第8章B电荷的相互作用电场

上海二期课改教案徐汇.徐亚平[e-mail]1第八章B电荷的相互作用电场一、教学任务分析本节内容属于电场的基础知识，也是“场”的起点知识。其中关于“电场”的概念、规律与研究方法不仅本身是电场的核心内容，而且也是以后学习理解磁场等其他场的基础。学习本设计内容需要以力的知识、初中静电的相关知识等为基础。本设计从定性探究实验入手，通过创设情景、设问和探究性实验，定性得到电荷间的相互作用力的规律及影响其大小的相关因素；然后通过对电荷间的相互作用力产生原因的思考、相关物理史实的介绍，建立电场的概念。为形象描述电场的强弱，利用电场对电荷的作用进行探究，通过用图线的方法来描述这种作用效果，从而建立电场线的概念，并学会使用电场线形象地描述电场的强弱。为进一步精确描述电场的强弱，继续由电场力入手，通过比值定义的方法建立了电场强度的概念。最后通过电场强度与电场力的比较，深入理解本设计所涉及的各重要概念。通过对电场强弱的两种描述方法的学习，使学生学会正确描绘客观世界的方法，从形象粗略描述到精确逐点描述，感受人类对未知事物循序渐进、由浅入深的认知过程。在建立点电荷、电场线、电场强度等概念时，感受到物理概念的建立不是凭空的，而是以客观事实为基础，抓住事实的本质，通过科学的抽象、理想化和数学方法等归纳得出。在学习“场”的概念的过程中，从实验到物理史实的介绍，让学生从客观、主观两方面真切感受到这种特殊物质的存在，感受到研究事物不能仅凭感官，还需依靠逻辑推理、分析判断、实验验证等多种方法，从而建立上海二期课改教案徐汇.徐亚平[e-mail]2辩证唯物主义的物质观。二、教学目标1．知识与技能(1)知道点电荷，知道点电荷是一个理想模型。(2)理解电荷间的相互作用，知道静电力大小与哪些因素有关。(3)知道电场；知道电荷间的相互作用是通过电场发生的。(4)理解电场线，知道电场线可以形象地表示电场的强弱和方向。(5)理解电场强度的概念及其定义式，知道电场强度是描述电场力的性质的物理量。2．过程与方法(1)通过点电荷概念的建立，感受理想化方法；通过电场线的学习，认识物理建模的方法。(2)通过对电场强度的学习，感受科学的抽象、理想化、数学方法和归纳等科学方法。(3)通过寻找合适的物理量描述电场强弱的过程，进一步认识比值定义物理量的方法。3．情感、态度与价值观通过对电场的学习，知道场也是一种物质的存在形式，建立辩证唯物主义的物质观。三、教学重点与难点重点：电荷间相互作用力的大小与哪些因素有关，能用电场线和电场强度描绘电场。上海二期课改教案徐汇.徐亚平[e-mail]3难点：电场概念和电场强度概念的建立。四、教学资源1、器材：金属球、铝箔球（或通草球）、范德格拉夫起电器、丝绸、玻璃棒、铁架台、电场线投影器（或验电羽）、实物展示台。2、课件：点电荷电场的电场线分布图；电场强度概念的建立的课件。3、录像：电场在生活中的应用。五、教学设计思路本设计的内容包括四个方面：一是定性探究影响电荷间相互作用力大小的因素，二是建立电场的概念，三是学会用电场线来形象描述电场的强弱，四是利用比值定义法建立电场强度的概念来精确地描述电场的强弱。本设计的基本思路是：从定性探究实验入手，先研究影响电荷间相互作用力大小的因素；然后从电荷相互作用的原因引出电场概念的建立。学生第一次接触场的概念，对这类特殊物质几乎没有任何认识，如何正确描绘场这类不可见物质更是从来没有接触过的知识，因此为降低学生对抽象事物的认知困难，对电场的描述分为形象粗略描述和精确逐点描述两个层次。为形象描述电场的强弱，仍利用电场对电荷的作用进行探究，由实验图像抽象成了简洁明了的电场线；为进一步精确描述电场的强弱，继续由电场力入手，通过比值定义法建立了电场强度的概念。最后通过电场强度与电场力的比较，深入理解本设计所涉及的重要概念。本设计要突出的重点是：电荷间相互作用力的大小与哪些因素有关，能用电场线和电场强度描绘电场。