§1.3电场强度 高二物理3 1电场强度

课堂教学学案　教材物理3-1第1课（章）、第3节（单元）第1课时，2010年9月6日

课　题

§1.3电场强度

教学模式

自主预习→讨论展示→总结评价

教学

(学习)

目标

（认识

技能

情感）

（一）知识与技能

1、了解电荷周围存在电场，电荷间的相互作用是通过电场来实现的。

2、理解电场强度的定义、公式、单位和方向，掌握电场强度矢量的叠加，并进行简单计算。

3、识别常见电场的电场线特征，理解匀强电场的定义及电场线分布特征。

（二）过程与方法

通过类比方法、比值法定义物理量，提高学生研究问题的能力

（三）情感、态度与价值观

通过电场的教学，培养学生对物质的认识观；发展对物理学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，树立科学的价值观。

教学

重难点

重点：掌握电场、电场强度、电场线、匀强电场的内容与特征。

难点：电场强度的叠加、点电荷的电场的理解与应用。

教　具

模拟电场线的实验装置、投影片、多媒体辅助教学设备

(预 习 疑 问)

板 书 设 计

§1.3电场强度

一、电场

1、产生

2、电场的性质

二、电场强度

1、定义

2、性质

三、电场线

典型电荷的电场线

教　学

环　节

学生学习活动的过程与内容

（按环节设计自学、讨论、实践、探索、训练等内容）

第二案

(二次备课)

（一）引入新课

教师：两个电荷间存在着相互作用力，上一节我们定量地研究了两个点电荷之间的相互作用力的规律——库仑定律。

提出问题：在力学中，我们所学过的弹力、摩擦力均是接触力，只有相互接触的两个物体之间才有可能产生弹力、摩擦力。两个电荷之间并不接触，它们之间的相互作用力是如何实现的呢？这节课我们就来学习有关的知识。

（二）进行新课

1、电场

教师活动：引导学生阅读教材相关内容，回答有关问题（出示提纲）

（1）关于万有引力是否是超距作用，牛顿的观点是什么？你更倾向于哪种观点？

（2）电荷间的作用力是不是超距力？法拉第提出了怎样的观点？怎样解释电荷间的作用力？

（3）谈谈你对电磁场的理解。

学生活动：思考并讨论问题，选出代表发表见解。

点评：通过电场的教学，培养学生对物质的认识观；发展对物理学的好奇心与求知欲，从而乐于探究自然界的奥秘，树立科学的价值观。

师生互动：在讨论的基础上总结出：两个电荷之间的相互作用力是通过电场实现的。任何一个电荷在其周围空间产生电场，另一个电荷处在它产生的电场中，另一个电荷受到电场对它的作用力——称为电场力。（如图）

（如同学提出重力、引力，顺便提出重力场、引力场的概念，如无人提出暂不引入重力场、引力场。）

电荷在其周围空间产生电场，静止的电荷产生的电场是静电场。电场对处在场中的其他电荷有力的作用。

2、电场强度

过渡：对任何事物的认识和理解，都要从它与其他事物的相互关系（相互作用）入手，从中找出它的基本性质，对电场的认识也应如此。为了认识电场，找到描写电场性质的物理量，我们先引入两个基本概念：场电荷和检验电荷。

教师活动：引导学生阅读教材，思考并回答问题：

（1）什么是场源电荷？什么是试探电荷？对试探电荷有何特殊的要求？

（2）用试探电荷所受的静电力能否直接表示电场的强弱？为什么？

学生活动：思考讨论并回答上述问题。培养学生理解能力和获取知识的能力。

（1）场源电荷：产生电场的电荷。

试探电荷：放在我们所研究的电场中，用来检验该电场的性质的电荷。

试探电荷必须具备的条件：

a：点电荷；

b：电量足够小，使得当将试探电荷引入电场中时不改变场电荷的分布。

（2）不能用试探电荷所受的静电力直接表示电场的强弱。因为将同一个检验电荷q，分别放在电场中的不同点，它所受的电场力的大小和方向一般说来是不同的。

[提出问题]为什么检验电荷必须具备以上两个条件？

师生互动：先总结必须满足第二个条件的原因，强调对于任何物理测量，只有当测量工具（仪器）的引入不改变被测对象的性质时，或对被测对象的影响小到可以忽略不计时，这种测量才有意义，否则这种测量是无意义的。

