第三节 电场 电场强度教学设计高中物理粤教版2019必修 第三册-粤教版2019

第三节电场电场强度教学设计高中物理粤教版2019必修第三册-粤教版2019课题：xx科目：xx班级：xx课时：计划1课时教师：XX老师单位：xxx一、教学内容分析1.本节课主要教学内容包括电场的概念、电场强度的定义、公式E=F/q及其单位（N/C）、电场强度的矢量性，以及点电荷电场强度的计算公式E=kQ/r²。

2.教学内容与学生已有知识的联系：学生在初中学习过静电现象，高中第一章掌握了电荷、库仑定律（F=kQq/r²），本节通过库仑定律引入电场概念，说明电荷间相互作用通过电场发生，电场强度是描述电场力的性质的物理量，由场源电荷和位置决定，与试探电荷无关，是对库仑定律的深化和拓展。二、核心素养目标二、核心素养目标通过本节课学习，学生形成电场的物质观念，理解电场强度是描述电场力的性质的物理量；运用比值法定义电场强度，构建点电荷电场模型，培养逻辑推理与模型建构能力；经历从库仑定律到电场强度的抽象过程，探究电场强度的决定因素，发展科学探究意识；体会物理学研究方法，培养严谨求实的科学态度。三、重点难点及解决办法重点：电场强度的定义（E=F/q）、矢量性、点电荷公式（E=kQ/r²），源于对电场力的定量描述需求。

难点：比值法定义电场强度的物理意义、电场强度的矢量叠加、电场强度与试探电荷无关的理解，源于抽象概念和逻辑推理要求。

解决方法：通过类比速度、密度等比值法定义突破难点；用图示法强化矢量合成；通过反例（如不同试探电荷受力变化）深化无关性认知。

突破策略：结合库仑定律推导公式，利用电场线模型直观展示矢量方向，设计递进式问题链引导学生自主建构概念。四、教学资源软硬件资源：静电起电机、验电器、丝绸、毛皮、轻质小球、多媒体投影仪、交互式白板；

课程平台：智慧课堂平台、学习通；

信息化资源：电场强度定义PPT课件、点电荷电场模拟动画、电场线动态演示软件、比值定义法微课视频、电场强度矢量合成互动习题；

教学手段：实验演示法、类比法（速度、密度比值定义）、小组合作探究、问题链引导法。五、教学过程**环节一：复习旧知，导入新课（5分钟）**

同学们，上节课我们学习了库仑定律，知道了两个点电荷之间的相互作用力F=kQq/r²。请大家思考：两个没有直接接触的电荷，比如A和B，它们之间的力是通过什么方式传递的呢？（停顿，引导学生思考）对，历史上曾经有过“超距作用”的观点，认为力的传递不需要介质。但后来物理学研究发现，电荷周围存在一种特殊的物质，正是这种物质传递了力的作用。这种物质就是我们今天要学习的——电场。这节课我们就来探究电场的性质，特别是如何描述电场的强弱。

**环节二：实验探究，感知电场的存在（10分钟）**

我们先通过一个实验来观察电场的存在。这里有一个静电起电机，当我转动摇柄时，它可以让金属球带上大量正电荷。现在我用不带电的验电器靠近这个带电金属球（缓慢靠近，不接触），大家观察到验电器的金属箔片张开了（操作实验）。为什么验电器没接触带电球，箔片却会张开呢？

（学生可能回答：因为带电球对验电器中的电荷产生了力的作用）

没错！这说明带电球的周围存在一种能够对电荷产生力的作用的物质，这种物质就是电场。电场虽然看不见、摸不着，但它是客观存在的，就像空气一样，我们可以通过它对电荷的作用来感知它。比如，风吹动树叶，我们虽然看不到风，但通过树叶的运动知道风的存在。电场也是这样，它对放入其中的电荷有力的作用，这种力我们称为电场力。

