电场电场强度-教学设计全面版

“电场电场强度”教学设计一、教材分析1.教材地位通过电场物质性的学习，使学生对物质存在的形态从实物物质扩展到新的形态——场物质；电场强度是电场一章的两个核心概念之一（另一个是电势），其引入过程和建立场强概念的比值方法可以迁移于电势、电容、磁感应强度等概念。电场的性质及电场强度不仅是本节的重点概念、关键知识，也是本章乃至整个电磁学的重点基础知识。2.学情分析电场是一种看不见、摸不着的，以特殊形态存在的特殊物质，与学生传统物质观不同，需用顺应学习方式构建电场概念，电场、电场强度概念很抽象，需用对比、类比、逻辑推理、模型想象、思维实验等方法，让学生理解电场、电场强度的引入过程、定义方法、物理意义，初步掌握点电荷场强决定式和场强叠加原理。二、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，知道电场是客观存在的一种特殊的物质形态；(2)理解电场强度概念的文字表述、大小定义式、方向规定及其物理意义；(3)能根据库仑定律和电场强度的定义式推导出点电荷场强的决定式，理解的区别，并能简单应用；(4)知道电场的叠加原理，并能应用它做简单的计算。2.过程与方法(1)理解建立电场概念的方法（类比法）；(2)理解引入、建立场强概念的过程，训练抽象思维和逻辑推理能力；(3)领悟用比值法定义物理量的原则和方法。3.情感态度与价值观(1)认识电场的物质性，树立“物质客观性、可测性”等辩证唯物主义观点；(2)初步认识电场的意义，对物质的认识由实物物质扩展到场物质，为进一步学习电磁场和电磁波奠定方法论和认知基础；(3)树立场的空间分布形象，培养空间想象能力，同时领悟电场的物质性、点电荷场强分布的对称性、描述电场的本质性、比值定义法的科学性。使学生意会物理学科处处隐含科学美，激发学生心灵深处热爱物理学的情感，逐步培养为人类的科技事业和人类的文明和幸福，学好物理学、探索物理学，将来献身物理学的优秀品质和科学精神。三、重点难点重点：电场的物质性、场强概念的引入过程、定义方法、物理意义和场强的叠加原理。难点：电场非常抽象，对电场属性和特征的理解是一个难点；作为比值定义法之特点，因其属于方法论知识也是一个难点。另外，电场美学思想的领会，对学生来说，也是难点。四、教学用具多媒体课件、实物投影仪和投影片。五、教学过程1.复习回顾——旧知铺垫(1)电荷间相互作用遵循的规律（学生回答）①库仑定律；②牛顿第三定律；③独立作用原理；④矢量叠加原理，根据上述规律，若在真空中固定点电荷+Q，再引入点电荷+q，则+q所受库仑力为，如图1所示；若空间有多个点电荷，则引入的+q所受库仑力情况如图2表所示。附图(2)库仑定律的适用条件（学生活动）：①真空（无其他介质）；②点电荷（其间距r带电体尺寸）——非接触力。2.预习回顾——引导新课(1)类电荷间相互作用举例（学生活动）：①磁体间——磁力；②质点间——万有引力。(2)传递作用信息的方式（学生回答）：①磁体间——磁场；②质点间——引力场（教师）。经类比，推理得（学生）③电荷间相互作用是通过电场发生的，电荷周围存在电场，电场反过来对置于其中的电荷施加力的作用——电场力。引出电场、电场力的概念，本节课研究电场的概念，以及为描述电场而引入的一个新的物理量——电场强度。3.新课教学(1)电场①电场基本性质：电荷间的作用力类似于磁体间的作用力，都是非接触力，回忆初中学过的磁场：磁体的周围存在着磁场，磁场的基本性质是对放入其中的磁体会产生磁力作用，磁体间的相互作用是通过磁场发生的。附图电荷的周围存在着电场，电场的基本性质是对放入其中的电荷施加电场力，电荷之间的相互作用是通过电场发生的。附图电场和磁场都是客观存在的一种非分子、原子组成的特殊物质形态。自然界中的物质仅有两种存在的形态，一种是以固、液、气等普通形态存在的实物物质，另一种即是以特殊形态存在的非实体物质——场物质。②电场的检验方法（由类比法推理得）：无论物质处于什么形态，人们都可以通过一定的手段去感知它的存在，只是感知方式不同而已。