爱华网§1.3 电场强度
一、教材分析及学情分析
【教材分析】
本章具有概念多，综合知识性强，概念比较抽象等特点。电场强度是“静电场”这一章中的重要概念概念之一，在高中物理中也占有十分重要的地位，是本节教学的重点也是难点。电场强度的概念比较抽象是学生较难理解的概念之一。电场强度的概念与后面将要学习的“电势能”、“电功”、“电势”、“电势差”等概念联系密切。比值定义法的思想对后面的“电势”、“电势差”等概念的学习都有及大的帮助。
电场强度的概念点、电荷的电场及场强叠加原理，这几个重要的知识点都可充分调动学生科学的探究的积极性，探究寻找描述电场的物理量，探讨点电荷的电场。要让学生亲历科学探究的过程，体会探究成功的乐趣。同时要让学生弄清建立概念的背景，把抽象的概念形象化便于学生理解。
根据课程标准的要求，本章以研究电场为核心内容。在认识和使用示波器的过程中，创设学习电场的情景，激发学生探究电场的兴趣，引导学生从力的角度探究电场的性质，更好的认识电场，为后面的学习做好知识准备。
物理知识的学习，是在已有的基础知识不断加深、不断扩展的学习过程，本节教材通过观察电子束在偏转电极间发生偏转的现象，初步对电荷在电场中受力产生直接认识，库仑定律很自然的应用对认识电场力的性质提供理论帮助。
教材中对电场这一种特殊物质做出定量描述，引入试探电荷这一理想化模型对研究电场性质和规律提供了帮助。
目前学生分析和探究问题的意识不是很强，尤其理论层面的分析，观察（或分析）现象、指出问题和指明方法需要合作才能得以实现。电场的性质的认识反映在场源电荷Q，试探电荷q，空间位置r上，多个变量的讨论在研究物理规律中比较多，也比较典型。给予学生必要、恰当的引导，恰到好处的指明讨论的方向，是本节课的关键。学生的认识要不断加深，有关规律的描述，条理要清，关系要明。这既是一种方法，也是一种态度。
【学情分析】
本章概念抽象性比较强，前后联系密切，学生通过一次学习理解透彻较难。本节课可让学生初步认识到电场强度是描述电场的物理量，是反映电场本质属性的物理量。体会探究过程。通过一段时间的学习逐步深化对电场强度概念的理解。
学生在新课程学习中，已初步领会探究的主要环节和方法，也已形成合作、交流的良好习惯。在教学中适时的引导和帮助对学生建立信心很有必要，体会合作学习带来的快乐，要让学生的成就感在学习过程中体现出来。
二、设计思路
教材通过与学生一起重视物理规律发现和物理概念形成的过程，以体验科学研究方法，开拓学生视野，提高学生素养，并分享科学探究的艰辛与快乐；具体的处理方式是，定性分析实验得出影响电场力大小的因素，再半定量地给出电场强度的比值定义式。对于看不见摸不着的电场来说，我们并没有直接研究电场强度，而是通过电场的基本性质――对放入其中的电荷产生力的作用，半定量研究不同位置的电场力的大小，这是一种研究的转换思想。这个半定量的研究方法是什么？如何操作才能半定量得出？教材并没有具体给出演示实验或相关说明。根据新课程改革的精神，结合学校仪器设备的实际情况，我们设想和学生一起完成一个较为完整的探究实验过程：先用实验定性探讨影响电场力大小的因素，以此为基础确定影响电场力大小的相关物理量，并猜想电场力与相关量的具体数学关系．
新课程改革要求改变以往过于注重知识传授的状况，改变学生知识的获得全部通过教师的一言堂的灌输，而要注重课堂的互动，注重学生获得知识的过程，使学生获得基础知识与基本技能的过程中，也成为学会学习和形成正确价值观的过程，成为培养学生创新精神和实践能力的过程，实现学生的终身发展．新课程改革要求健全学生人格，帮助学生树立终身学习的愿望并具备一定的学习能力，就必须努力使课堂学习成为全面培养学生素质的过程．对于本节课希望能在新课标的指导下作出一些有效的尝试．
