教科版高中物理选修31《电场 电场强度和电场线》教学设计新版.docx
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教科版高中物理选修31《电场电场强度和电场线》教学设计新版
1.3《电场电场强度和电场线》
一、指导思想与理论依据
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”等概念的学习都有极大的帮助。
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探究的积极性，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。
新课程改革要求改变以往过于注重知识传授、学生知识的获得全部通过教师一言堂灌输的状况，而要注重课堂的互动，注重学生获得知识的过程，使学生在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．
二、教学背景分析
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。
三、设计思路
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。
四、本课教学目标及教学资源
【教学目标】
（一）知识与技能
1．了解物理学史上对电荷间相互作用力的认识过程。
2．知道电荷间的相互作用是通过电场发生的，电场是客观存在的一种特殊的形态。
3．理解电场强度的概念及其定义，会根据电场强度的定义进行有关的计算。
知道电场强度是矢量，知道电场强度的方向是怎样规定的。
4．能根据库仑定律和电场强度的定义推导点电荷场强的计算式，并能用此公式进行有关的计算。
5．知道场强的叠加原理，并能应用这一原理进行简单的计算。
（二）过程与方法
1．经历“探究描述电场强弱的物理量”的过程，获得探究活动的体验。
2．领略通过电荷在电场中所受静电力研究电场、理想模型法、比值法、类比法等物理学研究方法。
（三）情感态度与价值观
1．体验探究的艰辛与喜悦。
2．学习科学家严谨的科学态度。
【教学重点】
1．探究描述电场强弱的物理量。
2．理解电场、电场强度的概念，并会根据电场强度的定义进行有关的计算。
【教学难点】
探究描述电场强弱的物理量。
【教学时间】1课时
【教学用具】多媒体课件
五、教学过程与教学资源设计
教师活动
学生活动
设计思想
达到目标
提
问
回
顾
引
入
展示课件问题引入课题：
1．两个点电荷间产生作用力，需要直接接触吗？
2．两个点电荷间的作用力，是如何产生的？
（电荷间的作用力是通过什么物质传递的？
是超距离作用吗？
）
3．教师指导学生阅读附加材料“法拉第和场的概念”
1．学生思考问题并进行解答。
答：
电荷间产生相互作用力，不需要直接接触。
2．明确所要研究的任务。
通过阅读培养学汲取信息的能力；初步了解场的概念。
3．电荷间的作用力是通过电场传递的。
1．通过问题引导学生思考：
电荷间产生作用力，不需要直接接触。
由此引入课题。
2．激发学生学习的欲望和好奇心。
培养学生阅读和独立思考问题的能力。
3．通过对物理学史的了解，体会科学家科学研究的艰辛及成功的喜悦。
认
识
电
场
1．教师启发引导：
电场是什么？
2．教师：
场是一种“物质”──它和分子、原子组成的实物一样具有能量、质量和动量，电视机、收音机信号的发射与接收就是电磁场在空间的传播；
“特殊”──看不见、摸不着；
“存在于电荷周围”
概念：
电场是存在于电荷周围的一种特殊的物质。
教师：
场与实物是物质存在的两种不同形式。
3．课件展示：
电荷之间通过电场相互作用
教师：
任何物体间力的作用都要通过物质传递
1．学生阅读思考，并进行解答。
答：
电场是一种“物质”。
2．进一步明确理解电场的概念。
体会“电场”与通常物质的相同与不同之处。
3．理解电场是传递电荷之间相互作用的物质。
1．培养学生从阅读中获取知识，并进行深入分析归纳的能力。
2．通过理解场与实物是物质存在的两种不同形式，使学生认识到随着科学的不断进步，人类对物质形态的认识也在不断深入。