方法是：通过演示实验、学生活动、上海二期课改教案徐汇.徐亚平[e-mail]4小组讨论交流等多种方式让学生经历概念从引出到建立的过程，感受物理学中研究问题是从需求出发。然后将概念的掌握分解成几个阶段，如电场线的建立过程经历了实验呈现物理图景、抽象成曲线、在线条上加上箭头表示方向成为具有物理含义的线条等三个过程，这样做是为了呈现知识的生成过程，而不是简单地告知结论，让学生对抽象概念的理解准确深入。并在任何一个概念建立的过程中，都始终引导学生从受力分析的角度去研究这些问题，这样不仅容易让学生从学过的知识迁移到新概念中去，而且体会到了分析场的力的性质时受力分析始终是基本方法，从而学会对些抽象概念的分析方法。本设计要突破的难点是：电场概念和电场强度概念的建立。方法是：由于这两个概念比较抽象，学生在理解概念上感觉困难，因而从实验入手，强调概念建立的依据及如何从实验事实分析提炼。教学过程中首先加深学生对不可见的“场”的感知，在此基础上先由几个逐渐深入的问题激发出学生对未知事物的探究兴趣，然后再由学生之间的讨论交流、教师引导解释逐渐理清思路，明确概念。最后概念建立后，再通过一系列的辨析思考问题继续加深对概念的准确理解。本设计强调用激疑、演示实验、学生探究实验、学生活动、讨论交流等多种活动形式来研究未知事物，包括一些抽象概念。通过学生亲身主动的参与，减少学生对抽象概念的畏难心理，激发他们的探究学习兴趣，在一系列的探究问题中不断思考深入，逐渐理解概念。完成本设计的内容约需2课时。六、教学流程：上海二期课改教案徐汇.徐亚平[e-mail]51、教学流程图2．流程图说明情景演示实验1请一位同学站在绝缘地板上，手摸着起电器的金属球，随着金属球带电量的增多，同学的头发会竖起来。通过思考产生“电发”的原因，引入电荷间的相互作用。活动Ⅰ探究实验1比较小球B在同一带电小球A作用下，不同位置所受电场力的大小；保持小球B位置不变，不断改变带电小球A的电量，观察小球B的受力情况。问题Ⅰ设问2电荷之间的相互作用力并不要求带电体相互接触。那么，带电体到底通过什么发生相互作用呢？让学生从实际的例子出发去思考看情景演示实验1设问1活动Ⅰ探究实验1点电荷电荷间有相互作用力静电力与电荷间距离有关静电力与电荷带电量有关问题Ⅰ设问2电场问题Ⅱ设问3活动Ⅱ学生活动1、2、3电场线问题Ⅲ设问4活动Ⅲ探究实验2、3电场强度活动Ⅳ学生活动4电场强度与电场力的区别上海二期课改教案徐汇.徐亚平[e-mail]6不见的物质。问题Ⅱ设问3电场看不见，摸不着，想个什么样的方法来形象地描述它呢？从实际需要出发，激发学生学习电场线的兴趣。活动Ⅱ学生活动1、2、3先是尝试用线条描绘电场；然后将描绘的图线去和实验产生的实际图形进行比较，寻找电场线的特点；最后在学习了电场线的基础上进行练习。这3个层层递进的学生活动，模拟了电场线的产生过程，可以帮助学生对电场线的定义、特点产生较清晰的认识，并学会形象的表示不可见事物的方法。问题Ⅲ设问4如何精确地、定量地描绘电场的力的特性呢？在学习了电场线的基础上，进一步引起对电场描述方法的思考。电场的概念较抽象，学生第一次接触到对这类不可见事物的物理研究方法，因此通过问题首先激发他们对事物的研究学习兴趣，同时在问题的引导下感受并学习这些一般研究方法。活动Ⅲ探究实验2、3为了找到精确描述电场强弱的方法，仍从电场力角度入手，研究检验电荷在电场不同位置的受力情况；改变场源电荷的带电量，研究检验电荷在同一位置的受力情况。通过这些实验，引导学生发现电场力是一个与场源电荷、检验电荷都有关的物理量，要表示电场的特性，必需寻找一个与检验电荷q无关的物理量。上海二期课改教案徐汇.徐亚平[e-mail]7活动Ⅳ学生活动4通过对书示例1与示例2的练习，知道电场强度是电场的本身属性，其大小、方向均与检验电荷无关，从而进一步理解电场强度的概念。