**环节三：探究电场的强弱——电场强度的定义（15分钟）**

既然电场对电荷有力的作用，那不同位置的电场强弱是否相同呢？我们用同一个试探电荷q放在电场中的不同位置，比如靠近带电球A处和B处（图示位置，A离球近，B离球远），观察它受到的电场力大小是否相同。（学生观察：A处受力大，B处受力小）这说明电场有强弱之分，A处电场强，B处电场弱。

那么，如何定量描述电场的强弱呢？我们回忆一下，描述物体运动快慢时，我们用速度v=Δx/Δt，位移与时间的比值；描述物质密集程度时，我们用密度ρ=m/V，质量与体积的比值。这些物理量都用“比值法”来定义，目的是消除定义对象本身的影响，得到一个只由研究对象决定的物理量。

现在，我们想描述电场的强弱，电场对电荷有力的作用，那能不能用力与电荷量的比值来描述呢？我们放入不同的试探电荷q1、q2、q3，分别测出它们在电场中同一点P受到的电场力F1、F2、F3，记录数据（板书：q1=1×10⁻⁸C，F1=2×10⁻⁴N；q2=2×10⁻⁸C，F2=4×10⁻⁴N；q3=3×10⁻⁸C，F3=6×10⁻⁴N）。大家计算一下F/q的值分别是多少？（学生计算：F1/q1=2×10⁴N/C，F2/q2=2×10⁴N/C，F3/q3=2×10⁴N/C）

（提问）大家发现了什么？对，F/q的值是一个恒量，不随试探电荷q的变化而变化！这说明在电场中的同一点，F/q反映的是电场本身的性质，与试探电荷无关。因此，我们用电场强度来描述电场的强弱，定义式为E=F/q，单位是牛每库（N/C）。

这里要特别注意：E是矢量，既有大小又有方向。我们规定，电场中某点的电场强度方向与正电荷在该点所受电场力的方向相同。如果是负电荷，受力方向与电场强度方向相反。

**环节四：探究点电荷的电场强度（10分钟）**

如果场源电荷是点电荷Q，它在周围空间产生电场，那么距离Q为r的某点P的电场强度是多少呢？我们可以结合库仑定律来推导。

根据库仑定律，试探电荷q在P点受到的电场力F=kQq/r²。根据电场强度的定义E=F/q，将F代入得E=kQq/r²÷q=kQ/r²。这就是点电荷的电场强度公式，其中Q是场源电荷的电荷量，r是P点到Q的距离。

（提问）这个公式中，E由哪些因素决定？对，由场源电荷Q和位置r决定，与试探电荷q无关。如果Q是正电荷，E的方向沿Q指向P；如果Q是负电荷，E的方向沿P指向Q（板书图示：正电荷电场方向向外，负电荷电场方向向内）。

**环节五：探究电场强度的叠加（10分钟）**

如果有多个点电荷同时存在，比如电荷Q1和Q2，它们在空间某点P产生的电场强度是多少呢？我们通过实验来验证。

在P点放一个试探电荷q，分别测出只有Q1时q受的力F1，只有Q2时q受的力F2，同时存在Q1和Q2时q受的力F（操作实验：用两个带电球分别靠近验电器，记录箔片张角变化）。计算E1=F1/q，E2=F2/q，E=F/q，比较E和E1+E2的大小（学生计算：E=3×10⁴N/C，E1=2×10⁴N/C，E2=1×10⁴N/C，E=E1+E2）。

这说明，多个点电荷在某点产生的电场强度，等于各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和，这个规律称为电场强度的叠加原理。计算时，要按照矢量合成法则进行，比如同一直线上的电荷，同向相加，反向相减；不在同一直线上，用平行四边形定则合成。

**环节六：巩固练习，深化理解（15分钟）**

现在我们通过几个练习来巩固今天所学的内容。

**例1**：在真空中，点电荷Q=+2×10⁻⁶C，求距离Q=0.1m处的A点的电场强度大小和方向。（学生计算：E=kQ/r²=9×10⁹×2×10⁻⁶/(0.1)²=1.8×10⁶N/C，方向沿Q指向A）

**例2**：真空中有两个点电荷，Q1=+3×10⁻⁶C，Q2=-2×10⁻⁶C，相距0.2m。求它们连线中点O处的电场强度。（学生思考：先计算Q1在O点的E1=kQ1/(0.1)²=2.7×10⁶N/C，方向向右；Q2在O点的E2=kQ2/(0.1)²=1.8×10⁶N/C，方向向左。因为E1>E2，所以O点总场强E=E1-E2=0.9×10⁶N/C，方向向右）

