人教版高中物理必修第三册全册大单元教学设计

高中物理(人教2019版)必修第三册全册大单元教学设计

第9章《静电场及其应用》整体教学大单元设计

一、课程标准

【内容要求】

3.1.1通过实验，了解静电现象。能用原子结构模型和电荷守恒的知识分析静电现象。

3.1.2知道点电荷模型。知道两个点电荷间相互作用的规律。体会探究库仑定律过程中的

科学思想和方法。

3.1.3知道电场是一种物质。了解电场强度，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。

3.1.4了解生产生活中关于静电的利用与防护。

【活动建议】

(1)通过观察、查阅资料等方式，了解避雷针的结构和基本原理，撰写一篇研究报告。

(2)收集资料，综述静电的危害，了解预防的方法。

(3)通过观察、查阅资料等方式，了解并分析电容器应用的实例，撰写研究报告。

二、单元教材概述

1.教材内容

本单元是高中物理电磁学开篇内容，是后续学习恒定电流、磁场、电磁感应等知识的基础，

在高中物理知识体系中占据关键地位，对培养学生物理思维和科学探究能力意义重大。

2.教材特点

涵盖电荷、库仑定律、电场和电场强度、静电的防止与利用。电荷部分介绍电荷种类、电

荷守恒定律、元电荷等概念;库仑定律阐述电荷间相互作用力规律;电场和电场强度深入探究

电场特性；静电的防止与利用体现知识在生活和生产中的应用。各部分层层递进，从基础概念

到规律探究，再到实际应用，形成完整知识体系。

二、学情分析

1.知识基础

学生初中接触过简单电学知识，如电荷间相互作用、静电现象等，对电学有初步认识，但

理解停留在表面，未深入探究本质。

2.能力水平

高二学生具备一定观察、分析和逻辑思维能力，但构建物理模型、运用数学知识解决物理

问题的能力有待提高，对抽象概念的理解存在困难。

3.学习特点

学生对物理实验兴趣浓厚，喜欢通过直观现象获取知识，但自主学习和合作学习能力参差

不齐，部分学生缺乏主动思考和探索精神。

三、单元学习目标

1.物理观念

(1)物质观念

学生理解电荷是物质的一种基本属性，能区分正电荷和负电荷，掌握电荷守恒定律；理解

电场是电荷周围存在的一种特殊物质，具有能量和力的性质，能够用电场线形象地描述电场的

分布。

(2)运动与相互作用观念

理解电荷间的相互作用力遵循库仑定律，能应用库仑定律解决电荷间的相互作用问题；理

解电场强度是描述电场强弱的物理量，能够用电场强度公式计算电场强度，并理解电场强度与

试探电荷的关系；理解电场具有能量，电荷在电场中移动时会产生电势能的变化；了解静电现

象中的能量转化过程，如静电放电过程中的能量释放和静电吸附过程中的能量转移。

2.科学思维

(1)能够构建电荷、电场等物理模型，并用这些模型解释静电现象；应用物理模型解决电荷

间的相互作用问题，如利用库仑定律计算电荷间的相互作用力。

⑵根据实验数据和物理定律进行科学推理，得出合理的结论；运用电场强度的概念进行逻

辑推理，解决电场中的实际问题。

(3)能用实验数据和物理定律支持自己的观点，进行科学论证；评价他人的观点，并提出合

理的质疑和反驳。

(4)敢于质疑已有的物理观念和结论，提出新的观点和假设；尝试运用新的方法和手段解决

静电学中的问题，培养创新意识。

3.科学探究

(1)从生活实际出发，提出与静电学相关的问题，如静电放电的危害和静电吸附的应用等。

(2)通过实验观察和数据分析，发现静电学中的新问题和新现象；收集实验数据和其他相关

证据，支持自己的观点和假设。

⑶运用实验数据和物理定律进行逻辑推理，得出合理的结论；用物理语言解释静电现象和

实验结果，如用库仑定律解释电荷间的相互作用力。

(4)将静电学知识应用于实际问题中，提出合理的解决方案；与他人交流自己的观点和实验

结果，进行学术讨论和合作研究；撰写实验报告和科学论文，清晰地表达自己的研究过程和结

论。

4.科学态度与责任

(1)理解科学是一种探索自然规律的方法论体系，具有相对性和局限性；认识到静电学是物

理学的一个分支，具有广泛的应用价值和发展前景。

(2)具备实事求是的科学态度，尊重实验数据和物理定律，不迷信权威和教条；具备开放和

包容的心态，敢于质疑和挑战已有的物理观念和结论。

(3)了解静电现象在自然界和工业生产中的广泛应用和潜在危害，具备防范静电危害的意识；

能够将静电学知识应用于实际问题中，为解决社会问题贡献自己的力量。

四、单元教学重难点

1.教学重点

(1)电荷守恒定律、库仑定律的理解与应用。

(2)电场强度的概念、定义式及计算，电场线的特点及应用。

(3)静电平衡的概念及特征，静电的防止与利用的原理。

2.教学难点

(1)对电场这一特殊物质的理解，电场强度概念的建立。

(2)应用库仑定律和电场强度的知识解决复杂的电场问题，如电场强度的叠加计算。

(3)理解静电平衡状态下导体的电荷分布特点、尖端放电和静电屏蔽现象的原理。

五、教学方法

1.讲授法：通过清晰、准确的语言，向学生讲解静电场的基本概念、原理和规律，使学生对

知识有系统的认识。例如在讲解电荷守恒定律、库仑定律等重要知识点时，运用讲授法进

行详细阐述。

2.实验法：通过演示实验和学生分组实验，让学生直观地观察静电现象，增强感性认识，培

养学生的观察能力和动手能力。如摩擦起电实验、库仑扭秤实验、电场线模拟实验等。

3.讨论法：组织学生对一些有争议或具有启发性的问题进行讨论，激发学生的思维，促进学

生之间的思想交流与合作，培养学生的合作能力和批判性思维。例如在讨论电场强度与试

探电荷的关系时，引导学生展开讨论。

4.类比法：将抽象的物理概念与生活中常见的事物进行类比，帮助学生更好地理解和掌握知

识。如将电场类比为重力场，帮助学生理解电场的性质。

5.问题驱动法：提出一系列具有启发性和层次性的问题，引导学生思考、探究，逐步深入理

解知识，培养学生的问题解决能力和自主学习能力。例如在教学过程中，通过设置问题链，

引导学生逐步掌握静电学的知识。

6.多媒体辅助教学法：利用图片、动画、视频等展示静电现象和电场分布，化抽象为直观，

增强学习兴趣。

六、教学资源

1.教材、教师教学用书、相关参考资料。

2.实验器材：摩擦起电演示仪、验电器、静电计、库仑扭秤模型、电场线演示板、平行板电

容器、静电除尘器演示仪等。

3.多媒体课件、动画、视频等教学素材，如模拟电场分布的动画、静电现象在生活和工业中

应用的视频等。

4.在线教学平台、物理学习软件等数字化资源，供学生课后自主学习和交流讨论。

七、教学过程

(-)整体认知(2课时)