本节以“电荷间相互作用如何发生”为探究的开始，以“如何描述电场的强弱”为主要探究问题，以“点电荷的电场及场强叠加原理”为具体应用，具体操作思路是：
1．教师指导学生阅读“法拉第和场的概念”，培养学生阅读、汲取信息的能力；初步了解场的概念。
2．通过实验模拟和定量分析的方法探究描述电场强弱的物理量。
3．通过练习巩固加深对电场强度概念的理解，探讨点电荷的电场及场强叠加原理。
三、、教学目标
1．知识与技能
（1）知道电荷间的相互作用是通过电场发生的，知道电场是一种特殊的物质形态；
（2）理解和掌握电场力与电场强度和试探电荷的电荷量的关系；
（3）处理多个变量时，初步掌握控制变量法的技能；
（4）体会比值定义法的物理量的含义；
（5）推导并掌握点电荷的场强公式，知道电场的叠加原理，会进行简单计算．
2．过程与方法
（1）通过设置问题启发学生思考，使学生初步掌握研究抽象物理量的思维方法；
（2）通过组织探究和验证实验过程，训练学生观察与总结的能力，运用数学的控制变量法和比值定义法处理物理问题的方法；
（3）在电场强弱的描述中体会探究过程，体会“比值定义”的方法，体会“求异法”的思想，了解借助一些媒介物（试探电荷），把不能直接把握的现象（电场强弱）暴露出来的研究方法．
（4）让学生亲身经历科学规律探究过程，认识探究意义、尝试探究方法、培养探究能力和创新精神；
3．情感、态度与价值观
（1）通过对场的概念学习，知道自然界有两种物质－－实物粒子和场，提高对客观世界的认识层次；
（2）通过探究和验证等活动，培养学生与人交流的合作精神，以及关注社会、积极参与的意识；
（3）通过领略自然界的奇妙与和谐，增强学生对科学的好奇心与求知欲，使学生乐于探究自然界的奥秘，初步体会物理学中的和谐美与统一美；
（4）通过看不见、摸不着的特殊物质存在所体现出的特点，将抽象的问题变成直观可以研究的问题；
（5）通过探究培养学生实事求是、精益求精、锲而不舍的探索精神．
四、教学重点和难点
【教学重点】
1．探究思想、探究过程、探究方法的渗透；
2．电场强度的定义式的获得过程；
3．矢量叠加原理的进一步深化．
【教学难点】
1．将学生的学习方式由被动接受转变味主动而有方向和目的的探究；
2．半定量研究与验证电场强度的大小时的思想；
3．将抽象的概念和公式通过比值定义法、试探法、控制变连法研究的思路．
五、教学方法和教学用具
【教学方法】
采用探究式教学，通过定性与半定量的研究科学规律的发现过程，观察并概括实验现象提出假说和猜想，涉及半定量实验以验证假说和猜想，辅助计算机多媒体教学动画课件将实验进一步具体和清晰化，初步发现物理规律．
【教学用具】
PowerPoint课件，直尺，感应起电机，金属箔小球
六、教学过程设计
（一）引入新课
问题引入：电荷间的相互作用力是怎样产生的？
上一堂课我们学习了库仑定律，下面请一个同学简单描述一下这个定律的内容。
学生描述:(……)
【问题】下列的几种力，哪些力需要接触才能发生，哪些力不需要接触就能发生？
A、弹力B、磁力C、摩擦力D、万有引力E、静电力
学生结论:弹力、摩擦力是接触力，其余的是非接触力。
（二）新课教学
第3节 电场 电场强度
1、电场：
启发学生从哲学角度认识电场，理解电场的客观存在性，不以人的意识为转移，但能为人的意识所认识的物质属性．
利用课本图说明：电荷A和B是怎样通过电场与其他电荷发生作用．电荷A对电荷B的作用，实际上是电荷A的电场对电荷B的作用；电荷B对电荷A的作用，实际上是电荷B的电场对电荷A的作用．
（1）电荷之间的相互作用是通过特殊形式的物质——电场发生的，电荷的周围都存在电场.
