电场电场强度教学设计-高二上学期物理人教版

《电场电场强度》第一课时教学设计摘要：《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》中明确提出了要培养学生的物理学科核心素养，强调学生物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任的形成。本文以人教版高中物理必修第三册第九章第三节《电场电场强度》为例，本节课关注“电场”与“电场强度”核心概念，采用演示实验“静电离子球使节能灯隔空发光”引入课题，激发学生的学习兴趣，通过生活中“芳香剂与风”的类比帮助学生更好地理解抽象的“电场”概念，采用问题引导、实验探究以及数据库分析的方式，逐步建立起对电场强度定义的理解，强调比值定义法在物理概念构建中的作用，强化学生对电场客观存在性的认识，践行新课标对高中物理学科教学的要求。关键词：高中物理；《电场电场强度》；核心素养一、新课标要求根据《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》的要求，在物理观念方面，本次教学聚焦“场”这一抽象的物理概念，通过对“电场”与“电场强度”的学习，引导学生形成“场是物质存在形式之一”的基本认识，加深其对电场强度的理解（电场强度是描述电场性质的物理量），逐步建立起学生科学的物理认知体系[1]。在科学思维方面，教学中使用比值定义法、理想模型法、类比法等科学方法，帮助学生进一步理解电场强度的定义与矢量性，增强其个人的抽象思维与逻辑推理能力。在科学探究方面，使用实验观察、数据分析、理论推导等方式，组织学生参与“探究描述电场强弱的物理量”的过程，增强学生个人的观察、分析以及解决问题的实践能力，提升学生的观察分析能力和问题解决能力。在科学态度与责任方面，结合静电现象的迁移应用、法拉第的科学探究历程，激发学生对自然规律的好奇心与探究欲，由此实现迁移应用，增强学生个人的责任意识与科学精神[2]。本节课以核心素养为导向，通过真实情境创设、问题驱动、实验探究、类比迁移等教学方法，促进学生从知识掌握向素养提升的转变，全面落实新课标提出的育人新目标。二、教学设计导入新课演示实验：使用静电离子球让节能灯管隔空发光，如图1所示，当节能灯靠近带电的离子球时灯光开始发光，学生观察到灯光在没有接触时也会发光，产生了较为浓厚的兴趣，并提出疑问：为什么灯在没有接线的时候也会发亮呢？并由此直接引出本节课的教学主题即电场与电场强度。评价：使用与学生实际生活相关联的场景创设物理现象，这种直观的实验情境展现出“神奇的物理现象”，由此来吸引学生的注意力，并以此激发学生的学习兴趣以及探究欲望，通过实验的方式展现出物理学科的趣味性同时增强科学技术的魅力，为后续知识学习奠定情感基础。类比讲解：为了更好地辅助学生理解“电场”概念，教师使用“芬香剂与风”展开类比说明：芬香剂可以在空气当中释放出香味，即使周围人没有直接接触到芬香剂本体也可以闻到其散发出的气味，这与电荷在电场中会受到力的作用类似，同时风的强弱会决定芬香剂散发出的香味传播的距离，这与电场强弱影响电荷受力大小有着密切的关系。评价：将原本抽象的“场”类比为生活中常见的芬香剂和风，可以在学生的头脑中构建出直观且富有感性的认识，由此来降低对抽象概念“场”的理解难度，采用类比的方式符合新授课中学生的认知规律，辅助学生更好地形成科学的思维方式，以此来更好地接受并且理解新的知识点[3]。图1静电离子球使节能灯隔空发光实验示意图讲授新课1.探究现象，析本质【问题展示】向同学们展示了两组情境，让学生结合实际情境尝试回答，并由此引入电场的概念。情景一：我们推桌子时，通过手接触传递力。情景二：电荷间的相互作用是通过什么发生的呢？由此提出问题：库仑力是怎样传递的？向学生们介绍法拉第——作为19世纪30年代的物理科学家，法拉第曾提出一种观点：在电荷周围存在着由它产生的电场，且电荷之间是通过电场相互作用的，并由此解释电荷的周围存在一种特殊的物质，这种物质是我们看不见、摸不到的，我们将其称为“电场”。