3、教学主要环节本设计采用情景引入——问题激疑——探究实验——建立概念——自主活动——加深理解的模式组织教学，整个教学过程可分为四个主要的教学环节：第一环节，通过情景、提出问题和学生实验探究，定性得到电荷间的相互作用力的规律及影响其大小的相关因素。第二环节，通过对电荷间的相互作用力的原因的思考、物理史实的介绍，建立电场的概念。第三环节，通过用图线的方法描述电场力的作用效果，建立电场线的概念，并学会使用电场线形象地描述电场的强弱。第四环节，利用比值定义法建立电场强度的概念，学会如何用场强的概念来精确地描述电场的强弱。七、教案示例1、情景引入演示实验1：请一位同学站在绝缘地板上，手摸着起电器的金属球，随着金属球带电量的增多，同学的头发会竖起来。激疑1：在实验中，产生“电发”的原因是什么？演示实验2：将两个小通草球（或表面涂有石墨的泡沫塑料小球）用丝线悬挂起来。用丝绸摩擦玻璃棒，使玻璃棒带电，并把玻璃棒上带上海二期课改教案徐汇.徐亚平[e-mail]8的电传给其中一个小球。然后使两个小球接触，带上同种电荷。观察现象。演示实验3：仍将两个小通草球悬挂起来，并使它们分别带上正电荷和负电荷。观察现象。这些实验现象又说明什么？电荷之间有相互作用力，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。2、电荷间的相互作用（1）这种静止电荷之间的相互作用力叫做静电力。（2）用静电力概念解释带电体吸引不带电的轻小物体的原因。（3）定性探究影响静电力大小的因素探究实验1：将一个带电小球放在O处，然后把另一个挂在丝线上的带同种电荷的小球先后挂在P1、P2、P3等位置，比较小球在不同位置所受电场力的大小。保持小球处于P1位置不变，不断增加放置在O处的带电小球的电量，观察悬挂小球的偏转情况。实验结果：距离越近的小球,偏角越大；电量增加后，偏角也越大。引导学生从受力分析入手，解释实验现象：F＝mgtanα，带电体间距离越小，偏角越大，这表明电荷间作用力越大；若带电体所带电荷量增大，偏角越大，表明受静电力作用越大。结论：电荷之间相互作用力的大小与电荷间的距离有关，距离越小作用力越大；还与两电荷的带电量有关，电荷量越大作用力越大。上海二期课改教案徐汇.徐亚平[e-mail]9（4）点电荷①带电体的形状、大小与两个相互作用的带电体之间的距离相比要小得多，其对相互作用力的影响可以忽略，那么带电体可以看成为带有电荷的点，这样的带电体叫做点电荷。②点电荷间相互作用的作用力方向沿着两点电荷的连线，具体方向由相斥或相吸来判断。③点电荷是一种理想模型。讨论：一个带电体的体积很小，就可以认为它是一个点电荷，这种说法正确吗？交流：点电荷是一种理想模型，实际上不存在。看成点电荷的带电体其大小具有相对的意义，带电体的尺寸不一定很小。3、电场激疑2：我们过去学过的弹力、摩擦力都是当一个物体与另一个物体接触时产生的，但是，电荷之间的相互作用力并不要求带电体相互接触。那么，带电体到底通过什么发生相互作用呢？人们对这个问题的认识在历史上曾有过两种不同的观点。在法拉第之前，人们认为两个电荷之间的相互作用力是一种超距作用，也就是一个电荷对另一个电荷的作用力是隔着一定空间直接给予的，不需要中间什么媒介作传递，这种方式可以表示为：电荷电荷在19世纪30年代，法拉第提出一种观点，认为一个电荷周围存在着由它产生的电场，另外一个电荷受这个电荷的作用力就是通过这个电场的作用发生的，这种作用方式可以表示为：电荷电场电荷（1）电场：电荷在其周围空间产生的一种特殊物质。（2）静电场：静止的电荷产生的电场。静电场是电场中的一类。（3）电场的基本性质就是对放入其中的电荷有力的作用，这种作用上海二期课改教案徐汇.徐亚平[e-mail]10力叫做电场力。（4）对场的概念的理解：近代物理学的理论和实践已经完全证明了场的观点的正确性。场是“物质”──它和由分子、原子组成的实物一样具有能量、质量和动量，电场、磁场已被证明是一种客观存在的物质形态，电视台和无线电广播电台就是靠激发电磁场的方式发送各种节