1.创设大情境

展示一段工业生产中因静电问题导致火灾的视频，以及静电在工业除尘、静电喷漆等方面

应用的视频。组织学生讨论静电现象在生产生活中的利与弊，从而引出本单元的主题——静电

场及其应用。

2.设计问题链

(1)电是什么？怎样使物体带电？

⑵我们知道带电体间存在相互作用力，这种作用力遵循什么样的规律？

（3）力具有可传递性，力的传递需要介质，带电体间的相互作用力是通过什么介质来传递的？

怎样感知这种介质？

（4）静电现象对生产生活有哪些应用？又该如何防止静电带来的危害？

3.设计大任务

要求学生以小组为单位，利用生活中的材料制作一个简易的静电除尘器，并在课堂上展示

其制作过程和工作原理。通过这个大任务，让学生在实践中综合运用所学的静电学知识，培养

学生的创新能力和团队合作精神。

（二）单元课时设计（10课时）

第1节电荷（1课时）

第1课时

1.复习导入（5分钟）

展示初中阶段用丝绸摩擦玻璃棒吸引小纸屑、用毛皮摩擦橡胶棒吸附碎纸片的实验图片，

提问：“摩擦起电后，物体为什么能吸引轻小物体？自然界存在几种电荷？它们之间的相互作

用规律是什么？”引导学生回顾同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引的基本规律，由此引出

本节课对电荷本质和特性的深入探究。

2.新课教学（25分钟）

（1）电荷的基本概念与发现历程

利用PPT展示富兰克林风筝实验的历史资料与动画演示，详细讲解正、负电荷的定义来源。

结合物质微观结构模型图，向学生说明所有物质由原子构成，原子由原子核和核外电子组成，

电子的得失会导致物体带电，进而解释带电现象的本质。

（2）摩擦起电实验与本质分析

教师进行规范的演示实验，分别用毛皮摩擦橡胶棒、丝绸摩擦玻璃棒，让学生近距离观察

带电体吸引轻小物体的现象，并使用验电器检测物体带电情况。随后组织学生以4人为一组进

行讨论，思考“摩擦起电是否创造了电荷”这一核心问题。教师深入各小组参与讨论，适时引导

学生从原子结构角度分析，最终得出摩擦起电的本质是电子的转移，并非创造电荷。

（3）电荷量与元电荷

引入电荷量（Q）的概念，讲解其物理意义和国际单位库仑（C）。通过播放密立根油滴

实验的高清还原视频，详细介绍实验原理——通过精确控制油滴在电场和重力场中的受力平衡,

测量出油滴所带电荷量，发现所有油滴电荷量都是某个最小电荷量的整数倍，从而引出元电荷

（e=1.6x10-19C）的概念，强调元电荷是自然界中最小的电荷量单位，任何带电体的电荷量

都只能是元电荷的整数倍。

3.课堂小结（5分钟）

师生共同梳理本节课核心知识点：明确电荷的两种类型，掌握摩擦起电的电子转移本质，

理解电荷量的概念及元电荷的数值和意义。教师利用思维导图工具，在黑板或电子白板上逐步

构建知识框架，将各知识点的逻辑关系清晰呈现，特别强调“电荷守恒”（在孤立系统中，电荷

总量不变）这一重要结论。

4.课堂练习（10分钟）

设置基础题考查学生对电荷基本概念的理解，如判断不同物质摩擦后的带电情况;设计思

考题，如“两个完全相同的轻质小球，一个带+3Q电荷，一个带-Q电荷，将它们接触后再

分开，各自带电量为多少？”引导学生运用电荷转移和守恒知识进行分析。

第2课时

1.复习导入（5分钟）

通过提问回顾上节课重点内容：“摩擦起电的微观本质是什么？元电荷的数值是多少？”随

后展示“带电体接触验电器金属球，验电器金属箔张开”的实验现象，提出问题：“除了摩擦起

电，是否还有其他使物体带电的方式？这些方式的原理又是什么？”引发学生对新内容的学习

兴趣。

2.新课教学（25分钟）

（1）感应起电与接触起电实验及原理

教师进行感应起电演示实验，将带正电的物体靠近不带电的金属导体，用静电计检测金属

导体两端的带电情况，引导学生观察到导体两端感应出异种电荷。结合动画演示，详细讲解感

应起电的原理一在电场作用下，导体中的自由电子发生定向移动，使导体两端出现电荷聚集。

对比进行接触起电实验，让带电小球与不带电小球接触，观察两球带电情况，分析得出接触起

电是电荷直接从一个物体转移到另一个物体。最后用表格形式对比三种起电方式（摩擦起电、

感应起电、接触起电）的异同点，从起电方式、电荷转移过程、本质原因等方面进行总结。

（2）电荷守恒定律的深入探究

通过“带电小球接触多个中性物体，最终所有物体电荷量总和不变”的实验，进一步验证电

荷守恒定律。结合化学反应中的离子反应实例，如氯化钠的电离过程，拓展讲解电荷守恒定律

在更广泛领域的普适性，强调在任何物理或化学变化过程中，系统的电荷总量始终保持不变。

（3）静电现象的应用与危害实例分析

展示静电吸附在空气净化中的应用图片、静电除尘设备的工作视频，以及静电复印技术的

原理动画，详细讲解这些应用如何利用静电特性实现特定功能。同时，播放油罐车因静电引发

火灾、电子元件因静电击穿损坏的警示视频，引导学生结合所学知识分析静电产生危害的原因，