特殊性：不同于生活中常见的物质，看不见，摸不着，无法称量，可以叠加.
物质性：是客观存在的，具有物质的基本属性——质量和能量.
（2）基本性质：主要表现在以下几方面
①引入电场中的任何带电体都将受到电场力的作用，且同一点电荷在电场中不同点处受到的电场力的大小或方向都可能不一样.
②电场能使引入其中的导体产生静电感应现象.
③当带电体在电场中移动时，电场力将对带电体做功，这表示电场具有能量.
可见，电场具有力和能的特征
提出问题：同一电荷q在电场中不同点受到的电场力的方向和大小一般不同，这是什么因素造成的？引出电场强度的概念：因为电场具有方向性以及各点强弱不同，所以靠成同一电荷q在电场中不同点受到的电场力的方向和大小不同，我们用电场强度来表示电场的强弱和方向．
2、电场强度(E)：
由图1.2-1可知带电金属球周围存在电场。且从小球受力情况可知，电场的强弱与小球带电和位置有关。引出试探电荷和场源电荷
（1）关于试探电荷和场源电荷
注意：检验电荷是一种理想化模型，它是电量很小的点电荷，将其放入电场后对原电场强度无影响
指出：虽然可用同一电荷q在电场中各点所受电场力F的大小来比较各点的电场强弱，但是电场力F的大小还和电荷q的电量有关，所以不能直接用电场力的大小表示电场的强弱．实验表明：在电场中的同一点，电场力F与电荷电量q成正比，比值F/q由电荷q在电场中的位置所决定，跟电荷电量无关，是反映电场性质的物理量，所以我们用这个比值F/q来表示电场的强弱．
（2）电场强度
①定义：电场中某一点的电荷受到的电场力F跟它的电荷量q的比值，叫做该点的电场强度，简称场强．用E表示。
公式（大小）：E=F/q（适用于所有电场）
单位：N/C意义P11
提出问题：电场强度是矢量，怎样表示电场的方向呢？
②方向性：物理学中规定，电场中某点的场强方向跟正电荷在该点所受的电场力的方向相同．
指出：负电荷在电场中某点所受的电场力的方向跟该点的场强方向相反．
带领学生讨论真空中点电荷周围的电场，说明研究方法：将检验电荷放入点电荷周围的电场中某点，判断其所受的电场力的大小和方向，从而得出该点场强．．
唯一性和固定性
电场中某一点处的电场强度E是唯一的，它的大小和方向与放入该点电荷q无关，它决定于电场的源电荷及空间位置，电场中每一点对应着的电场强度与是否放入电荷无关.
