《电场强度》教学设计

发布时间: 2020-06-28 13:56:01 【浏览字号: 来源: 教育厅新闻办
《电场强度》教学设计*

郑州外国语学校 司德平
 
  教材分析
 
  《电场强度》为人教版课标教材物理选修3-1第一章静电场的第3节,计划2课时,本设计为第一课时的教学设计,第二课时再学习电场线、匀强电场及相关例题。
 
  静电场是整个高中物理电磁学的基础,教材分别从电荷在电场中受力和电场力做功两个角度研究静电场力和能的基本性质。而电场强度是描述电场力的性质的物理量,用比值法定义电场强度对以后学习电势、电容和磁感应强度等概念有着重要的意义,将直接影响到学生认知能力的发展和思维能力的培养。
 
  学情分析
 
  学生在初中阶段已学习过磁场,在高中阶段已具备前概念场力:万有引力和库仑力,并且已学习过用比值法定义密度、速度、加速度、电阻,同时本章第二节已学习过理想模型点电荷,这样有利于学生进行电场和电场强度的上位学习,建构新的认知结构。
 
  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实现的,知道电场是物质客观存在的形式之一;
 
  (2)理解电场强度的定义,会根据电场强度的定义式进行有关的计算;
 
  (3)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,并能进行有关的计算;
 
  (5)知道电场强度的叠加原理,并能应用这个原理进行简单的计算。
 
  2.过程与方法:
 
  (1)通过电场强度的建立过程,体会间接研究法、控制变量法、比值定义法等重要的研究方法;
 
  (2)通过电场强度的计算和场强的叠加,提高学生的理解和分析问题的能力。
 
  3.情感态度与价值观:
 
  (1)通过对电场概念的学习,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)从电场强度概念的建立过程,体会物理学的简洁与应用之美;
 
  (3)培养讨论交流、合作探究的的习惯。
 
  教学重难点
 
  1、教学重点:电场、电场强度概念的建立过程。
 
  2、教学难点:电场的物质性,场强的定义、理解及叠加。
 
  3、重点难点突破方法:演示实验、自主研究与理论分析相结合。

  教学方法
 
  实验分析法、引导发现法、设疑探究法等。
 
  教学过程
 
  (一)新课引入
 
  1、欣赏大卫的魔术表演:手不接触就让小纸团运动起来
 
  揭秘:通过一根透明的绳子
 
  提出:现实中有没有不通过实物接触就可以发生的相互作用呢?
 
  2、老师表演另外两个魔术:
 
  魔术1:手指不接触就可以带动小物体转动。
 
  揭秘:小物体是包有白纸的小磁针,手里藏有小磁铁,它们通过磁场发生相互作用的。
 
  提出:磁场是一种看不见的物质。
 
  魔术2: 拿在手中的“菊花”自动开放。
 
  揭秘:让站在橡胶垫上的人体带电,使手中的丝线因带同种电荷而排斥。
 
  提出:散开的花瓣也没有接触,是通过什么发生相互作用的呢?——电场。
 
  这节课我们就来认识电场、研究电场。

  (二)新课教学
 
§1.3-1 电场强度
 
  一、电场(Electric field)

  1.历史简介
 
  最初,大部分物理学家认为,静电力不通过任何介质就立即发生作用,并被称为“超距作用”。19世纪30年代,英国物理学家法拉第提出了“场”的模型,“场”的模型从基本概念上突破了经典力学的框架,为建立近代物理开创了新的起点。
 
  2.对电场的认识

  实验:让泡泡球靠近起电机的金属球,小球先被吸引,接触带电后又被排斥开。
 
  设问:金属球周围看起来什么也没有,为什么能让小球的运动状态发生改变呢?
 