组织学生分组讨论在生活中常见的静电现象及其应对措施。

3.课堂小结（5分钟）

使用表格对比三种起电方式的关键要素，再次强调电荷守恒定律在不同场景中的应用。结

合学生讨论结果，总结日常生活中静电防护的常见方法和重要性，如加油站的防静电措施、电

脑机房的防静电地板等。

4.课堂练习（10分钟）

基础题要求学生判断给定场景中的起电方式，并分析电荷的移动方向；应用题则让学生根

据所学知识，设计一个防止家中电器因静电受损的方案，并简要说明原理。

第2节库仑定律（2课时）

第1课时

1.复习导入（5分钟）

展示两个带电小球相互排斥的动态示意图，提问学生：“电荷间相互作用力的大小可能与

哪些因素有关？”引导学生回顾力学中影响弹簧弹力、重力大小的因素，由此引发学生对电荷

间作用力定量研究的兴趣，自然过渡到库仑定律的学习。

2.新课教学(25分钟)

(1)库仑扭秤实验背景与原理详解

通过播放精心制作的历史纪录片片段，介绍库仑所处的时代背景和科学探索需求，引出库

仑扭秤实验。利用实物模型和3D动画，从多个角度展示库仑扭秤的结构——包括悬丝、带电

小球、刻度盘等关键部件，详细讲解实验如何巧妙地利用扭秤的力矩平衡原理解决“微小力测

量”难题，以及通过相同金属小球接触平分电量的方法实现“电量控制”。

(2)库仑定律公式推导与解读

结合实验数据表格，引导学生观察静电力F与两电荷电荷量Qi、Q2、电荷间距离r之间的

变化关系。采用逐步引导的方式，先让学生分析保持一个变量不变时，另外两个变量与静电力

的关系，进而归纳总结出静电力与电荷量成正比、与距离平方成反比的规律。在此基础上，推

导出库仑定律的公式F=/c攀，详细解释公式中每个物理量的含义，并通过具体数值代入计

算，说明静电力常量k=9xWN-m2/C的物理意义和单位换算。

(3)点电荷模型的建立与适用条件

类比质点模型的建立过程，向学生说明点电荷是一种理想化物理模型。通过对比实际带电

体和点电荷的差异，强调当带电体的形状、大小对所研究的静电力问题影响可忽略不计时，可

将其视为点电荷。结合具体例子，如研究两个相距较远的带电球体间的作用力时，若球体尺寸

远小于间距，可看作点电荷；反之，若距离较近，就不能简单视为点电荷，帮助学生理解库仑

定律“真空中、点电荷”的适用条件。

3.课堂小结（5分钟）

总结库仑定律的核心要素，包括公式、适用条件和点电荷模型的特点。通过对比表格，从

公式形式、物理意义、适用范围等方面，详细分析库仑定律与万有引力定律的异同点，加深学

生对物理规律的理解和记忆。

4.课堂练习（10分钟）

基础题设置为计算两个已知电荷量和距离的点电荷间的静电力大小；思考题则提出“当带

电体不能视为点电荷时，库仑定律是否适用？如果不适用，我们可以采用什么方法近似处理？”

引导学生思考物理模型的局限性和实际问题的解决思路。

第2课时

1.复习导入（5分钟）

通过提问回顾库仑定律的公式、适用条件及静电力常量k的数值;展示两个点电荷在不同

距离下的受力示意图，提出问题：“如果空间中存在多个点电荷，如何计算其中一个电荷所受

的静电力？”从而引出静电力叠加原理的学习。

2.新课教学（25分钟）

（1）静电力叠加原理的推导与应用

以两个等量异种电荷对第三个电荷的作用为例，在黑板上进行受力分析，画出每个点电荷

对第三个电荷的作用力方向。结合平行四边形定则，详细讲解如何进行矢量合成，得出第三个

电荷所受的合力。通过多个不同电荷量、不同位置关系的点电荷组合实例，逐步演示合力的计

算过程，引导学生掌握“先分别计算各点电荷的作用力，再进行矢量叠加”的解题方法。利用几

何画板软件，动态演示随着点电荷位置和电荷量变化，合力大小和方向的变化情况，帮助学生

直观理解。

(2)典型例题分析与解题思路培养

选取“三个共线点电荷的平衡问题”“多个点电荷在平面内分布的合力计算问题”等典型例题,

采用“教师引导-学生思考-共同解答”的模式进行讲解。首先带领学生仔细审题，提取关键

信息，明确研究对象和已知条件；然后指导学生进行受力分析，画出受力示意图；接着列出平

衡方程或根据矢量合成法则列出合力计算式；最后求解方程并对结果进行合理性分析。在讲解

过程中，总结出“受力分析一列方程一求解一检验”的通用解题思路，强调注意事项，如正负电

荷的作用力方向判断、矢量运算的准确性等。

(3)库仑定律在实际中的应用拓展

展示静电分选技术的工作流程图、静电喷涂设备的实物图片和工作视频，结合库仑定律，

详细分析这些技术如何利用电荷间的相互作用力实现物料分离、均匀喷涂等功能。介绍库仑定

律在静电加速器、离子束加工等高科技领域的应用，拓宽学生的知识面，让学生体会物理知识

的实用性和重要性。

3.课堂小结(5分钟)

系统梳理静电力叠加的计算步骤和方法，强调矢量性在计算中的关键作用；总结库仑定律

在工业生产、科学研究等实际问题中的典型应用场景，进一步强化学生对知识的理解和应用能

力。

4.课堂练习(10分钟)

