电场-电场强度（第一课时）-高一-物理-教学设计

《电场电场强度》教学设计杨安楠无锡市第三高级中学摘要：本节从力的角度进一步认识电荷，引入电场强度的概念，明确它是表示电场强弱的物理量。电场看不见，摸不着，具有抽象性，需要学生理解。同时电场强度的推导、表示等需要学生能够理解并选择适当的公式进行计算。本节内容是高中物理对电磁学的初步认识，是学习电磁学的基本，对后续电学的学习起到主导性地位。关键词：电场电场强度核心素养一、教学目标了解电场的概念。理解场源电荷、试探电荷的概念，掌握电场强度的概念。掌握点电荷的电场强度的公式。了解并掌握电场的叠加，能计算简单的由点电荷组产生的电场强度。二、教学重难点1.“场”是物理学中的重要概念，“场”的概念比较抽象，在中学物理中，本章又是初次比较深入地研究“场”，所以“场”概念的引入，“场”理论的建立，就成为了本节的难点。2.电场强度的概念，场的叠加原理是本节的重点。三、教学过程（一）认识电场情景导入情景一：两个同种点电荷放置一定远的距离。师：它们之间有没有作用力呢？生：有的，同种电荷相互排斥。师：它们没有接触，那么这种作用力是如何产生或者说如何传递的呢？情景二：当丝线带电后,会迅速竖起散开。为何会产生这样的现象？生：丝线因为带上同种电荷相互排斥而竖立起来。问题1：弹力、摩擦力都是因为物体相互接触而产生的，那么电荷间没有接触，它们的相互作用力是因为什么而产生的？我们回忆一下，之前我们所学到过的相互作用中，这种没有接触就可以产生的力的作用的还有哪些？生：重力、磁体与磁体之间的相互作用师：其实磁体我们知道，它的周围有“磁场”，磁体之间就是通过磁场相互作用的；那么重力其实也一样，地球周围有重力场，对物体传递重力的作用。那么，类比一下，其实我们的电荷周围有“电场”，电荷之间相互作用就是由它来传递的。19世纪30年代，英国物理学家法拉第首先提出了一个观念，指出在电荷附近存在着由它所形成的电场。问题2：电场是看不见、摸不着的，我们怎样来证明电场的存在呢？风的有无，可以用树叶来反映。磁场的有无，可以用小磁针来反映。电场的有无，可以用电荷来反映。演示实验：在桌面上放置了一个带绝缘支座的带电体A，在A周围分别悬挂着一个不带电的小球和一个带电的小球，观察现象。现象:不带电的小球并没有发生偏转，带电的小球偏离了竖直位置，说明电场的基本特性是对放入电场中的电荷有力的利用。师：例如：在空间中放置一个点电荷A，那么空间中就布满了由A产生的电场，B处在A产生的电场当中，A的电场会给B作用力，A对B有作用力，那么B对A呢？请同学来描述一下。生：B对A也有作用力，这个作用力是由B在空间中产生的电场作用到A上的。电场虽然它看不见摸不着，感觉不到，但是场就像wifi一样客观存在。电荷AB之间并不是直接作用的，而是通过这个看不见的电场来给对方作用力。所以电场具有这样的性质：对放入其中的电荷有力的作用电场以及磁场已被证明是客观存在的。本章只研究静止的电荷产生的电场，叫作静电场。（二）电场强度电场是在与电荷的相互作用中显示出自身的特性的，所以，在探究电场的特性时，就必须把电荷置于电场中，由电荷所受的静电力出发。1.试探电荷q(1)定义:用来检验电场是否存在及其分布情况的电荷，叫试探电荷。(2)特点:体积足够小(可以看成点电荷);电荷量足够小（试探电荷的引入不改变源电荷的电场）。场源电荷Q:激发电场的带电体所带的电荷叫场源电荷，或源电荷。思考：1、带电小球处于谁产生的电场中？2、同一带电小球在不同位置受到的静电力大小相同吗？为什么？3、在哪个位置电场比较强？问题3：如果用试探电荷所受静电力,来表示电场的大小可以吗？在电场中同一位置，放入不同电荷量的小球，所受的电场力相同吗？不同小球受到的电场力与小球的电荷量有关对电荷量不同的物体，即使也是在电场的同一个位置，其所受到的静电力也不相同。