如：生物学中动植物的体系胞可以通过电子显微镜（利用其放大作用）来观察；化学中的某些气体可以通过人体的感官来感知（氯气——色觉，氨气——嗅觉）；生活中电视塔发射的电磁波可以通过电视接收机（转换为音像信号）来感知；物理学中磁体周围的磁场可以通过放入其中的小磁针来检验（磁场对场内小磁针有力作用——磁场的力性）；物理学中电荷周围的电场可以通过放入其中的检验电荷来检验（电场对场内的电荷有力作用——电场的力性）。过渡：电荷周围存在电场，电场表现出来的性质有二：一是力的性质；二是能的性质（电荷在电场中移动，电场力对电荷做功）。首先根据力性研究电场，引入一个新的物理量——电场强度。(2)电场强度附图Ⅰ、创设情境——感知材料，形成表象为了研究电场，需引入一个试探电荷，所谓试探电荷应具备两个条件，一是其体积很小，小到与它和静止电荷（场源电荷）的距离相比可以忽略不计，这样，用它可以研究电场中某一点的性质；二是它所带的电荷量应足够小，以至它产生的电场不影响原来电场的分布。（试探电荷是一个理想化模型，可培养学生的建模能力和想象力）思维实验：如图1所示，把试探电荷+q先后放入由+Q（场源电荷）产生的电场中的A、B点，根据库仑定律试探电荷所受的电场力为，于是可知：A点距Q较远，试探电荷所受电场力较小，A点的电场应较弱；B点距Q较近，试探电荷所受电场力较大，B点的电场应较强。这里，场源电荷产生的电场的强弱与试探电荷所受电场力的大小相对应（形成表象）。那么，能不能用试探电荷所受的电场力的大小来描述电场的强弱呢？Ⅱ、思维加工——分析比较、抽象概括在电场中的A点，放入不同的试探电荷q、q′(=2q)，试探电荷所受的电场力大小不相同，而A点电场的强弱情况应该确定（电场中同一点电场的强弱是唯一的）。看来，试探电荷所受的电场力不能用来描述电场的强弱，原因是电场力不仅与场源电荷及点在场中的位置有关，还与试探电荷有关，放入同一点的试探电荷所受电场力随试探电荷的电荷量的变化而变化。但是，容易发现，比值与试探电荷无关，只与场源电荷Q和场中某一点的位置r有关，当Q、r一定的时候，F/q是一个恒量，场中不同点，当r不同的时候，F/q不同，离场源电荷越近r越小，比值F/q越大，电场越强，反之，r越大，比值F/q越小，电场越弱。可见，比值F/q的大小与电场的强弱一一对应，而且只与场源电荷Q和场中点的位置r有关，与引入的试探电荷无关，它反映电场力的性质，因此，此比值可以用来描述电场的强弱，电学中把它定义为电场强度。（这一步是学生能否理解为什么要引入场强，场强定义方法和场强内涵的关键步骤，教学中要留给学生思考、想象和领悟的时间）(1)电场强度①物理意义：描述电场强弱和方向，是一个揭示电场力性质的物理量。②定义：放入电场中某一点的电荷受到的电场力跟它的电荷量的比值，叫做这一点的电场强度，简称场强。用E表示场强，场强定义式为E=F/q③矢量性：电场强度是矢量。根据同一试探电荷在电场中不同点所受的电场力方向不同的事实推知，场强不仅有大小，而且有方向，因此，E是矢量。由于正、负电荷在场中某一点所受的电场力恰相反，物理学史上，已习惯规定正电荷所受电场力的方向为该点的场强方向，负电荷所受电场力的方向与该点场强方向相反。④单位：国际单位制单位是N/C或V/m。⑤定义方法：比值法。(2)用比值法定义物理量的特点①特点：被定义的物理量与定义用量无关，它反映物理对象的某种属性。②对比举例速度v=s/t，单位时间内发生的位移，v大表示运动的快；密度ρ=m/v，单位体积内的质量，ρ大表示质量密集；加速度a=F/m，教师：根据比值法定义物理量的特点，a=F/m是加速度的定义式吗？学生：不是，是决定式。教师：加速度定义式及其物理意义是什么？学生：，单位时间内速度的变化，a大表示速度变化快：电阻R=U/I，因果倒置，但已习惯，R大表示阻电性强；场强E=F/q，单位电荷量所受的电场力，E大表示电场强（定义合理科学）。