带领学生总结出真空中点电荷周围电场的大小和方向．在此过程中注意引导学生总结公式E=F/q和E=kQ/r2的区别及联系．
3、（真空中）点电荷周围的电场、电场强度的叠加
（1）点电荷周围的电场
①大小：E=kQ/r2（只适用于点电荷的电场）
②方向：如果是正电荷，E的方向就是沿着PQ的连线并背离Q；如果是负电荷：E的方向就是沿着PQ的连线并指向Q．
说明：公式E=kQ/r2中的Q是场源电荷的电量，r是场中某点到场源电荷的距离．从而使学生理解：空间某点的场强是由产生电场的场源电荷和该点距场源电荷的距离决定的，与检验电荷无关．
提出问题：如果空间中有几个点电荷同时存在，此时各点的场强是怎样的呢？带领学生由检验电荷所受电场力具有的叠加性，分析出电场的叠加原理．
（2）电场强度的叠加原理：某点的场强等于该点周围各个电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和．
先分析方法后举例：先在同一直线再不在同一直线。
例如：课本图中P点的场强，等于＋Q1在该点产生的场强E1和Q2在该点产生的场强E2的矢量和．从而使学生进一步理解到，任何带电体都可以看做是有许多点电荷组成的．利用点电荷场强的计算公式及叠加原理就可以计算出其周围各点场强．
【例题】在真空中有两个点电荷Q1=＋3.0×10-8C和Q2=－3.0×10-8C，它们相距0.1m，求电场中A点的场强．A点与两个点电荷的距离相等，r=0.1m
分析：点电荷Q1和Q2的电场在A点的场强分别为E1和E2，它们大小相等，方向如图所示，合场强E在E1和E2的夹角的平分线上，此平分线跟Q1和Q2的连线平行．
解：E=E1cos60°＋E2cos60°=2E1cos60°=2kQ1cos60°/r2代入数值得E=2.7×104N/C
可以证明：一个半径为R的均匀球体（或球壳）在外部产生的电场，与一个位于球心的、电荷量相等的点电荷产生的电场相同，球外各点和电场强度一样，即：E=kQ/r2
4、电场线
（1）电场线：电场线是画在电场中的一条条有方向的曲线，曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度的方向。
（2）电场线的基本性质
①电场线上每点的切线方向就是该点电场强度的方向.
②电场线的疏密反映电场强度的大小(疏弱密强).
③静电场中电场线始于正电荷或无穷远，止于负电荷或无穷远.它不封闭，也不在无电荷处中断.
④任意两条电场线不会在无电荷处相交(包括相切)
⑤沿着电场线电势逐渐降低
【演示】模拟电场线，介绍各种点电荷电场线的分布情况。
指出：电场线是为了形象描述电场而引入的，电场线不是实际存在的线。
5、匀强电场
(1)定义：电场中各点场强的大小相等、方向相同的电场就叫匀强电场.
(2)匀强电场的电场线：是一组疏密程度相同(等间距)的平行直线.例如，两等大、正对且带等量异种电荷的平行金属板间的电场中，除边缘附近外，就是匀强电场.
常见电场的电场线
（三）◎巩固练习
1．下列说法中正确的是：[ABC ]
A．只要有电荷存在，电荷周围就一定存在着电场
B．电场是一种物质，它与其他物质一样，是不依赖我们的感觉而客观存在的东西
C．电荷间的相互作用是通过电场而产生的，电场最基本的性质是对处在它里面的电荷有力的作用
2．下列说法中正确的是：[BC ]
A．电场强度反映了电场的力的性质，因此场中某点的场强与检验电荷在该点所受的电场力成正比
B．电场中某点的场强等于F/q，但与检验电荷的受力大小及带电量无关
C．电场中某点的场强方向即检验电荷在该点的受力方向
D．公式E=F/q和E=kQ/r2对于任何静电场都是适用的
3．下列说法中正确的是：[ACD ]
A．场强的定义式E=F/q中，F是放入电场中的电荷所受的力，q是放入电场中的电荷的电量
B．场强的定义式E=F/q中，F是放入电场中的电荷所受的力，q是产生电场的电荷的电量
C．在库仑定律的表达式F=kq1q2/r2中kq2/r2是电荷q2产生的电场在点电荷q1处的场强大小，此场对q1作用的电场力F=q1×kq2/r2，同样kq1/r2是电荷q1产生的电场在点电荷q2处的场强的大小，此场对q2作用的电场力F=q2×kq1/r2