点评：对学生进行科学方法的教育。

教师活动：引入电场强度的概念

强调：同一电场中不同点的性质是不同的，研究电场必须一点一点地研究，即电场在空间有分布。这也正是检验电荷必须是点电荷的原因。

下面我们集中研究电场中的某一点P的性质：

将电量为q₁的检验电荷放在P点，测得它所受的电场力大小为F₁；将电量为q₂的检验电荷放在P点，测得它所受的电场力大小为F₂；……将电量为q_n的检验电荷放在P点，测得它所受的电场力的大小为F_n。

实验发现：在电场中的同一点，检验电荷的电量q发生变化，它所受的电场力的大小F也随之变化（成正比的变化），而电场力的大小F与检验电荷电量q的比值不变，即

这个比值不随检验电荷电量变化，说明它与检验电荷无关，它只与电场中这点（P）有关，它只由电场中这一点决定，所以这个比值可以用来描写电场中该点的性质，将它叫做电场中该点的电场强度。

电场强度的定义：

检验电荷在电场中某点所受电场力的大小F与检验电荷的电量q的比值F/q，叫做电场中该点的电场强度。

（1）公式：

（2）无力意义：电场强度（简称场强）是描写电场有关力的性质的物理量，它是矢量。

（3）方向：规定，电场中某点的电场强度的方向与该点正电荷所受电场力的方向相同。

（4）单位：在国际单位制中，电场强度的单位是牛/库（N/C）。

3．点电荷的电场 电场强度的叠加

请同学根据库仑定律和电场强度的定义，推导场源电荷为点电荷的电场强度的表达式。

（1）先求距场源电荷Q距离为r的一定点P的场强大小和方向。

（2）再将r看成是变量（P点为动点），可得出点电荷Q的电场中任意一点的电场强度的表达式。

（3）从表达式，进一步说明电场中任意一点的电场强度的大小和方向与检验电荷无关，完全由场源电荷Q和该点的设置所决定。

（4）正的点电荷与负的点电荷在空间各点产生的电场强度的方向（为下面引入电场线做准备）。

[提出问题]如果场源电荷不只是一个点电荷，电场中某点的场强该怎样计算？

学生思考后回答：因为电场强度是矢量，可以用矢量合成的平行四边形定则求解。

教师总结：场源电荷不只是一个点电荷，电场中某点的场强为各个点电荷单独在该点产生的场强的矢量和。这种关系叫做电场强度的叠加。

板演：课本图1.3-3 电场的叠加（如图所示）

[提出问题]如果带电体不能看成点电荷，能否计算它的电场中某点的场强？

如果带电体是半径为R均匀球体（或球壳），它外部空间某点的场强该怎样计算？

学生：阅读教材，思考并回答问题。

教师：听取学生见解，板演（或投影）课本图1.3-4（如图所示）。

小结：有了点电荷的场强公式和场的叠加原理，原则上可求任意电荷分布的电场各点的电场强度。强调点电荷的场强公式的重要性。

4、电场线

［投影片出示］

电场线：如果在电场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致，这样的曲线就叫做电场线（如图所示）