  学生回答后老师总结:
 
  (1)电场的基本性质:
 
  对放入其中的电荷有力的作用。这种力叫电场力(Electric field force)。
 
  (2)电场的物质性:
 
  ①电场能对放入其中的电荷有力的作用,说明它是客观存在的物质;
 
  ②电场不是由分子,原子组成的实体物质,而是一种特殊的物质;
 
  ③重力、磁力、电场力等非接触力都是通过场这种特殊的物质产生的。
 
  (3)研究电场的方法:
 
  通过放入电场中的电荷的受力来研究,这是物理学中一种常用的研究方法——间接研究法。

  二、电场强度(Electric field strength)
 
  1.建立模型

  场源电荷——产生电场的电荷(范氏起电机的金属球);
 
  试探电荷——研究电场的电荷(带电泡泡球)。
 
  为了不影响原电场,并能对电场中的各点进行细致的研究,要求试探电荷的电荷量足够小,体积足够小,试探电荷是一种理想化模型。
 
  2.演示实验
 
  把试探电荷放入电场中,发现不同位置处丝线的偏转角度或方向不同,说明不同位置处受力的大小或方向不同。
 
  总结:同一个试探电荷所受电场力的大小和方向不同,反映了电场有强弱和方向。那么我们该如何描述电场的强弱呢?
 
  猜想1:用电场力来描述电场的强弱。
 
  3.实验探究
 
  实验目的:电场的强弱与试探电荷所受电场力的关系。
 
  实验器材:范氏起电机的金属球(作为场源电荷),铁架台,用丝线悬挂的带细铜环的泡泡球(作为试探电荷),丝绸和玻璃棒(改变试探电荷的电荷量)。
 
 
  实验方案由学生分小组设计,老师演示实验后,学生观察实验现象并提出自己的分析(如上表)。
 
  在两种方案的设计中我们用到了控制变量法这种重要的研究方法,由实验现象分析可知,仅用试探电荷所受电场力来描述电场是不准确的。
 
  4.图表分析
 
  问题:在真空中点电荷Q的电场中, 距离场源电荷为2r和r处分别有A、B两点。设电荷量为q的试探电荷在B点所受电场力为F,将A、B两点放入不同电荷时所受电场力填入表格并画出A、B两点的F-q图象
 
 
  (1)同一试探电荷放入电场中的不同点A、B时,电场力的大小反映电场的强弱;
 
  (2)不同试探电荷放入电场中的同一点A时,电场力并不相同,但电场力和电荷量的比值确定。
 
  猜想2:用电场力F与电荷量q的比值来描述电场的强弱。
 
 
  (3)不同试探电荷放入电场中的同一点B时,完成表格并画出A、B两点的F-q图象。
 
  展示学生的作图情况,分析得出这个比值的特点与电场强弱的特点相吻合。
 
  精确的实验也表明:在任意电场中的同一点这个比值是确定的,说明可以用这个比值来描述电场的强弱,叫做电场强度。
 
  5.得出结论
 
  定义:放入电场中某点的电荷所受的电场力F与它的电荷量q的比值,叫做该点的电场强度,简称场强。
 
  定义式:E=F/q
 
  单位:N/C
 
  6.延伸拓展
 
  思考讨论1:能否可以说某一点的场强E与电场力F成正比,与电荷量q成反比?
 
  学生回答后老师总结出比值定义法
 
  比值定义法:物理学中,把用比值定义物理量表示研究对象的某种性质的方法。
 
  比如:物质的密度、匀速直线运动的速度、导体的电阻等。
 
  思考讨论2:场强是矢量,它的方向是否与试探电荷所受电场力的方向是一致的?
 
  学生分析电场中某点放入正电荷和负电荷时的受力方向不同,只有人为地做出规定才能确定某一点的场强方向。
 
  场强的矢量性:物理学中规定,电场强度的方向与正电荷在该点所受的电场力的方向相同。
 
  按照这个规定,电场强度的方向与负电荷在该点所受的电场力的方向相反。
 
  展示:电场中的同一点放入正电荷、负电荷时的场强方向。
 
  提问:如果这一点不放电荷,场强的方向该如何确定呢?——不变。
 
  说明:电场强度是电场的固有性质,与试探电荷无关。
 
  延伸:一旦在电场中某点放入试探电荷,它将受到电场力的作用,大小可由F=Eq来计算。
 
  三、点电荷的电场 电场强度的叠加

  1.点电荷电场的场强
 
  练习:真空中有一点电荷Q1=+3.0×(10的-8次方)C,在距此点电荷r=10cm处的A点放入点电荷q=+5.0×(10的-10次方)C,已知静电力常量k=9.0×(10的9次方)N·m²/C²,求这一点场强的大小和方向。
 