3．体会任何物体间力的作用都要通过物质传递。
寻
找
探
究
电
场
的
工
具
1．试探电荷和场源电荷
（1）教师提问：
若你看不见带电体，你如何知道空间是否存在电场呢？
教师：
对！
把电荷放入电场中，通过研究电荷所受力的情况，才有可能了解电场的性质。
总结：
电场对放入其中的其他电荷具有力的作用。
在研究电场的性质时，可从静电力入手。
教师：
上图中的带电小球是用来检验电场是否存在及强弱分布情况的，称为试探电荷，或检验电荷；
被检验的电场是带电金属球O所激发的，金属球O所带的电荷称为场源电荷，或源电荷。
2．讨论：
试探电荷带电太多，或体积太大好不好？
教师总结，明确答案。
（1）学生思考回答。
答：
用带电小球放在空间，观察它是否受力的作用而偏转。
学生思考，体会
试探电荷，场源电荷的概念。
明确研究电场的方法——利用试探电荷所受的力来研究电场的性质
（2）学生思考回答。
答：
体积太大无法研究电场中某点的性质。
试探电荷带电太多，会影响场源电荷的电场。
1．使学生认识到用带电小球可检验电场是否存在。
激发学生探究电场的热情，为引入试探电荷的概念作铺垫。
2.通过设疑使学生明确研究电场的方法：
利用试探电荷所受的力来研究电场的性质。
探
究
电
场
的
强
弱
与
哪
些
因
素
有
关
2．探究电场的强弱可能与哪些因素有关
（1）教师设疑：
把电荷放入电场中不同的地方，所受力一般不同，说明什么问题？
（2）教师:
电场的强弱与哪些因素有关呢？
如何描述电场的强弱呢？
请同学们展开讨论。
教师归纳学生猜想及设计的方案：
探究方案：
把试探电荷放入电场中，逐一改变场源电荷的电荷量，试探电荷放入电场中的位置，试探电荷的电荷量，观察试探电荷所受的力是否改变。
（3）利用课件模拟探究过程
要向学生说明，此实验演示因难度较大，改用课件展示：
模拟实验的动画演示。
①试探电荷放在同一位置逐渐增加场源电荷的电荷量观察试探电荷所受的力（通过小球的偏转反映）。
观察现象，能得到什么结论？
②把同一试探电荷放在不同位置观察试探电荷所受的力大小及方向。
观察现象，能得到什么结论？
教师总结：
电场中某点的强弱与场源电荷的电荷量及离源电荷的距离有关。
③把电荷量不同的试探电荷放在同一位置（A）观察所受的力。
教师展示图片
（1）
教师：
上述实验能否说明放入的试探电荷电荷量越大，则A处的电场越强?
教师：
这里用试探电荷所受的力F并不能反映电场的强弱。
（1）学生思考回答：
说明电场中不同的地方电场的强弱不同。
（2）同学们思考讨论猜想，设计探究方案。
答：
电场的强弱可能与场源电荷，各点的位置，及试探电荷都有关。
总结探究方案明确探究的步骤。
（3）学生通过观察模拟实验现象，思考归纳总结模拟实验结论。
学生回答①：
与源电荷的电荷量有关，源电荷的电荷量增加，同一位置的电场变强。
学生回答②：
电场中不同位置电场强弱不同。
学生回答③：
把电荷量不同的试探电荷放在同一位置所受的力不同。
学生回答③：
不能，
因为同一位置的电场应该是不变的。
体会力并不是反映电场强弱的物理量。
1．学习拟定简单的科学研究的计划和实验方案，培养学生设计实验，探究实验的能力，独立思考与集体协作相结合。
激发学习物理的兴趣，加深对电场强度的理解。
2．讨论电场的强弱与哪些因素有关，使学生对电场强弱有一个感性认识。
培养学生分析问题的能力。
3.通过实验的探究结论，培养学生的观察，归纳实验结论的能力。
培养学生从物理现象和实验探究中发现科学规律的习惯，使学生认识到实验、分析，论证在科学探究中的重要性。
能从实验现象中归纳出实验结论。
体会电场强弱与源电荷的电荷量离源电荷的距离有关。
通过实验③，使同学们意识到试探电荷所受的力F并不能反映电场的强弱。
为后面的探究打下基础。
探
究
描
述
电
场
强
弱
的
物
理
量
3．探究描述电场强弱的物理量
（1）讨论：
我们用什么物理量来表示电场的强弱呢？
教师提示：
这个物理量是来表示电场的强弱的，与试探电荷无关。
师生共同分析：
把放在A处的试探电荷+q，换成2+q，3+q，则试探电荷所受的力由F1变成2F1，3F1，但F/q的比值不变，恰与试探电荷无关.