［问题］如电场线是直线，场强E方向如何？

［学生答］E的方向即为电场线方向。

让学生画出教材图1.3-6和图1.3-7点电荷和等量异号、等量同号点电荷的电场线分布图，并总结出电场线的特点（如图所示）。

（1）电场线正电荷（或无限远）出发、负电荷（或无限远）终止

（2）任两条电场线不相交

（3）电场线的疏密表示电场的强弱

［过渡语］电场线究竟如何分布、形状如何，可以用实验模拟。

［演示］用蓖麻油内的悬浮头发屑模拟电场线的分布情况（如图所示）。

［教师指出］此实验只是模拟电场线的分布，而不是证实电场线的存在。

［举例］如图1.3-9，带电人体的头发竖起散开，其形状即显示出电场线的分布。

［投影］电场线是为形象描述电场而引入的假想的线，而不是真实存在的线。

5、匀强电场

［投影片出示］

匀强电场：场强的大小、方向都相同的电场。

电场线的特点：间距相等的平行直线。

带有等量异号电荷的一对平行金属板，如果两板相距很近，除边缘部分外，板间电场可视为匀强电场。电场线（如图所示）

多媒体辅助教学：用多媒体模拟以上几种电场线的分布，使学生进一步熟悉电场线的分布，体会电场线的特点（见多媒体课件）。

思考题：

1．场强E是描写电场有关力的性质的物理量。为什么不直接用检验电荷所受的电场力F来描写，而要引入电场强度这个物理量？

目的：进一步巩固场强的概念，明确场强E与电场力F的联系与区别。

2．由点电荷的场强公式 ，能否求点电荷所在处（即r=0）的场强？结果如何？为什么？

目的：进一步使学生明确，点电荷（理想模型）建立的条件。

〔如时间富裕，在课堂上讨论，如时间不够，请学生在下面思考、讨论，下节课再做总结〕

（三）课堂总结、点评

教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。

学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。

点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。

教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。

（四）实例探究

☆对电场强度的概念的理解

【例1】电场中有一点P，下列说法中正确的有

A.若放在P点的电荷的电量减半，则P点的场强减半

B.若P点没有检验电荷，则P点场强为零

C.P点的场强越大，则同一电荷在P点受到的电场力越大

D.P点的场强方向为放在该点的电荷的受力方向

解析：正确答案是C.

为了知道电场中某点的场强，我们可以把一个检验电荷放于该点，其受到的电场力F与自身电量q的比值可反映该点电场的强弱，但这个比值对这一点来讲是个定值，即该点的场强由电场本身决定，与检验电荷大小、正负、有无都无关系。所以A、B选项错误。

选项C考查电场力公式F＝qE，当q一定时，E越大，F就越大。

选项D错是因为没有明确是正电荷，若是负电荷，其受力方向与场强方向相反。

☆点电荷的电场强度 电场强度的叠加

【例2】在真空中有两个点电荷q₁和q₂，分别位于A和B，相距20cm，q₁为4×10^-8C，q₂为－8×10^-8 C。则

（1）在AB连线上A点的外侧离A 点20cm处的D点场强大小、方向如何?

（2）能否在D点处引入一个带负电的点电荷-q，通过求出-q在D处受合电场力，然后根据E=求出D处的场强大小和方向?

解析：（1）q₁在D点产生的场强

N/C=9×10³ N/C，方向向右。

q₂在D点产生的场强

N/C=4.5×10³ N/C，方向向左。

D点的合场强

N/C，方向向右。

（2）可以。因为电场中某点的场强由电场本身决定，与放入电荷无关，不论放入电荷的电量是多少，也不论放入电荷的正、负，该点的场强大小、方向是确定的。

说明：电场强度是矢量，因此在计算过程中要明确其方向。电场的叠加也要遵守矢量合成法则。因本题中q₁、q₂在D点产生的场强方向在一条直线上，故矢量合成简化为了代数加减。

☆电场知识的综合应用

【例3】如图所示，A为带正电Q的金属板，沿金属板的垂直平分线，在距板r处放一质量为m、电量为q的小球，小球受水平向右的电场力偏转θ角而静止。小球用绝缘丝线悬挂于O点，试求小球所在处的电场强度。

解析：分析小球的受力如图所示。由平衡条件得：F_电＝mg·tanθ.

∴小球所在处的电场强度：

小球带正电荷，因此电场强度方向水平向右。

说明：学生常出的错误是，据库仑定律求小球受到的电场力 ，得P点的场强为。要注意带电金属板A不能当成点电荷。电场强度是矢量，不仅要求出大小，还要明确方向。

作业

布置

1、课下阅读课本P15阅读材料《法拉第和场的概念》

2、书面完成P₁₆“问题与练习”第6、7题；思考并回答第1至5题。

教后感

(学习总结)

电场是一种特殊的物质。对这一点的认识，课本是先从电荷间的相互作用要通过物质做媒介引进电场的.电场因为它看不见、摸不着，比较抽象，故可先把它接受下来，在学习中逐渐加深对它的认识。

电场强度是本章的重点，它的概念的建立又是本章的学习难点.对它的引入，采用直观的，学生易接受的方法——实验，使学生能够真正理解电场强度的物理含义。

电场线是为形象描述电场而引入的假想的线，并不真实存在，但它的形状可以显示出来。基于这一点，对电场线的教学，采取了实验，多媒体模拟的手段，使学生能直观地清楚几种电场线的分布，总结出电场线的特点。

电场线虽不是本章重点，但它可以形象描述电场强度、电势，对本章的重点概念——电场强度、电势的理解有很大作用，故电场线的教学也是很关键的。