基础题要求学生计算两个带不同电荷量的点电荷在给定距离下的静电力大小和方向;综合

题则设置多个点电荷在二维平面分布的情境，让学生计算其中一个点电荷所受的合力，锻炼学

生运用静电力叠加原理解决复杂问题的能力。

第3节电场和电场强度（3课时）

第1课时

1.复习导入（5分钟）

展示两个未接触的带电小球相互吸引或排斥的实验视频，提出问题：“电荷间不接触是如

何产生相互作用力的？这种作用是瞬间完成的，还是需要传递过程？”引导学生回顾“磁体通过

磁场相互作用”的知识，通过类比，自然引出电场的概念，激发学生对电场本质的探究欲望。

2.新课教学（25分钟）

⑴电场的物质性探究

通过播放“带电体周围电场对轻小物体（如碎纸屑、铝箔片）的作用”高清慢动作视频，以

及“人体带电后头发竖起散开”的趣味实验视频，直观展示电场的存在和作用效果。结合视频画

面，教师详细讲解电场是一种客观存在的特殊物质，虽然看不见、摸不着，但可以通过其对放

入其中的电荷产生力的作用来感知它的存在。对比空气、水等常见实物物质的特性，如具有质

量、占据空间等，说明电场作为特殊物质的独特之处，如具有能量和动量、可以脱离电荷单独

存在等，帮助学生建立对电场物质性的正确认识。

⑵电场强度概念的引入与定义

进行探究性实验，将一个带电量为q的试探电荷（轻质小球带电）先后放入某电场中的不

同位置，用传感器测量试探电荷在各位置所受的电场力F,并记录数据。引导学生观察分析数

据，发现对于电场中某一确定位置，无论试探电荷q的大小如何变化，F与q的比值始终保持

不变；而在不同位置，该比值则不同。由此引出电场强度（E）的定义，即E=F/q,强调电场

强度是反映电场本身性质的物理量，与试探电荷的电荷量和受力大小无关，只取决于电场本身

的分布情况。

⑶电场强度的矢量性讲解

通过在点电荷电场中放置正、负试探电荷的模拟动画，分别展示正、负试探电荷所受电场

力的方向。结合电场强度的定义,讲解电场强度的方向规定为正电荷在该点所受电场力的方向，

由此说明电场强度是矢量，既有大小又有方向。通过多个不同电场场景下电场强度方向判断的

实例，帮助学生掌握电场强度矢量性的特点和判断方法。

3.课堂小结（5分钟）

总结本节课的核心内容，包括电场的概念、电场强度的定义式E=:、单位（N/C或"㈤

以及矢量性。利用对比表格，从定义、决定因素、物理意义等方面，清晰区分电场力F和电场

强度E,强化学生对概念的理解。

4.课堂练习（10分钟）

基础题给出试探电荷的电荷量和所受电场力，要求学生计算电场强度的大小；思考题设置

为“在某电场中，若将试探电荷的电荷量增大一倍，它所受的电场力如何变化？该点的电场强

度是否改变？为什么？”引导学生深入理解电场强度的本质。

第2课时

1.复习导入(5分钟)

通过提问回顾电场强度的定义式及物理意义；展示点电荷电场中不同位置处试探电荷的受

力示意图，提出问题：“点电荷周围的电场强度大小和方向如何分布？能否根据库仑定律推导

出点电荷电场强度的计算公式？”引发学生对新知识的思考和探索。

2.新课教学(25分钟)