D．无论定义式E=F/q中的q值(不为零)如何变化，在电场中的同一点，F与q的比值始终不变
4．讨论电场力与电场强度的区别于联系
（四）课堂小结
1．对比法推知电场的存在，比值法定义电场的强度。
2．电荷间相互作用形式与本质之区别
（l）形式上：电荷对电荷的作用——非接触力。
（2）本质上：电场对电荷的作用——接触力。（受电场力作用的电荷肯定处于电场中）
引申：学习物理要透过现象看本质。
3．场强几种表达式的对比
（l）E=F/q——定义式，适用于任意电场。
（2）——决定式，适用于真空中点电荷形成的电场。
（五）作业布置
1、复习本节课文
2、课本“问题与练习”第(2)、(5)、(6)、(7)题．
参考题
1、在电场中某一点，当放入正电荷时受到的电场力向右，当放入负电荷时受到电场力向左，下列说法正确的是：[]
A．当放入正电荷时，该点的场强向右，当放入负电荷时，该点的场强向左
B．只有在该点放入电荷时，该点才有场强
C．该点的场强方向一定向右
D．以上说法均不正确
2、真空中，两个等量异种点电荷电量数值均为q，相距r．两点电荷连线中点处
的电场强度的大小为：[]
A．B．2kq/r2C．4k/r2 D．8kq/r2
3．真空中，A，B两点上分别设置异种点电荷Q1、Q2，已知两点电荷间引力为10N，Q1=1.0×10-2C，Q2=2.0×10-2C．则Q2在A处产生的场强大小是________N/C，方向是________；若移开Q2，则Q1在B处产生的场强的大小是________N/C，方向是________．
七、设计说明
电场是一种客观存在的物质，但它又是看不见、摸不着的，描述它的电场强度的概念又较为陌生和抽象，很难被学生接受，如果借助于类比的方法，可以将陌生的对象与熟悉的对象相比较，寻找不同事物变化中所具有的共性，给这些陌生的、抽象的、不易理解的事物（概念、规律）赋予间接的、形象的、通俗易懂的形象，有利于启发学生思路，化难为易，使学生顺利而全面地认识物理现象和物理规律，达到知识的正迁移，形成物理概念和掌握物理知识。
作为知识与技能的要求，“电场”的概念是本节内容的重点，但我认为，新课程的理念就是要改变旧的、只关注基础知识和基本技能学习的观念，而注重提升全体学生的科学素养，在知识与技能、过程和方法、情感态度与价值观三个维度培养学生，为学生的终身发展，从容应对社会挑战奠定基础。基础知识、基本技能固然重要，可经历科学探究过程，领略科学思想方法将使人受益终身。因此我决定把本节课的重心放在建立电场概念的基本思想方法“类比”上，说明“类比”是将知识从一场景有效的迁移到另一场景并建立新知识的良好方法。使学生在学习知识中领略思想，在体验方法中掌握知识
1．电场强度是表示电场强弱的物理量，因而在引入电场强度的概念时，应该使学生了解什么是电场的强弱，同一个电荷在电场中的不同点受到的电场力的大小是不同的，所受电场力大的点，电场强．
2．应当使学生理解为什么可以用比值F/q来表示电场强度，知道这个比值与电荷q无关，是反映电场性质的物理量．
用比值定义一个新的物理量是物理学中常用的方法，应结合学生前面学过的类似的定义方法，让学生领会电场强度的定义．
3．应当要求学生确切地理解E=F/q和E=kQ/r2这两个公式的含义，以及它们的区别和联系．
4．应用电场的叠加原理进行计算时不应过于复杂，一般只限于两个电场叠加的情形．通过这种计算，使学生理解场强的矢量性
5．电场线是为了形象描述电场而引入的，电场线不是实际存在的线。
八、教后反思
1.在教学过程中，教师通过举例让学生进行分辨、对比，教师通过提示、启发、总结，使学生牢固掌握知识，理解和掌握类比这一研究方法，并能应用到其他知识的学习上，从而提高了学生解决实际问题的能力。
2.在教学过程中发现学生对电场的叠加还是不太清楚。
3.对于两个公式的理解以及电场强度的定义还存在问题，要通过题目去强化。
4.对于几种典型问题，学生死记答案，要让他们养成分析题目的习惯。