电场和磁场是已经被证明的客观存在的一种物质，像分子、原子 等实物粒子一样具有能量，为此，“场”也是一种以“物质”形式存在的形态。在研究运动电荷，尤其是运动状态迅速变化的电荷时，“场”的性质才可以凸显出来。在本节课中，围绕“静止电荷产生的电场”展开讨论。组织学生围绕电场的基本性质展开讨论：电场对放入其中的电荷有力的作用，且电荷间的相互作用是借助电场实现的，电场对电荷的作用力称为电场力。图2电荷与电场关系图示情景三：怎样研究这种看不见摸不着的电场呢？类比举例：芳香场与风。使用“芬香剂和风”对其展开类比，学生由此对抽象的“场”有相对具象化的感性认识。试想一下，在一个房间内喷洒芬香剂，香味会快速扩散，这是因为风的作用让香味在不停地传递。同样，在电荷周围的电场在传递着电荷间的相互作用力。通过芳香剂的事例来理解抽象的“场”的问题，帮助学生更好地接受与理解“电场”这一物理概念。评价：在课堂教学中引入法拉第的电场理论与“芳香剂与风”事例展开类比，让学生可以对电场有初步的认识和理解。这种直观的现象可以进一步激发学生的学习兴趣，增强其探究欲望。同时鼓励学生进一步思考电场在日常生活中的应用，加深其对“电场”概念的理解[4]。2.建立模型，定方向（1）引入试探电荷概念引入试探电荷概念：向同学们介绍电场的概念，分析电场在与电荷相互作用中表现出的特性。为进一步研究和总结出电场的性质，需要将电荷放入到电场中，根据电荷所受静电力引入试探电荷的概念，即“电荷量和体积都很小的点电荷”，并解释：电荷量很小是为了避免将其放入后影响到原来要研究的电场，且体积相对较小，是为了更好对电场各点性质展开讨论。图3试探电荷在电场中受力分析示意图图4试探电荷在电场中受力现场演示图（2）探究电场强弱的描述提出问题：能否直接使用试探电荷所受电场力的大小描述电场的强弱？学生对其展开思考。基于思考结果总结道：我们不能直接使用试探电荷所受的静电力表示电场的强弱。为了进一步探究并描述电场强弱的物理量，需要进一步引导学生展开理论探究。图5探究电场强弱的描述现场演示图实验探究：在实验中拿出提前准备好的表格，列出不同试探电荷在电场中某点受静电力数值，组织学生在观察、分析中推测出试探电荷在电场中的某一点受到静电力F与试探电荷的电荷量q成正比，后引导学生用F/q这个物理量来描述电场的强弱，并思考如何对其进行推测。图6静电力F与试探电荷量q的正比关系图像试探电荷q2q3q···静电力F12F13F1···表1静电力F与试探电荷量q的正比关系图像评价：采用表格的方式分析数据得到F∝q，后利用F/q这一比值描述电场自身的性质，这是非常经典的“比值定义法”，在此过程中再现了物理学家定义电场强度的逻辑，这种定义与ρ=m/3.推导公式，理关系演示实验验证E=F/q的恒定性：为了有效验证电场强度，开展演示实验，在点电荷Q的电场中P点放入一个试探电荷q₁，在电场中受到的静电力为F₁；后将试探电荷换为q₂，在电场中受到的静电力为F₂。比较F₁/q₁和F₂/q₂的数值，可以得出结论：比值F/q是由试探电荷在电场中的位置决定，与电荷q的电荷量大小无关，而是由产生电场的场源电荷的电荷量Q以及P点与场源电荷之间的距离r决定。通过分组实验的方式测量不同试探电荷在电场中不同位置所受到的静电力，计算对应的F/q数值后比较数据，得出结论。图7验证电场强度E=F/q恒定性的实验示意图评价：更换不同试探电荷在相同位置测得的E值不变，由此验证了电场强度由场源电荷与空间位置决定，而非试探电荷自身。通过控制变量与数据归纳的方法实现结果验证，增强学生对“场具有客观独立性”的认识，展现出实验在确定物理规律中的关键作用[5]。电场强度矢量性与叠加原理：验证电场强度后引入电场强度定义，放入电场中某点的电荷所受的电场力F与其电荷量q的比值称为该点的“电场强度”，简称“场强”，用E表示，其单位为牛每库，符号N/C。