⑴点电荷电场强度公式推导与应用：

设场源点电荷的电荷量为Q,在距离它r处放入一个电荷量为q的试探电荷。根据库仑定律

F=k,结合电场强度定义E=；,引导学生逐步推导得出点电荷电场强度公式E=k*

详细分析公式中各物理量的含义，强调该公式中Q为场源电荷电荷量，r为研究点到场源电荷

的距离。通过多个具体例题，如计算距离点电荷Q=2x10-6。为Q5m处的电场强度，让学生

掌握公式的应用方法，同时引导学生分析电场强度大小与场源电荷电荷量、距离的关系，理解

电场强度的分布规律。

(2)电场强度叠加原理的深化与计算

以两个点电荷Qi和Q2在空间中共同产生电场为例，分别分析每个点电荷在某点P处产生的

电场强度E1和E2的大小和方向。根据矢量合成的平行四边形定则，讲解如何计算P点的合电场

强度E。通过改变点电荷的电荷量、位置和数量，设置多个不同的计算实例，让学生逐步熟练

掌握电场强度叠加的计算方法。利用计算机模拟软件，动态展示多个点电荷电场强度叠加后的

电场分布情况，帮助学生直观理解叠加原理。

(3)匀强电场的特点与公式推导

展示平行板电容器的实物模型和内部电场分布的模拟动画，介绍匀强电场的概念，即电场

强度大小处处相等、方向处处相同的电场。通过分析带电粒子在匀强电场中的受力情况，结合

功和能的知识，推导得出电场强度与电势差的关系公式u=Ed（其中U为两点间电势差，d为

沿电场方向的距离），详细讲解公式的适用条件和各物理量的含义，并通过例题演示公式的应

用。

3.课堂小结（5分钟）

对比点电荷电场和匀强电场的特点，从电场强度的大小、方向分布规律，以及相关公式等

方面进行总结。梳理电场强度叠加的计算步骤和方法，强调矢量运算的准确性和注意事项，帮

助学生构建完整的知识体系。

4.课堂练习（10分钟）

基础题要求学生计算点电荷在给定位置产生的电场强度；综合题设置多个点电荷分布的场

景，让学生计算某点的合电场强度，或在匀强电场中已知电势差和距离，计算电场强度大小，

提升学生综合运用知识的能力。

第3课时

1.复习导入（5分钟）

提问回顾点电荷电场强度公式、电场强度叠加原理以及匀强电场的特点和公式；展示复杂

电场中试探电荷的受力分析图，提出问题：“如何更直观地描述电场的分布情况？”引出本节课

电场线的学习内容。

2.新课教学（25分钟）

⑴电场线的概念与基本性质：

通过动画演示，展示在点电荷电场中，正电荷从某一位置出发，在电场力作用下的运动轨

迹，类比引入电场线的概念一电场线是为了形象地描述电场而假想的一系列有方向的曲线,

曲线上每一点的切线方向表示该点的电场强度方向，曲线的疏密程度表示电场强度的大小。结

合动画和示意图，详细讲解电场线的基本性质：电场线从正电荷出发，终止于负电荷（或无穷

远）；电场线不相交、不闭合；电场线不是真实存在的，而是一种理想化的物理模型。

（2）典型电场的电场线分布绘制与分析

利用PPT动态演示和3D动画，分别展示点电荷、等量同种电荷、等量异种电荷、匀强电

场等典型电场的电场线分布情况。引导学生观察电场线的分布特点，分析电场强度的大小和方

向变化规律。通过对比不同电场的电场线图案，帮助学生理解电场线的疏密与电场强度大小的

关系，以及电场线方向与电场强度方向的一致性。

3.课堂小结（5分钟）

梳理电场线的特点，对比点电荷、等量的同种和异种电荷、以及匀强电场电场周围的电

场线的分布特点、电场强度的计算方法进行总结。

4.课堂练习（10分钟）

设置题目要求学生根据电场线的分布图，判断各点的电场强度大小和方向，或者根据给定

的电场强度大小和方向，绘制出相应的电场线分布图，以此检验学生对电场线概念的理解和应

用能力。

第4节静电的防止与利用（2课时）

第1课时：静电的应用

1.复习导入（5分钟）

展示静电除尘设备的实物图和工作视频片段，提问：“为什么带电粉尘会被吸附到电极上？

这与我们学过的电场强度、电场力有什么关系？”引导学生回顾电场对带电粒子的作用规律，

引出静电现象在生产生活中的应用探究。

2.新课教学（25分钟）

⑴静电应用的原理与典型案例

①静电除尘

通过动态PPT演示工业静电除尘器的结构（高压电极、集尘板），讲解原理：高压电场

使空气电离产生离子，粉尘颗粒吸附离子后带电，在电场力作用下向电极板运动并沉积。结合

火力发电厂除尘案例，分析其环保价值。

②静电复印（硒鼓原理）

播放静电复印过程动画，分步骤讲解：硒鼓充电（均匀带电）一曝光（图像区域电荷消

失）一墨粉吸附（带电墨粉附着在静电潜像区）一转印（墨粉转移到纸张）。引导学生分析

每一步骤中电场力对电荷分布的影响。

③静电喷涂与静电纺丝

展示静电喷涂设备示意图，说明涂料颗粒带电后在电场中沿电场线均匀附着到工件表面的

原理；通过视频展示静电纺丝技术制备纳米纤维的过程，讲解高电压下带电液滴在电场中拉伸

成丝的机制，联系材料科学中的前沿应用。

（2）实验演示与原理验证

教师演示“静电吸附轻质泡沫”实验：用起电机使金属板带电，观察泡沫颗粒在电场中的定

向运动；组织学生分组操作“静电飞雪”小实验（带电塑料棒吸引碎纸屑），体验电场力对微小

带电体的作用，强化对静电应用原理的理解。

3.课堂小结（5分钟）

通过思维导图的形式，直观展现本节课的知识点框架，包括静电除尘、静电复印、静电喷

涂与静电纺丝等静电应用的原理及典型案例，以及实验演示中电场力对带电体的作用效果。通

过梳理知识结构，帮助学生巩固记忆，形成系统的认知体系。

4.课堂练习（10分钟）

基础题可以设计为学生根据静电除尘器的工作原理，分析影响其除尘效率的因素；综合题

则要求学生结合静电复印或静电喷涂的过程，设计一个简单的静电应用实验方案，考察学生将

理论知识应用于实践的能力。

第2课时：静电的危害与防止

1.复习导入（5分钟）

播放“油罐车静电起火”新闻片段，提问：“为什么运输易燃易爆液体的车辆需要安装拖地链

条？静电在什么情况下会造成危害？”引导学生结合电荷积累、放电现象，联系之前学过的电

荷守恒定律，思考静电危害的产生机制。

2.新课教学（25分钟）

⑴静电危害的类型与案例分析

①工业危害

分析煤矿瓦斯爆炸事故中静电火花的诱因，展示矿井中防静电通风设备；讲解电子工厂中

静电对集成电路的损伤（如CMOS芯片击穿），通过显微镜图片对比正常芯片与静电损坏芯

片的差异。

②生活危害

演示“毛衣静电放电”实验（黑暗中观察火花），讲解干燥环境下人体带电的原因（摩擦起

电与绝缘材料）；播放“加油站静电引发火灾”模拟视频，分析加油时穿化纤衣物的风险。

（2）静电防止的技术与措施