**例3**：一个试探电荷q=+1×10⁻⁸C，在电场中某点受到的电场力F=5×10⁻⁴N，方向水平向右。求该点的电场强度大小和方向；若将试探电荷换成q′=-2×10⁻⁸C，该点的电场强度是否变化？q′受到的电场力大小和方向如何？（学生回答：E=F/q=5×10⁴N/C，方向向右；E不变，因为E由电场本身决定；F′=q′E=1×10⁻³N，方向向左）

**环节七：课堂小结，梳理知识（5分钟）**

同学们，今天我们学习了电场的两个核心概念：电场和电场强度。电场是电荷周围存在的特殊物质，对放入其中的电荷有力的作用；电场强度是描述电场强弱的物理量，定义式为E=F/q，是矢量，方向与正电荷受力方向相同。点电荷的电场强度E=kQ/r²，多个电荷的电场强度用叠加原理计算。重点是比值法定义电场强度的物理意义，难点是电场强度的矢量性和与试探电荷无关的理解。

**环节八：布置作业，预习延伸（5分钟）**

课后作业：1.教材P45页第1、3、5题（计算电场强度和叠加问题）；2.思考：电场线是如何形象描述电场的？预习下一节“电场线”的内容。今天的课就到这里，下课！六、学生学习效果在能力提升方面，学生的科学探究能力和逻辑推理能力得到显著发展。通过实验探究环节（如验电器靠近带电球、不同试探电荷受力测量），学生学会了观察实验现象、记录实验数据、分析数据并得出结论，例如通过计算不同试探电荷的F/q值均为恒量，自主归纳出比值法定义电场强度的科学方法，体会到比值法在物理学中定义新物理量的普适性（如速度、密度等）。在点电荷公式推导过程中，学生能结合库仑定律F=kQq/r²和电场强度定义式E=F/q，通过逻辑推理得出E=kQ/r²，提升了知识迁移和公式推导能力。在巩固练习环节，学生能独立解决电场强度计算问题（如例1、例2、例3），特别是例3中通过改变试探电荷的电荷量和电性，深化对电场强度与试探电荷无关的理解，提升了问题解决能力和应变能力。

在科学素养方面，学生形成了物质观念和科学思维。学生认识到电场虽然看不见、摸不着，但是一种客观存在的物质，初步建立了场的物质观念，体会到物理学研究从“超距作用”到“场”的科学发展过程。通过比值法定义电场强度的学习，学生理解了物理学中通过比值定义物理量来消除研究对象本身影响的研究思想，提升了科学思维的严谨性。在电场强度矢量性和叠加原理的学习中，学生体会到了物理学中矢量的普遍性和叠加规律的普适性，培养了用数学工具解决物理问题的意识。此外，学生在实验探究和问题解决过程中，养成了严谨求实的科学态度，例如在计算电场强度方向时，能明确正负电荷的受力方向与电场强度的关系，避免方向判断的错误；在叠加计算中，能正确应用矢量合成法则，保证结果的准确性。

具体到实际应用中，学生能够将所学知识解决生活中的静电问题，例如解释为什么避雷针能保护建筑物（利用尖端放电使电荷安全导入大地，减少建筑物周围的强电场）；在解决电场强度计算问题时，能准确代入公式中的各个物理量，注意单位统一（如电荷量用C，距离用m，k=9×10⁹N·m²/C²），避免计算错误。对于教材中的课后习题（如P45页第1、3、5题），学生能独立完成，其中第1题考查电场强度的定义和矢量性，第3题考查点电荷公式计算，第5题考查电场强度的叠加，学生通过本节课的学习，具备了完成这些习题的知识和能力基础。

