是不依賴我們的感覺而客觀存在的東西
C．電荷間的相互作用是通過電場而產(chǎn)生的，電場最基本的性質(zhì)是對處在它里面的電荷有力的作用
2．下列說法中正確的是：[BC ]
A．電場強度反映了電場的力的性質(zhì)，因此場中某點的場強與檢驗電荷在該點所受的電場力成正比
B．電場中某點的場強等于F/q，但與檢驗電荷的受力大小及帶電量無關(guān)
C．電場中某點的場強方向即檢驗電荷在該點的受力方向
D．公式E=F/q和E=kQ/r2對于任何靜電場都是適用的
3．下列說法中正確的是：[ACD ]
A．場強的定義式E=F/q中，F(xiàn)是放入電場中的電荷所受的力，q是放入電場中的電荷的電量
B．場強的定義式E=F/q中，F(xiàn)是放入電場中的電荷所受的力，q是產(chǎn)生電場的電荷的電量
C．在庫侖定律的表達式F=kq1q2/r2中kq2/r2是電荷q2產(chǎn)生的電場在點電荷q1處的場強大小，此場對q1作用的電場力F=q1×kq2/r2，同樣kq1/r2是電荷q1產(chǎn)生的電場在點電荷q2處的場強的大小，此場對q2作用的電場力F=q2×kq1/r2
D．無論定義式E=F/q中的q值(不為零)如何變化，在電場中的同一點，F(xiàn)與q的比值始終不變
4．討論電場力與電場強度的區(qū)別于聯(lián)系
（四）課堂小結(jié)
1．對比法推知電場的存在，比值法定義電場的強度。
2．電荷間相互作用形式與本質(zhì)之區(qū)別
（l）形式上：電荷對電荷的作用——非接觸力。
（2）本質(zhì)上：電場對電荷的作用——接觸力。（受電場力作用的電荷肯定處于電場中）
引申：學習物理要透過現(xiàn)象看本質(zhì)。
3．場強幾種表達式的對比
（l）E=F/q——定義式，適用于任意電場。
（2）——決定式，適用于真空中點電荷形成的電場。
（五）作業(yè)布置
1、復習本節(jié)課文
2、課本“問題與練習”第(2)、(5)、(6)、(7)題．
參考題
1、在電場中某一點，當放入正電荷時受到的電場力向右，當放入負電荷時受到電場力向左，下列說法正確的是：[]
A．當放入正電荷時，該點的場強向右，當放入負電荷時，該點的場強向左
B．只有在該點放入電荷時，該點才有場強
C．該點的場強方向一定向右
D．以上說法均不正確
2、真空中，兩個等量異種點電荷電量數(shù)值均為q，相距r．兩點電荷連線中點處
的電場強度的大小為：[]
A．B．2kq/r2C．4k/r2 D．8kq/r2
3．真空中，A，B兩點上分別設(shè)置異種點電荷Q1、Q2，已知兩點電荷間引力為10N，Q1=1.0×10-2C，Q2=2.0×10-2C．則Q2在A處產(chǎn)生的場強大小是________N/C，方向是________；若移開Q2，則Q1在B處產(chǎn)生的場強的大小是________N/C，方向是________．
七、設(shè)計說明
電場是一種客觀存在的物質(zhì)，但它又是看不見、摸不著的，描述它的電場強度的概念又較為陌生和抽象，很難被學生接受，如果借助于類比的方法，可以將陌生的對象與熟悉的對象相比較，尋找不同事物變化中所具有的共性，給這些陌生的、抽象的、不易理解的事物（概念、規(guī)律）賦予間接的、形象的、通俗易懂的形象，有利于啟發(fā)學生思路，化難為易，使學生順利而全面地認識物理現(xiàn)象和物理規(guī)律，達到知識的正遷移，形成物理概念和掌握物理知識。
作為知識與技能的要求，“電場”的概念是本節(jié)內(nèi)容的重點，但我認為，新課程的理念就是要改變舊的、只關(guān)注基礎(chǔ)知識和基本技能學習的觀念，而注重提升全體學生的科學素養(yǎng)，在知識與技能、過程和方法、情感態(tài)度與價值觀三個維度培養(yǎng)學生，為學生的終身發(fā)展，從容應(yīng)對社會挑戰(zhàn)奠定基礎(chǔ)?；A(chǔ)知識、基本技能固然重要，可經(jīng)歷科學探究過程，領(lǐng)略科學思想方法將使人受益終身。因此我決定把本節(jié)課的重心放在建立電場概念的基本思想方法“類比”上，說明“類比”是將知識從一場景有效的遷移到另一場景并建立新知識的良好方法。使學生在學習知識中領(lǐng)略思想，在體驗方法中掌握知識
1．電場強度是表示電場強弱的物理量，因而在引入電場強度的概念時，應(yīng)該使學生了解什么是電場的強弱，同一個電荷在電場中的不同點受到的電場力的大小是不同的，所受電場力大的點，電場強．
2．應(yīng)當使學生理解為什么可以用比值F/q來表示電場強度，知道這個比值與電荷q無關(guān)，是反映電場性質(zhì)的物理量．
用比值定義一個新的物理量是物理學中常用的方法，應(yīng)結(jié)合學生前面學過的類似的定義方法，讓學生領(lǐng)會電場強度的定義．
3．應(yīng)當要求學生確切地理解E=F/q和E=kQ/r2這兩個公式的含義，以及它們的區(qū)別和聯(lián)系．
4．應(yīng)用電場的疊加原理進行計算時不應(yīng)過于復雜，一般只限于兩個電場疊加的情形．通過這種計算，使學生理解場強的矢量性
5．電場線是為了形象描述電場而引入的，電場線不是實際存在的線。
八、教后反思
1.在教學過程中，教師通過舉例讓學生進行分辨、對比，教師通過提示、啟發(fā)、總結(jié)，使學生牢固掌握知識，理解和掌握類比這一研究方法，并能應(yīng)用到其他知識的學習上，從而提高了學生解決實際問題的能力。
2.在教學過程中發(fā)現(xiàn)學生對電場的疊加還是不太清楚。
3.對于兩個公式的理解以及電場強度的定義還存在問題，要通過題目去強化。
4.對于幾種典型問題，學生死記答案，要讓他們養(yǎng)成分析題目的習慣。