①导电材料应用

讲解油罐车拖地链条（金属导体及时导走电荷）、防静电地板（导电橡胶材料）的原理,

对比导体与绝缘体在静电防护中的作用。

②湿度控制

通过实验对比干燥和潮湿环境下的静电积累情况，说明空气湿度增加时，物体表面形成水

膜可加速电荷泄漏，解释印刷厂保持环境湿度的原因。

③静电中和技术

展示离子风机实物，讲解其通过释放正负离子中和物体表面电荷的原理，适用于精密电子

设备生产车间。

⑶跨学科拓展

结合化学学科，讲解易燃易爆物质（如粉尘、气体）的燃爆条件，说明静电火花作为点火

源的危险性；联系生物学科，提及静电在生物电信号（如神经冲动传导）中的区别与联系，拓

宽学生知识视野。

3.课堂小结（5分钟）

用表格的形式总结本节课关于静电危害与防止的核心知识点，包括静电危害的类型、典型

案例以及相应的防止技术与措施。通过对比工业危害与生活危害的具体案例，强调静电防护的

重要性和实际应用价值。同时,简要回顾跨学科拓展内容，激发学生对跨学科融合学习的兴趣，

鼓励他们未来在更多领域探索静电现象的应用与防范。

4.课堂练习（10分钟）

基础题设置为分析不同场景下静电危害产生的原因，并提出相应的防止措施；综合题则要

求学生结合所学知识，设计一个针对特定静电危害的防护方案，包括采用的技术原理、所需材

料以及实施步骤等，以此检验学生对静电危害与防止知识的综合运用能力。

单元总结与复习（1课时）

1.知识体系构建（20分钟）以“电荷-场-力-应用'为主线，用思维导图串联核心内容：

（1）电荷：起电方式、电荷守恒、元电荷

（2）场：电场物质性、电场强度、电场线

⑶力：库仑定律、静电力叠加

（4）应用：静电防治与利用的原理模型通过“概念辨析卡”活动，让学生分组讨论并区分易混点（如

电场强度与电场力、点电荷与实际带电体）。

2.综合问题解决（15分钟）

精讲典型综合题坟口“结合库仑定律与电场强度，分析静电除尘设备中粉尘颗粒的受力运动”,

引导学生建立“物理模型一公式应用一实际问题”的解题路径，强调矢量运算和单位换算的规范

性。

3.课堂检测（10分钟）

设计几道涵盖电场强度计算、电场线分布分析、静电应用与防止原理的综合题，要求学生

独立作答，以检验他们对单元知识的掌握程度。通过学生的答题情况，教师可以及时了解学生

的学习成效，并针对共性问题进行答疑解惑，确保每位学生都能扎实掌握本单元的核心知识。

单元测试与讲评（2课时）

第1课时：单元测试

1.题型设置：选择题（概念辨析）、实验题（库仑定律探究）、计算题（电场强度叠加）、

应用题（静电防治方案设计），注重对“科学思维”和“科学态度与责任”素养的考查。

第2课时：试卷讲评

2.错因归类：针对“电场强度矢量性错误”“库仑定律适用条件忽略”“静电应用原理表述不清”等

高频问题，结合学生答题案例进行投影分析。

3.变式训练：对典型错题进行改编（如改变电荷分布或应用场景），组织学生现场解题并互

评，强化知识迁移能力。

4.素养提升：通过“静电防护措施的社会价值”讨论，引导学生认识物理知识在安全生产、环境

保护中的应用意义。

第10章《静电场中的能量》整体教学大单元设计

一、课程标准

【内容要求】

3.1.5知道静电场中的电荷具有电势能。了解电势能、电势和电势差的含义。知道匀强电场中电势差与

电场强度的关系。能分析带电粒子在电场中的运动情况，能解释相关的物理现象。

3.1.6观察常见的电容器，了解电容器的电容，观察电容器的充、放电现象。能举例说明电容器的应用。

【活动建议】

(1)通过观察、查阅资料等方式，了解避雷针的结构和基本原理，撰写一篇研究报告。

(2)收集资料，综述静电的危害，了解预防的方法。

(3)通过观察、查阅资料等方式，了解并分析电容器应用的实例，撰写研究报告。

二、单元教材概述

1.教材内容

本章是静电场知识的延续，聚焦静电场中的能量特性，是电磁学与能量观念结合的重要章节。内

容包括电势能与电势、电势差、电势差与电场强度的关系、电容器的电容、带电粒子在电场中的运动

等。从能量角度深化对电场的理解，为后续学习恒定电流、电磁感应等奠定基础。

2.教材特点

⑴从“力”到“能量”的视角转换，通过类比法(如重力场与电场)构建电势能、电势等抽象概念。

⑵注重理论与实践结合，如电容器的应用、带电粒子在电场中的加速与偏转等，体现物理知识的实际

价值。

⑶强调数学工具的应用，如通过电场力做功推导电势差公式，结合动力学分析带电粒子运动。

三、学情分析

1.知识基础

⑴学生已掌握静电场的基本概念(如电场强度、电场线)、库仑定律、力的合成与分解等知识。

(2)具备能量守恒、动能定理等力学能量观念，但对电场与能量的结合缺乏直观认知。

2.能力水平

⑴具备初步的逻辑推理和公式推导能力，但对电势、电势能等抽象概念的理解仍存在困难。

⑵实验设计与数据分析能力有待提升，尤其在探究电容影响因素、处理带电粒子运动问题时易混淆物

理量。

3.学习特点

⑴对生活中的能量现象(如静电除尘、电容储能)有一定兴趣，但缺乏将现象与物理原理关联的意识。

⑵擅长通过类比和实验直观学习，但对跨知识点综合应用(如电场力做功与动能定理结合)的能力较

弱。

四、单元学习目标

1.物理观念

⑴理解电势能的概念，掌握电场力做功与电势能变化的关系叫B=耳比耳如能判断电势能的增减。

(2)理解电势(P和电势差为B的定义，掌握其单位及物理意义。

(3)掌握匀强电场中电势差与电场强度的关系，能结合电场线分析电势高低与场强大小。

(4)理解电容器的电容，掌握平行板电容器的决定式，能分析电容的影响因素。

(5)能分析带电粒子在电场中的加速和偏转问题，解释示波器、电子显微镜等技术原理。

2.科学思维

⑴类比推理：通过重力场与电场的类比，构建电势能、电势的概念，理解场的能量特性。

(2)模型建构：建立“点电荷电场的电势分布”“平行板电容器电场”等物理模型，解决实际问题。

（3）科学论证：通过电场力做功的特点，推导电势差与电场强度的关系，验证公式的适用性。

（4）数学工具应用：运用比值定义法、微元法（推导匀强电场中U=£"）分析物理量关系。

3.科学探究

⑴实验探究：设计“探究平行板电容器电容影响因素”的实验，控制变量（极板间距、正对面积、电介

质），分析电容变化规律。

（2）数据分析：通过测量电场中不同位置的电势，绘制等势面，探究电势差与电场强度的关系。

⑶问题解决：针对带电粒子在电场中的运动轨迹，提出假设并通过运动学公式验证，培养逻辑推理能

力。

4.科学态度与责任