此外，学生通过本节课的学习，为后续“电场线”“电势能”“电势”等内容的学习奠定了坚实基础。例如，理解了电场强度的矢量性后，学生更容易接受电场线的方向表示电场强度的方向；掌握了电场强度的定量描述后，能更好地理解电场中不同位置电场强度的差异，为电势能的变化分析做好铺垫。学生在学习过程中，积极参与课堂互动，主动思考问题（如“电场强度与试探电荷无关的原因”“叠加原理的矢量性”），课堂参与度高，学习兴趣浓厚，体现了良好的学习状态和效果。七、教学反思与总结教学反思环节，本节课通过实验演示和问题驱动引导学生自主建构电场强度概念，整体流程顺畅。但比值法定义的讲解耗时较长，部分学生对“F/q与试探电荷无关”的逻辑推导理解不够透彻，下次可增加反例对比（如不同电荷受力与比值关系）强化认知。实验环节中，静电起电机操作需注意湿度影响，课前应做好设备调试，避免实验失败影响课堂节奏。教学策略上，小组合作探究效果显著，但个别学生参与度不足，需设计更明确的任务分工。

教学总结方面，学生基本掌握了电场强度的定义、公式及矢量性，能独立完成点电荷场强计算和叠加问题，教材P45习题正确率较高。科学思维方面，学生初步形成了“场”的物质观念，体会到比值法的普适性，但电场强度方向的动态判断仍需加强。情感态度上，学生对静电实验兴趣浓厚，但部分学生存在“电场抽象难懂”的畏难情绪，后续可结合电场线模型增强直观性。改进措施：增加电场强度矢量方向的动态模拟演示；设计分层练习，针对不同水平学生强化基础计算与综合应用；预习环节增设电场线绘制任务，为下节课铺垫。整体教学目标达成度较好，但需进一步优化时间分配，确保难点突破的实效性。八、课后作业1.在真空中，点电荷Q=+3×10⁻⁵C，求距离Q=0.2m处的P点的电场强度大小和方向。

答案：E=kQ/r²=9×10⁹×3×10⁻⁵/(0.2)²=6.75×10⁶N/C，方向沿Q指向P（向外）。

2.试探电荷q=+2×10⁻⁸C在电场中某点受到的电场力F=4×10⁻⁴N，方向水平向右。求该点的电场强度大小和方向；若将q换成−1×10⁻⁸C，该点的电场强度是否变化？此时受力大小和方向如何？

答案：E=F/q=4×10⁻⁴/(2×10⁻⁸)=2×10⁴N/C，方向向右；E不变，仍为2×10⁴N/C；F′=|q′|E=1×10⁻⁸×2×10⁴=2×10⁻⁴N，方向向左。

3.真空中两个点电荷Q₁=+4×10⁻⁶C和Q₂=−2×10⁻⁶C，相距0.3m。求它们连线中点O处的电场强度大小和方向。

答案：E₁=kQ₁/(0.15)²=9×10⁹×4×10⁻⁶/0.0225=1.6×10⁶N/C（向右）；E₂=k|Q₂|/(0.15)²=9×10⁹×2×10⁻⁶/0.0225=0.8×10⁶N/C（向左）；合场强E=E₁−E₂=0.8×10⁶N/C，方向向右。

4.避雷针尖端放电时，其尖端附近电场强度可达3×10⁶N/C。若尖端电荷量为Q=−5×10⁻⁶C，求距离尖端0.05m处的电场强度大小和方向。

答案：E=k|Q|/r²=9×10⁹×5×10⁻⁶/(0.05)²=1.8×10⁸N/C，方向沿径向指向尖端（因Q为负）。

5.为什么电场强度E=F/q的定义式中，E与试探电荷q无关？请结合比值法定义说明。

答案：比值法定义物理量时，需消除定义对象的影响。对电场中同一点，不同试探电荷q受力F不同，但F/q为恒量，反映电场本身性质，故E与q无关。课堂课堂评价采用提问、观察与当堂测试结合的方式。通过提问“电场强度方向如何规定”“点电荷公式中各物理量的含义”等核心问