（若E=q/F，单位电场力所需的电荷量，E大表示电场弱，不习惯）Ⅲ、巩固深化——变式迁移、完善结构(3)点电荷周围电场场强的分布情况——场强定义式的应用①公式推导：在点电荷Q产生的电场中，在离点电荷距离为r的点上放一个试探电荷q，则由库仑定律可得试探电荷所受的电场力为，又由场强定义式E=F/q，于是得到离Q距离为r处的场强为。②场强特征大小：近强远弱，同心球面上各点场强值相等。方向：正电荷周围的场强方向发散向外——“万丈光芒”（图3所示，只反映在通过点电荷的一个平面上的情况，实际上，点电荷场强空间分布具有球对称性——对称美。）；附图图3负电荷周围的场强方向会聚向心——“万箭穿心”。③的区别：第一，E+F/q是场强的定义式，但不能说E正比于F，反比于q，电场中某一点的场强只与电场本身有关，与试探电荷的电性、电荷量、试探电荷的有无均无关；是点电荷场强的决定式，E正比于Q，反比于。第二，E=F/q中的q是试探电荷，而中的Q是场源电荷，两者的性质和作用完全不同。第三，E=F/q具有普适性，而只适用于计算点电荷在真空中的场强。(4)多个点电荷周围电场场强分布情况的确定——独立性原理与叠加原理①独立性原理，各个场源电荷在场中某一点独立产生电场——互不干扰，即附图②场强叠加原理：所有场源电荷在场中某一点产生电场的合场强等于各个场源电荷在该点单独产生的电场场强的矢量和——矢量加法，即附图例2真空中，边长为L的等边三角形的三个顶点分别固定着电荷量均为+Q的点电荷，如图4所示，试确定其中心O和底边中点D两点的场强。附图图4学生讨论后，叫学生代表说思路，教师引导。答案：。情感态度价值观教育：场概念的提出和建立其意义和价值有三：一是使人们的认识从原来的实物物质扩展到了场物质；二是为进一步学习磁场、电磁场和电磁波奠定了方法论基础和认知基础；三是感受点电荷场强分布的对称美、场强定义式的形式简单美和描述电场强弱的科学本质美，激发学生内心深处热爱科学的情感和探索科学、献身科学的科学精神，树立为全人类文明和幸福而刻苦学习的优秀品质和崇高理想。4.课堂总结，提升能力(1)过程方法总结①两种方法：(i)引入电场概念用类比法；(ii)定义场强概念用比值法。②两个模式：(i)思维模式：建立场强的思维过程模式（重过程）：创设情境（感知材料、形成表象）→思维加工（分析比较、抽象概括）→巩固深化（变式迁移、完善结构）(ii)结构模式：掌握场强的方法结构模式（重联系），见电场强度结构图。(2)知识技能总结附图(3)情感价值观总结初步感悟电场的物质性、场强分布的对称性、描述电场的本质性、比值定义法的科学性，意会物理科学理性美，提升科学精神。5.布置作业思考题：(1)场强E是描述电场力的性质的物理量。为什么不直接用试探电荷所受的电场力来描述，而要引入电场强度这个物理量？（目的：为进一步理解和巩固场强的概念，明确场强E与电场力F的联系和区别）(2)地球周围存在引力场，引力场强度如何定义？质点周围引力场的分布情况如何？（目的：检验类比能力，方法的迁移能力）(3)由点电荷的场强公式，能否求点电荷所在Q处（即r=0）的场强？结果如何？为什么？（目的：使学生进一步明确，点电荷理想模型建立的条件）书面作业：教材练习二：(1)(2)(7)选择朋友要经过周密考察，要经过命运的考验，不论是对其意志力还是理解力都应事先检验，看其是否值得信赖。此乃人生成败之关键，但世人对此很少费心。虽然多管闲事也能带来友谊，但大多数友谊则纯靠机遇。人们根据你的朋友判断你的为人：智者永远不与愚者为伍。乐与某人为伍，并不表示他是知已。有时我们对一个人的才华没有信心，但仍能高度评价他的幽默感。有的友谊不够纯洁，但能带来快乐；有些友谊真挚，其内涵丰富，并能孕育成功。一位朋友的见识比多人的祝福可贵得多。所以朋友要精心挑选，而不是随意结交。聪明的朋友则会驱散忧愁，而愚蠢的朋友会聚集忧患。此外，若想让友谊地久天长。这需要技巧和判断力。有的朋友需近处，有的则需远交。不善言谈的朋友可能擅长写信。距离能净化近在身边无法容忍的缺陷