⑴科学本质：认识电场能的物质性，理解能量守恒在电场中的体现，建立系统的能量观念。

⑵社会应用：了解电容器在储能、滤波中的应用，以及带电粒子在电场中运动规律在医疗（如x光机）、

航天（如离子推进器）中的技术价值。

⑶环保意识：通过静电能量的利用与危害（如静电放电对电子元件的损伤），培养科技伦理与安全意

识。

五、单元教学重难点

1.教学重点

⑴电势能与电场力做功的关系，电势差的计算及应用。

⑵匀强电场中电势差与电场强度的关系（U=Ed）及其推导。

（3）电容器的电容概念及平行板电容器的决定式应用。

（4）带电粒子在电场中的加速与偏转问题分析（结合动能定理、类平抛运动）。

2.教学难点

（1）电势能、电势的相对性理解（零势能面的选择）及与电场强度的区别。

⑵电势差与电场强度关系的推导（尤其是非匀强电场的定性分析）。

（3）电容器动态问题分析（如充电后断开电源，改变极板间距时电势差、场强的变化）。

（4）带电粒子在电场中运动的多过程问题（如先加速后偏转）及能量转化分析。

六、教学方法

1.类比法：通过重力场中的高度、重力势能类比电场中的电势、电势能，降低概念理解难度。

2.实验探究法：开展“电场力做功特点”“电容影响因素”等实验，培养观察与数据分析能力。

3.问题驱动法：设置问题链（如“如何用能量观点分析带电粒子的运动？”）引导深度思考。

4.模型建构法：通过点电荷、平行板电容器等模型，简化复杂电场问题，培养抽象思维。

5.多媒体辅助法：利用动画模拟电场线与等势面的关系、带电粒子偏转轨迹，直观呈现抽象过程。

七、教学资源

L实验器材：电势差计、平行板电容器、静电计、电源、带电极板、带电粒子运动演示仪、传感器等。

2.多媒体资源：电场电势分布动画、电容器充放电模拟视频、示波器工作原理动画等。

3.数字化工具：PhET仿真实验（如“ElectricFieldHockey”）、Excel数据分析软件。

4.参考资料：教材、教师用书、《电磁学》拓展阅读材料、科技应用案例（如静电除尘、电容储能）。

八、教学过程

（-）整体认知（2课时）

1.创设大情境（30分钟）

（1）视频导入：播放两段视频一①“嫦娥五号”离子发动机工作原理动画（展示带电粒子在电场中加速

产生推力）；②手机快充电路板中电容器充放电慢动作视频（直观呈现能量储存过程）。

（2）现象讨论：组织学生分组讨论“视频中的能量从何而来？电场如何实现能量转化？”引导学生列举生

活中静电能量应用实例（如静电复印、激光打印机），建立电场与能量的关联认知。

2.设计问题链（20分钟）

⑴基础问题：电荷在电场中受电场力作用，当电荷移动时电场力是否做功？这与力学中重力做功有何

相似性？

（2）进阶问题：如何用能量观点描述电场的特性？电势差与电场强度都能描述电场，它们的物理本质有

何区别？

⑶综合问题：电容器储存的电能如何计算？带电粒子在电场中运动时，电势能与动能的转化遵循什么

规律？

3.设计大任务（25分钟）

⑴任务要求：以4人小组为单位，利用平行板电容器（可选规格：极板面积S=200cm2,间距d=lcm）、

直流电源（3V）、灵敏电流计、发光二极管（额定电压2V）等器材，设计“电容储能点亮LED”装

置。

（2）驱动问题:①如何通过改变极板间距或插入电介质提高储能效果？②为什么LED在电路断开后仍能

短暂发光？引导学生在任务中思考电容储能与电势能转化的关系。

（二）单元课时设计（12课时）

第1节电势能和电势（3课时）

第1课时：电势能与电场力做功

1.复习导入（5分钟）：展示“物体在斜面上运动”示意图，提问：“重力做功与路径无关，电场力做功

是否有类似特点？'‘引导学生回顾亚功，类比猜想电场力做功与电势能的关系。

2.实验探究（20分钟）:

（1）演示实验：用带滑轮的绝缘轨道模拟电场，让带电小球（q=+10-6c）在匀强电场中沿不同路径

从A运动到B,用传感器测量电场力做功数值，发现WAB仅与初末位置有关。

（2）理论推导：结合点电荷电场中试探电荷q的移动过程，用微元法证明电场力做功与路径无关，

得出叫B=Ep-EpB。

3.案例分析（15分钟）：以“电子在点电荷+Q电场中从r=10cm移动到r=5cm”为例，计算电场力做功

与电势能变化，强调电势能的相对性（需规定零势能面）。

4.课堂练习（5分钟）：

基础题：判断正/负电荷在电场中移动时电势能的增减；

思考题：若规定无穷远处为零势能面，分析负点电荷电场中各点电势能的正负。

第2课时：电势的概念与分布

1.概念引入（10分钟）：类比“单位质量的重力势能为重力势（高度）”，提出“单位电荷的电势能为

电势“，推导中=/强调（P是描述电场本身性质的物理量，与试探电荷无关。

2.模型建构（20分钟）:

。点电荷电场：通过（P=kT分析正/负点电荷电场中电势的分布规律（离正电荷越近（p越高，离负

电荷越近（P越低）。

。匀强电场：结合电场线方向，说明沿电场线方向电势均匀降低，等势面与电场线垂直。

3.可视化教学（15分钟）：用Mathematica绘制等量异种电荷的电势云图，让学生观察电势高低与颜

色深浅的关系，理解电势的空间分布。

4.易错辨析（5分钟）：对比“电场强度E大的地方电势＜p一定高”的错误观点，举例：负点电荷附近

E大但中为负值，强化E与＜p的独立性。

第3课时：电势能与电势的综合应用

1.复习导入（5分钟）：提问“电势（P与电势能Ep的决定因素”，通过表格对比两者的定义、单位及影

响因素。

2.例题精讲（25分钟）:

（1）类型1：在匀强电场中，已知三点电势，求电荷移动时电势能的变化（如q=-2M：从（p=5V移动

到（p=-3V,计算W及AEp）0

（2）类型2：在点电荷+Q的电场中，有a、b两点，距Q分别为r和2r,求将q=+lnC从a移到b

时电场力做功及电势能变化。

3.分组讨论（15分钟）：给出某电场的等势线分布图，小组合作完成：①绘制电场线；②判断各点场

强大小；③分析正/负电荷在各点的电势能高低。

4.课堂检测（5分钟）：设置选择题，考察电势与电势能的关系，如“同一电荷在电势越高的地方电势

能一定越大吗？”

第2节电势差（2课时）

第1课时：电势差的定义与计算

1.情境引入（8分钟）：展示某电池两极电势分别为＜pl=1.5V和（p2=0V,提问：“两极间电势差是多少？

电荷从正极到负极电势能如何变化？"弓I出UAB=（pA-（pBo

2.公式推导（15分钟）：由WAB=EpA-EpB=q（（pA-（pB）,得出UAB=WAB/q,强调UAB的单位

为V,且与q无关。

3.实例计算（20分钟）:

（1）案例1：在电场中，将q=+3C从A移至B,电场力做功12J,求UAB，•若q=-2C从B移至A,

求W及AEpo

（2）案例2:已知某电场中A（5V）、B（-3V）、C（0V）,计算之队UAC,并分析电荷q=+lC从A—B—C

的总功与直接A—»C的功是否相等（验证“B+〃LSC）。

4.课堂小结（7分钟）：用流程图梳理“电场力做功-电势能变化一电势差”的逻辑关系，强调UAB的正

负反映电势高低（若：口户。则夕户夕B）。

第2课时：电势差的综合应用

1.复习导入（5分钟）：通过"UAB=WAB/q”的变形式，提问：“已知U和q,如何求电场力做功？电

势能变化与哪些因素有关？”

2.综合例题（25分钟）：

（1）题型1:带电粒子在非匀强电场中运动，如电子从电势为200V的极板逸出，到达电势为-100V

的极板时速度多大？（用△瓦求解）。

（2）题型2：结合电场线与等势线，如某电场中相邻等势面的电势差为2V,电场线方向向右，判

断各点电势高低及场强方向。

•实验模拟（15分钟）：用PhET的“ElectricFieldHockey”仿真实验，让学生通过调整电势差，控制带

电粒子的运动轨迹，体会U对粒子能量的影响。

•拓展思考（5分钟）：讨论“电势差与电压的关系”，联系初中电路知识，说明电源电动势等于正负极

间的电势差。

第3节电势差与电场强度的关系（2课时）

第1课时：理论推导与公式应用

1.复习导入（7分钟）：回顾匀强电场中电场力GqE,若电荷q沿电场线方向移动距离4计算电场力

做功的；结合少=qU,推导强调d为沿电场线方向的距离。

2.公式辨析（15分钟）:

Q）适用条件：仅适用于匀强电场，但非匀强电场中可近似用分析。

（2）单位换算：W/m^N/C,通过量纲推导加深理解。

3.例题精讲（20分钟）:

（1）案例1：平行板电容器两极板电势差为100V,间距5cm,求场强E，•若插入电介质后d变为2cm,

U不变，求E的变化。

（2）案例2：某匀强电场中，A、B两点沿电场线相距2cm,UAB=50V,求E；若AB连线与电场线

夹角为60。，求沿AB移动q=+2piC时的W。

"图像分析（8分钟）：给出某电场的U-x图像（电势随位置变化），引导学生通过斜率判断场强大小。

第2课时：实验探究与综合应用

•实验设计（25分钟）：

。目的：探究平行板电容器内电势差与场强的关系。

。器材：导电纸、电源、探针、灵敏电流计、直尺。

。步骤：①在导电纸上建立匀强电场；②用探针测量不同位置电势，绘制等势线；③计算相邻等势

线的△，口沿电场线的Ad,脸证U=Ed。

•数据处理（15分钟）：小组汇报实验数据，用Excel绘制U-d图像，分析斜率是否等于理论场强，讨

论误差来源（如导电纸电阻不均匀）。

•实际应用（10分钟）：讲解“静电除尘器”中，通过提高极板间U来增大E,从而增强对粉尘的吸引力，

结合公式U=Ed分析极板间距对除尘效率的影响。

第4节电容器的电容（3课时）

第1课时：电容的概念与充放电

L类比导入（8分钟）：展示不同粗细的水杯，倒入相同水量时水位上升不同，类比“电容器储存电荷

的能力一电容C=t"，强调C与Q、U无关，仅由电容器本身决定。

2.实验演示（20分钟）：

（1）充放电过程：用平行板电容器、电源、开关、灯泡组成电路，观察充电时灯泡逐渐变暗，放电

时灯泡短暂发光，用静电计测量U的变化，结合Q=CU分析电荷移动规律。

（2）能量转化：用动画展示充电时电源将其他形式的能转化为电场能，放电时电场能转化为电能。

3.概念辨析（15分钟）：对比“C哈（定义式）与“C=黑，（决定式）,说明C的决定因素（极板面

积S、间距d、电介质&）。

4.课堂练习（7分钟）：基础题：某电容器C=10uF,充电后Q=2xl0"c,求U；思考题：若电容器始

终与电源相连，增大d,C、Q、U如何变化？

第2课时：平行板电容器的决定式探究

1.提出问题（5分钟）：展示不同规格的平行板电容器，提问：“为什么有的电容器极板间距很小？插

入玻璃片后储能能力如何变化？”

2.猜想假设（10分钟）：学生分组讨论，提出C与S、d、红的关系猜想（如S越大C越大，d越小C

越大）。

3.实验验证（25分钟）：

（1）器材：平行板电容器（极板可移动）、静电计（测U）、电源、电介质（玻璃片、塑料片）。

（2）步骤：①保持S、"不变，改变d,记录U变化（Q不变时，C=Q/U,U与C成反比）；②

保持d、£i■不变，改变S,记录U变化；③保持S、d不变，插入不同£1•的电介质，记录U变

化。

（3）结论：归纳C□芋，推导。=衿。

a4兀kd

4.误差分析（10分钟）：讨论实验中如何保持Q不变（如断开电源后操作），分析静电计漏电对数据

的影响。

第3课时：电容器的应用与动态分析

1.应用案例（20分钟）:

（1）滤波电路：展示LC滤波电路中电容器的作用，解释其“通交流、隔直流”的原理（利用充放

电特性）。

（2）超级电容：播放电动汽车超级电容充电视频，讲解其高功率密度特点。

2.动态问题建模（25分钟）：

（1）模型1：充电后断开电源（Q不变），改变4：由。=岩和U=*得U8d,E=§=C=当（E

4兀kdCasrS

与d无关）。

⑵模型2：保持与电源相连（U不变）,改变d：C弓,Q=CU弓,E=*。

3.课堂检测（15分钟）：给出电容器动态变化的选择题（如极板间插入金属板时C、U、E的变化），

用流程图辅助学生分析（先定Q或U,再用公式推导）。

第5节带电粒子在电场中的运动（2课时）

第1课时：带电粒子的加速

1.情境引入（7分钟）：播放示波器电子枪工作视频，提