教师展示图片
（2）。
（2）我们把上述实验通过表格定量地分析：
（多媒体展示表格）
将表格填完整，并分析、比较表格中的数据有什么特点和规律，看你能否得出如何来描述电场强弱的方法。
学生回答后依次填入：
①F1、F2、F3及F1＜F2＜F3；
②F1、2F1、3F1等。
表一：
（A位置）根据图片
（1）填写
试探电荷
q
2q
3q
静电力
F1
2F1
3F1
表二：
（B位置）根据图片
（2）填写
试探电荷
q
2q
3q
静电力
F2
2F2
3F2
教师：
分析表1或表2你能得出什么结论？
对比表1和表2你又能得出什么结论？
教师：
回答很好！
师生共同小结：
F/q比值由电荷q在电场中的位置决定，与电荷q的电荷量大小无关，它才是反映电场性质的物理量。
教师：
在物理学中我们把放入电场中某点的电荷所受的静电力F跟它的电荷量q的比值，叫做该点的电场强度。
1．学生思考:
用什么物理量来表示电场的强弱。
学生思考；F/q的比值不变，恰与试探电荷无关，能否反映电场的强弱。
（学生思考并交流讨论）
初步了解同一位置F/q比值相同，不同位置F/q比值不同。
2.学生观察实验分析数据，总结结论，回答问题。
答：
根据表一，电场中同一点，比值F/q是恒定的，与试探电荷的电荷量无关；（同一张表格）
根据表一和表二，在电场中不同位置比值F/q一般不同。
1．明确探究目的，使学生有意识地寻找一个与试探电荷无关且能表示电场的强弱的物理量。
通过实验探究，培养学生透过现象抓住事物本质的能力。
2.通过表格定量地分析，探讨F/q的比值，能否描述电场的强弱；从而让学生亲历探究的过程，培养学生，处理数据归纳实验结论的能力。
通过适当激励评价，使学生体验成就感，达成情感价值目标。
使学生明白：
F/q才是反映电场性质的物理量。
电
场
强
度
4．电场强度
（课件）
（1）定义：
在物理学中我们把放入电场中某点的电荷所受的静电力F跟它的电荷量q的比值，叫做该点的电场强度。
（2）公式：
教师：
电场强度是描述电场的物理量，大小只与场源电荷和位置有关，与试探电荷无关。
从它的定义来看，电场强度的单位是什么？
单位：
N/C或V/m，1N/C＝1V/m
（3）电场强度的方向
教师课件：
在电场中不同位置，同种电荷受力方向不同，说明场强是矢量还是标量？
教师：
电场中同一点放入正电荷和负电荷受力方向不同，如何确定场强的方向呢？
方向：
电场中某点电场强度的方向跟正电荷在该点所受静电力的方向相同。
教师：
按照这个规定，如果放入电场中的是负电荷呢？
（4）练习：
标出A，B两点的电场方向。
1．初步理解电场强度的概念，知道它是描述电场的物理量。
2．明白公式中每个物理量的含义及单位。
3．学生阅读教材中关于电场方向的规定。
学生回答：
矢量。
学生回答：
与负电荷在电场中某点所受静电力的方向相反。
4．完成练习，能确定电场的方向。
1．通过探究过程，使学生明白：
电场强度与试探电荷无关。
2．对公式的理解，不能纯粹从数学角度理解。
3．能根据试探电荷所受的力确定电场强度的方向。
4．通过练习使学生能熟练确定，电场中某点的方向，为后面电场线的学习打下基础。
点
电
荷
电
场
的
场
强
大
小
与
方
向
点电荷是最简单的场源电荷。
设一个点电荷的电荷量为+q，与之相距为r的A点放一试探电荷，所带电荷量为+q。
1．点电荷的电场
思考：
试用所学的知识推导A点的场强的大小，并确定场强的方向。
教师可适当提示：
先计算F，再计算E。
（多媒体动画演示公式的推导及方向的确定方法）
教师：
电场强度与产生它的场源电荷有什么关系呢？
场源电荷的电荷量为Q，与之相距r的试探电荷量为q，根据库仑定律，试探电荷所受的力为F=kQq/r2。
如下图：
依据
可得
2．两公式的适用条件
辨析
和
的关系，强调
的适用条件。
3.电场叠加原理
教师：
若场源电荷不止一个，如何来确定电场中某点的场强？
（请两位同学板演）
4.教师：
根据场强的叠加原理对于一个比较大的不能看成点电荷的带电物体产生电场的场强如何确定？
教师：
根据以上方法，同学们设想一下一个半径为R的均匀带电球体（或球壳）周围的电场的场强，如何求解？
教师总结：
等效成电荷量集中于球心的点电荷。
1．学生回答：
学生自己推导点电荷的电场强度的计算式。
2.通过对公式
的推导过程，体会它的适用范围，仅适用于点电荷。
3.学生回答：
先求Q1和Q2分别在C处
产生的电场E1，E2。
再利用平行四边形定则求合场强。
（同学板演）
4.学生思考后回答：
