《电场强度》教学设计

《电场强度》教学设计一、学习目标理解电场的概念及物质性，明确电场是电荷间相互作用的传递媒介。掌握电场强度的定义、物理意义、表达式及单位，理解其矢量性。掌握真空中点电荷的电场强度公式，能进行相关定量计算。理解电场强度的叠加原理，能初步处理简单的电场叠加问题。能准确判断电场强度的方向，区分电场强度的定义式与决定式。二、自主预习（一）电场的基本概念情景探究情景一：推桌子时，推力是接触力，通过物体间直接接触传递；而电荷间的相互作用无需直接接触，其传递媒介是什么？情景二：电荷间的相互作用通过电场传递（定义：电场是电荷周围客观存在的一种特殊物质，其核心性质是对放入其中的电荷产生电场力作用）。情景三：研究电场的核心方法——引入试探电荷（要求：①电荷量足够小，避免影响原电场分布；②体积足够小，能精准反映电场中某点的性质）。情景四：能否用试探电荷的电场力直接描述电场强弱？分析：同一电场中，不同电荷量的试探电荷所受电场力不同（如电荷量为2q的试探电荷受力是q的2倍），因此电场力与试探电荷电荷量相关，不能直接反映电场本身特性。情景五：如何定义电场的方向？规定：正试探电荷在该点所受电场力的方向为该点电场强度的方向；负试探电荷所受电场力方向与该点电场强度方向相反。（二）电场强度的定义（基于定量探究）电场强弱的理论探究通过控制变量法，记录不同电荷量的试探电荷在电场中A、B两点的受力情况，分析反映电场本身特性的物理量：位置A（距离场源电荷rₐ）试探电荷电荷量电场力不变量（F/q）qFF/q2q2FF/q3q3FF/q4q4FF/q5q5FF/q位置B（距离场源电荷rᵦ）试探电荷电荷量电场力不变量（F/q）qF'F'/q2q2F'F'/q3q3F'F'/q4q4F'F'/q5q5F'F'/q探究结论同一电场中，任意位置的F/q比值为定值，与试探电荷的电荷量q、电场力F无关；不同电场或同一电场的不同位置，F/q比值可能不同，该比值反映了电场本身的强弱特性，定义为电场强度。（三）点电荷的电场强度真空中点电荷的电场：点电荷（电荷量为Q）周围空间某点的电场强度，仅与场源电荷Q和该点到点电荷的距离r有关。场强公式：\boxed{E=k\frac{Q}{r^2}}其中：①k为静电力常量，数值为k=9.0\times10^9,\text{N·m}^2/\text{C}^2；②Q为场源电荷的电荷量（注意：Q的正负决定电场强度的方向）；③r为研究点到点电荷的距离。方向规律：①若Q为正电荷，电场强度方向沿该点与Q的连线背离Q；②若Q为负电荷，电场强度方向沿该点与Q的连线指向Q。思考题（下节课重点探究）在点电荷周围空间中，能否找到电场强度（大小和方向均相同）的两个点？三、问题探究（一）电场强度的核心理解定义式：\boxed{E=\frac{F}{q}}单位：牛每库（\text{N/C}）或伏每米（\text{V/m}），两者等价（1,\text{N/C}=1,\text{V/m}）；物理意义：描述电场强弱和方向的物理量，是矢量；本质：定义式（比值定义法），不反映E与F、q的因果关系，电场强度由场源电荷和研究位置决定，与是否放入试探电荷无关。矢量性：电场强度既有大小又有方向，叠加时遵循平行四边形定则（或三角形定则）。（二）典型例题解析例1概念辨析（判断正误并说明理由）(1)根据E=Fq可知，电场强度与试探电荷受电场力成正比，与试探电荷的电荷量成反比。（）(2)若电场中某点没有试探电荷，该点电场强度为零。（）(3)电场中某点电场强度的方向即试探电荷在该点的受力方向。（）例2定量计算在真空中O点固定一个点电荷Q=+1.0\times10^{−9},\text{C}，直线MN通过O点，OM的距离r=30,\text{cm}=0.3,\text{m}，M点放置一个试探电荷q=−1.0\times10^{−10},\text{C}。求：(1)q在M点受到的电场力；(2)M点的电场强度；(3)拿走q后M点的电场强度；(4)M、N两点的电场强度哪点更大？（N点在O点另一侧，ON>OM）四、课堂练习有关电场强度的理解，下述说法正确的是（）A．由E=Fq可知，电场强度E跟放入的电荷q所受的电场力成正比B．当电场中存在试探电荷时，电荷周围才出现电场，才存在电场强度C．场中某点的场强方向是试探电荷在该点的受力方向D．电场强度是反映电场本身特性的物理量，与是否存在试探电荷无关（多选）如图是电场中某点的电场强度E、试探电荷所受电场力F与试探电荷电荷量q之间的函数关系图像，其中正确的是（）（注：原题图像示意：A为Eq图像，E为水平直线；B为Eq图像，E随q增大而增大；C为Fq图像，F随q正比例增大；D为Fq图像，F为水平直线）真空中，A、B两点与点电荷Q的距离分别为r和3r，则A、B两点的电场强度大小之比为（）A．3∶1B．1∶3C．9∶1D．1∶9在正点电荷Q的电场中有一试探电荷q置于P点，已知P点到Q的距离为r。若再将一个正点电荷Q'=Q放在与Q关于P点对称的位置（即Q、Q'到P点的距离均为r，且Q、P、Q'在同一直线上），求P点的电场强度大五、答案与解析（一）自主预习核心结论电场强度的定义：电场中某点的电场强度E是试探电荷在该点所受电场力F与电荷量q的比值，即E=F点电荷场强公式中，k为静电力常量，Q为场源电荷的电荷量；电场方向：正试探电荷受力方向为场强方向，负试探电荷受力方向与场强方向相反。（二）例1答案与解析(1)×解析：E=Fq是定义式，电场强度由场源电荷和位置决定，与F、q无关；(2)×解析：电场是客观存在的特殊物质，与是否放入试探电荷无关；(3)×解析：未明确试探电荷电性，仅正试探电荷的受力方向与场强方向一致，负试探电荷受力方向与场强方向相反。（三）例2答案与解析解：本题中Q为场源电荷，q为试探电荷，计算时先用电荷量绝对值求解大小，方向由电荷正负判断。(1)电场力大小：根据库仑定律（电场力本质是库仑力）F_M=k\frac{Q|q|}{r^2}=9.0\times10^9\times\frac{1.0\times10^{−9}\times1.0\times10^{−10}}{0.3^2},\text{N}=1.0\times10^{−8},\text{N}方向：Q为正电荷，q为负电荷，电场力为吸引力，故方向沿MO指向O点。(2)M点电场强度大小：E_M=\frac{F_M}{|q|}=\frac{1.0\times10^{−8}}{1.0\times10^{−10}},\text{N/C}=100,\text{N/C}方向：沿OM连线背离Q（正场源电荷的场强方向背离自身）。(3)拿走q后，M点电场强度不变，大小仍为100N/C，方向沿OM连线背离Q（电场强度与试探电荷无关）。(4)M点场强更大：根据点电荷场强公式E=kQr2，场强与距离平方成反比，M点距离Q更近，（四）课堂练习答案与解析D解析：A错误，E与F、q无关；B错误，电场客观存在，与试探电荷无关；C错误，未说明试探电荷电性；D正确，电场强度是电场本身的特性。AD解析：E与q无关，故Eq图像为水平直线（A正确，B错误）；F与q成正比（F=E