  总结:①场强的定义式E=F/q,适用于任意电场;
 
  ②场强的计算式E= k×(Q/r²),它是否也适用于任意电场?(只适用于真空中点电荷的电场)
 
  思考:若电场中某点不放试探电荷,则该点是否还存在场强?场强由哪些因素决定?
 
  通过空间某点的温度与测量工具温度计关系的类比,说明电场强度是描述电场本身性质的物理量,取决于场源电荷的电量、电性和相对位置,与该点是否放置试探电荷无关。
 
  拓展:描述点电荷周围空间的电场强弱、方向分布情况。画出正、负点电荷电场中某点的场强方向,展示电场中很多点的场强方向,体会其基本规律:正电荷光芒四射;负电荷万箭穿心。
 
  2.电场强度的叠加

  提问:若真空中同时存在两个点电荷,某一点A的场强方向该怎样表示呢?——矢量合成。
 
  设问:若真空中同时存在三个或更多的点电荷呢?(遵守平行四边形定则)
 
  电场强度的叠加原理:如果有几个点电荷同时存在,它们电场就互相叠加,形成合电场,这时空间某点的场强等于各个电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和。
 
  练习:若两个电荷为等量异种电荷,在它们的连线中垂线上,试画出某点O的场强示意图。
 
  演示:中垂线上各点场强的大小和方向变化情况。
 
  (三)巩固反馈

  根据系统科学的反馈原理,应及时进行反馈练习。反馈练习要突出基本概念和基本规律的理解。让学生自编一道选择题,诊断、巩固所学的知识。
 
  关于电场和电场强度的说法,下列正确的是:
 
  A、__________________________________;
 
  B、__________________________________;
 
  C、__________________________________;
 
  D、__________________________________ 。
 
  一组学生设计选项,由另一组做出分析,展开对抗,合作交流,思悟提升。
 
  (四)布置作业
 
  1.课后讨论:

  (1)物体间的万有引力是通过引力场发生相互作用的,地球附近的引力场称为重力场。请仿照电场强度的定义,你认为应该怎样定义重力场强度的大小和方向?试写出重力场强度的定义式。
 
  (2)地球表面附近通常还存在一个竖直方向的电场,一带负电的微粒在此电场中受到一个向上的力,判断该电场强度的方向。
 
  2.书面作业:教材选修3-1第14-15页问题与练习(1)、(2)、(7)题。
 
  3.课外阅读:美国高中主流理科教材·科学发现者《物理:原理与问题》(P.W. Zitzewitz,Physics: Principles and Problems)下册(浙江教育出版社,2008)相关内容。
 
  4.物理在线:http://www.physicspp.com/;http://www.glencoe.com/
 
  (五)板书设计
 
§1.3-1 电场强度
 
  一.电场

  二.电场强度
 
  1.定义:放入电场中某点的电荷所受的电场力F跟它的电量q的比值
 
  2.定义式:E=F/q
 
  3.单位:N/C
 
  4.方向:正电荷在该点所受电场力的方向
 
  5.电场力:F=Eq
 
  三.点电荷的电场

  1. 点电荷的场强公式:E=KQ/r²
 
  2. 适用条件:真空中的点电荷
 
  四.电场强度的叠加
 
  叠加原理: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
 
  (六)课后反思
 
  现代教育心理学研究指出,学生的学习过程不仅是一个接受知识的过程,而且是一个发现问题、分析问题和解决问题的过程。高中物理课程标准强调,通过感知活动,观察实验、经验事实等一系列实践活动,突出物理过程的教学,经过认识加工,思维整合,从而突破对物理概念的理解。因此在教学中要注重“过程与方法”,应创造条件让学生自己去体验、探究和思悟,有效促进学生智能的发展。
 
  教学流程设计