无限等分成若干个点电荷。
总结本节课所学内容。
1．先让学生自己推导点电荷的电场强度的计算式，以师生互动的方式培养学生的学生计算及推理能力。
并能加深对公式的理解。
2．让学生自己推导点电荷电场的计算公式，不仅使学生记忆深刻，而且使学生能够体会成功的喜悦。
充分调动学生学习的积极性。
3．使学生进一步理解矢量叠加原理的应用。
4把复杂的问题转化为简单的物理模型，是物理学中常用的解决问题的办法。
归纳总结本节课所学内容，使知识点明确。
练习1（加深对场强的理解，探讨点电荷的场强大小与方向）
点电荷是最简单的场源电荷。
设一个点电荷的电荷量为+Q，与之相距为r的A点放一试探电荷，所带电荷量为+q。
（1）试用所学的知识推导A点的场强的大小，并确定场强的方向；
（2）若所放试探电荷为-2q，结果如何？
（3）如果移走所放的试探电荷呢？
师生共同归纳总结：
1．点电荷电场的场强大小与方向。
（多媒体动画演示方向的确定方法）
2．电场强度是描述电场（力的）性质的物理量，在静电场中，它不随时间改变。
电场中某点的场强完全由电场本身决定，与是否放入电荷，放入电荷的电荷量、电性无关！
辨析
和
的关系，强调
的适用条件。
练习2（探讨场强的叠加，巩固对场强的理解及公式的灵活运用，加强计算能力培养）
如图所示，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，A点与两个点电荷的距离r相等，r＝0.1m。
求：
（1）电场中A点的场强；
（2）在A点放入电荷量q＝－1×10-6C，求它受的电场力。
教师：
题中场源电荷不止一个，如何来确定电场中某点的场强？
学生：
平行四边形定则。
教师：
根据场强的叠加原理对于一个比较大的不能看成点电荷的带电物体产生电场的场强如何确定？
学生思考后回答：
无限等分成若干个点电荷。
教师：
根据以上方法，同学们设想一下一个半径为R的均匀带电球体（或球壳）外部产生电场的场强，如何求解？
学生思考后回答：
等效成电荷量集中于球心的点电荷。
小结
（多媒体依次投影，并简述）
通过本节课的学习，我们知道电荷间的相互作用是通过电场发生的，电场是存在于电荷周围的一种特殊的物质，它最基本的特征是对放入其中的电荷具有力的作用。
正是利用电场的这一特性，我们通过研究试探电荷所受静电力的特点，引入了描述电场强弱的物理量──电场强度。
电场强度是用比值法定义的，它是矢量，有方向。
电场、电场强度的概念是电学中最重要的概念之一，它的研究方法和定义方法也是物理学中比较常见的方法。
作业
课本15页第1﹑2﹑3题。
板书设计：
一、认识电场
客观存在的一种特殊的物质。
二、电场强度
1．定义：
2．公式：
3．单位：
4．方向：
跟正电荷在该点所受静电力的方向相同
三、点电荷的电场强度
1．推导：
2．大小：
3．方向：
四、电场强度的叠加
课堂流程图：
五、学习效果评价
探究描述电场强弱的物理量是本节课的重难点内容之一，应给学生充分的思考时间，并让学生相互交流讨论，教师还可进行适当启发引导。
另外，探究时间很难控制，在内容处理上应做到详略得当，发挥学生的主动性，如对点电荷的场及练习题的处理，尽可能由学生完成。
适当的鼓励，有助于激发学生学习的学习兴趣。
六、点评
本节教学设计突出了概念的建立和方法的渗透，特别是定义法来定义物理量的方法及类比的应用，因而在本节课的教学过程中教师注意这方面的培养和渗透。
这堂课有下几个特点。
1．教学设计更注重的是基础知识的建立和应用，对于新的抽象概念的学习，尽量启用学生的知识储备中已有的知识，通过类比、分析，使得抽象概念能够较顺利地建立，本节内容通过教学实践证实是切实可行的，既发挥了学生主观能动性，又能够较准确吸引重要知识点，着重渗透物理学的思想方法，并为后续的教学作了很多铺垫。
2．教学设计改进了过去的以教为主的教学方式，调动学生积极思考，发挥主观能动作用，体现学生主体地位。
3．教学设计突出实验教学在课堂中的地位，利用实验分析，定性与定量相互结合，使具体现象直观表达抽象概念，并充分运用学生实验操作与多媒体动画课件辅助，动画模拟扩大实验成效。
4．探究描述电场强弱的物理量是本节课的重难点内容之一，应给学生充分的思考时间，并让学生相互交流讨论，教师还可进行适当启发引导。
另外，探究时间很难控制，在内容处理上应做到详略得当，发挥学生的主动性，如对电场及练习题的处理，尽可能由学生完成。
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