问题4：能否找到一个确定的量，一个与试探电荷无关的量呢？假如将一个体积和电荷量都很小的电荷q1一当作试探电荷，它在电场的某个地点得到的静电力必定是F1，而另一个同样的电荷在某个地点得到的静电力必定又是F1;因此我们也可以推测，假如将某个电荷量为q2的电荷放在这里，其所获得的静电力也必然为F2。依此类推，假设电荷量为q3的电荷也存在于其中，那么获得的静电力就是F3，也就是说，可看作试探电荷在电场中某点获得的静电力F与试探电荷的电荷量q成正比。或者说，试探电荷在电场中某点获得的静电力与试探电荷的电荷量q之比是一个常量。你认为这样的推测是否正确?这里的分析是一种猜想和假设，它的正确性有待进一步的检验。我们可以用点电荷的电场来进行分析。通过分析得到放在P点上的试探电荷所受到的静电力与它的电荷量之比，与放在该位置上的试探电荷的总电荷量无关，只和它所产生电荷的场源电荷的总电荷量Q，以及在P点的场源电荷间的距离r有关。实验表明，无论是点电荷的电场还是其他电场，在电场的不同的位置，试探电荷所受的静电力与它的电荷量之比不同。电场强度：放入电场中某点的试探电荷所受的电场力F与它的电荷量q的比值定义式：E=F/q比值法定义单位：牛每库仑N/C问题5：同一个试探电荷放在电场中的不相同的位置，它受到的静电力方向相同吗？电场强度有方向，是矢量怎样定义电场强度的方向呢？物理学中规定，电场强度的方向跟正电荷在该点所受的静电力的方向相同。按照这个规定：负电荷在电场中某点受到的电场力的方向跟该点的电场强度方向相反。点电荷是一种最简单的场源电荷，它所产生的电场又具有哪些特性呢？（三）点电荷的电场设一个点电荷的电荷量为Q，求与之相距r处的电场强度为多大呢？请同学们计算一下为了求场强我们在相距r处，放置一个试探电荷q。联立两个式子得，这就是真空中点电荷周围任意一点电场强度公式。式中Q：场源电荷的电荷量。r：电场中点到Q的距离。如果以Q为中心作一个球面，那么球面上各点的电场强度大小和方向又是如何的？方向：以电荷为中心一个作球面，正电荷的电场强度方向沿着半径向外；负电荷沿着半径向内。两个场强公式对比适用范围定义式，适用于一切电场q是试探电荷，E与q的大小、有无无关（不成比例关系）决定式，仅对点电荷的电场适用由场源电荷Q及该点到Q的距离r决定（比例关系）（四）电场强度的叠加问题6：如果有几个点电荷同时存在，在几个点电荷共同形成的电场中，如何求某点的电场强度呢？由于电场的矢量性质，若是由多个点电荷共同产生的场，则这时在某点的电场强度，就相当于所有点电荷在这一点单独形成的电场强度的矢量和。遵循平行四边形定则。带电球体的场强在一个比较大的带电体不能看作点电荷的情况下，在研究它的电场性质时，可将其分为很多的小块，如果各个小块面积足够小，都能够视为点电荷，进而以点电荷与电场强度叠加的方式表示该带电体的总电场。一个半径为R的均匀带电球体（或球壳）在外部产生的电场，它与一个位于球心的、电荷量相等的点电荷产生的电场相同。课堂小结学生思考后，由学生回答1.场强的定义式(任意电场)E=F/q ——q是试探电荷2.场强的决定式(真空中点电荷)E=kQ/r2 ——Q是场源电荷五、课后作业课本16页1、2六、板书设计9.3电场电场强度一、电场基本特性：对放入其中的电荷有力的作用二、电场强度（定义式，不成比例关系）单位：N/C矢量，它的方向跟正电荷在该点所受的静电力的方向相同。三、点电荷的电场决定式，只适用于点电荷。电场强度的叠加七、教学反思1.电场是学生在掌握电磁基础理论前接触到的一个相对抽象的概念，同时也是学生进一步掌握和认识电磁学基本规律的主要基础，所以了解电场的具体定义对学生在将来掌握电磁基础理论中的其它内容也有着奠基的意义。学生对力的学习有了一定的基础因此从力的角度进