解释电场强度的矢量性，即电场中某点的电场强度的方向与正电荷在该点所受静电力的方向一致。比较电场强度公式：介绍电场强度的两个公式——定义式和点电荷在真空中的电场公式，比较两者适用范围与式中各物理量的含义，并强调电场强度E仅由电场自身因素决定，与F、q没有关系。评价：明确E的方向与正电荷受力方向一致，分析电场强度的叠加思想，为后续教学活动奠定基础，强化学生对物理矢量方向特性的理解。4.实例分析，强理解教师组织学生完成【例1】判断题和【例2】计算题的讲解，在【例1】中包括了三个常见的误区判断：（1）认为电场强度E与F成正比、与q成反比；（2）没有试探电荷则意味着电场不存在；（3）混淆场强方向与负电荷受力方向。组织学生通过辨析理解电场强度是反映电场本身属性的物理量，其大小与方向与场源电荷和空间位置有关。【例2】在具体情境中，点电荷Q在M点产生的电场中放置试探电荷q，学生求解静电力F、电场强度E，思考“拿走试探电荷后场强是否变化”“不同距离处场强大小比较”等一系列问题，以此来深化学生对电场客观性的理解。评价：环节紧扣“建立学科物理观念”的学习目标，以学生典型错题为例，破解学生的认知盲区，由此展现出极强的问题导向性和思维训练价值，尤其是对“E=F/q”是定义式而非决定式，可以避免学生陷入对公式的机械记忆，关注物理本质。在例2中第（3）问“将q拿走后M点场强是否发生改变？”直指电场作为客观存在的特殊物质，以此契合新课标中“科学态度与责任”的育人要求。实例设置由浅入深、层层递进，在巩固概念的同时增强个人的思维品质，由此展现出“从生活现象到抽象建模再到科学解释”的全过程。5.巩固训练，提能力学生独立完成四道课堂练习，第1题主要考查电场强度本身属性的理解，第2题以图形的方式呈现EFq关系，训练数形结合能力；第3题应用点电荷电场公式E=评价：进行课堂练习，设计科学合理、梯度分明、功能明确，实现从知识记忆到能力迁移的过渡，在第2题图像辨析与第4题场强叠加中制造学生的认知冲突，学生使用比值法、类比法、矢量合成等科学方法实现问题解决，增强科学思维水平。通过生生互评、师生共析的方式，营造积极互动的学习氛围，增强个人的表达能力与元认知意识，落实“科学探究”维度的教学目标，强化本节课的核心要点。（三）课堂小结归纳总结，梳要点回顾本节课的学习主线：从静电离子实验引出“看不见摸不着的电场”，通过试探电荷分析其强弱特性后定义电场强度的矢量性和叠加性，并利用所学知识解释最初的实验现象，由此构成完整的教学闭环，并梳理本节课的重点概念，其中包括电场的存在性、试探电荷的作用、场源电荷的意义、电场强度的定义式与点电荷公式区别等，帮助学生搭建系统性知识网络体系。评价：采用“情境回扣+概念提炼”的方式呼应导入环节所提到的实验，以此增强课堂的整体性，强化结构化思维，促进学生深度学习。结语：在本次教学设计中紧扣《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》核心素养要求，以教材为载体，围绕“电场”与“电场强度”两大核心概念展开，通过“静电粒子球使节能灯隔空发光”的演示实验创设真实情境，由此来激发学生的学习兴趣，组织学生从个人的生活经验出发，利用“芳香剂与风”展开类比讨论，将原本抽象的“电场”概念具象化，在教学中使用问题驱动、实验探究以及数据分析等方式辅助学生逐步构建对“电场强度”的概念认知，深化理解比值定义在物理概念形成中的作用，强化学生对“电场作为客观存在物质”的观念，并通过例题的方式展开辨析与分层练习，破除当前学生认知理解中存在的误区，增强学生的科学思维与问题解决能力。本教学实现从物理现象到本质研究、从感性认识到理性建构的认知规律，达到教学知识传授与素养培养相统一，由此充分展现个人物理学科的教学魅力以及育人价值。参考文献：[1]唐斌.核心素养导向下的高中物理大单元教学——“静电场及其应用”教学实践及反思[J].新课程,2024,(16):138140.[2]姜明