第3节 电场与电场强度（表格式教学设计）物理鲁科版2019必修第三册

第3节 电场与电场强度（教学设计） 年级 高二 学科 物理 教师 课题 第3节 电场与电场强度 教学 目标 物理观念 能理解电场是电荷周围客观存在的物质，掌握电场强度的定义、公式（）及矢量性，建立“用电场强度描述电场强弱与方向”的物理观念。 科学思维 能通过比值定义法推导电场强度概念，分析点电荷电场强度公式（）的推导逻辑，提升科学抽象与逻辑推理能力。 科学探究 能参与“探究电场强度与电荷、距离关系”的模拟实验或数据分析，学会通过检验电荷的受力情况研究电场，提升科学探究能力。 科学态度 与责任 通过认识电场的物质性及电场强度在技术中的应用（如静电场应用），树立“尊重客观规律、运用物理知识认识物质世界”的科学态度与责任意识。 教学重难点 理解电场的物质性及电场强度的定义、公式与矢量性。（重点） 运用比值定义法理解电场强度及分析电场叠加问题。（难点） 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 情景一：通过起电机使人体带电，人的头发会竖起散开。使头发散开的神秘物质是什么？你能解释产生这一现象的原因吗？ 利用可视化的实验效果，对本节课的内容产生兴趣，切身感受静电力的存在。 新课讲授 一、电场 情景二：同桌之间握手并思考：握手直接相互接触吗？是不是所有的相互作用都相互接触？ 问题1：同种电荷相互排斥，那么你有没有想过一个问题，两个电荷之间并没有相互接触，为什么会有力的作用的呢？ Q1周围存在由他产生的电场，所以处在电场中的Q2会受到电场给与的一个作用力，这种力被称为电场力。类似的Q2也会产生一个电场，这个电场也对Q1产生电场力，也就是说电荷之间的相互作用是通过电场来实现的。 电场：电荷周围客观存在一种特殊物质。 虽然它看不见摸不着，感觉不到，但是场就像wifai一样客观存在。电荷AB之间并不是直接作用的，而是通过这个看不见的电场来给对方作用力。所以电场具有这样的性质： 对放入其中的电荷有力的作用。 问题2：但是电场是看不见、摸不着的，它真的存在吗？ 实验证实电场和分子、原子组成的实物一样也具有能量、动量。因此它是客观存在的。在本章中，只讨论静止电荷产生的电场，叫静电场。 问题3：那么怎么才能感知到电场的存在呢？ 想一想wifi也看不见摸不着，但是wifi可以上网，所以从网速的快慢，就可以知道wifi的存在以及强弱。类似的电场对放入其中的电荷，有力的作用，我们可以通过这个力来感知电场的存在。 观察并思考现象背后的物理原理。感受电荷之间相互作用不需要接触。 新课讲授 二、电场强度 场源电荷：产生电场的电荷。 试探电荷：感知电场的电荷。 它必须满足电量小体积小这两个特点。电量少是为了避免试探电荷的电场，对所要研究的电场产生影响，而体积小是为了保证它能够被看做点电荷。 思考讨论 我们不能直接用试探电荷所受的静电力来表示电场的强弱，因为对于电荷量不同的试探电荷，即使在电场的同一点，所受的静电力也不相同。那么，用什么物理量能够描述电场的强弱呢? 分别把试探电荷放在电场中的AB两点，根据库伦定律这两个位置受到的电场力大小方向都不相同。说明这两个位置的电场的强弱与方向是不同的，电场力的大小与试探电荷的电量q有关，而电场的强弱应该仅由场源电荷决定。 问题1：那该如何表征电场的强弱呢？ 在A点分别把q、2q、3q的电荷放入。列表。 试探电荷的电荷量q 电场力F F/q +q +2q +3q 计算发现不变，并且在不同位置测量这个比值，结果也不相同，这个结果跟该点试探电荷的电荷量无关，而与产生电场的场源电荷的电荷量Q及P的与场源电荷之间的距离r有关。也就是说电场力与电荷的比值就可以表征电场的强弱。它反映电场各点本身的性质。 这个物理量被命名为电场强度，简称场强用符号E来表示，电强度的公式就是 F:试探电荷所受的库仑力，一般通过库伦定律计算。 q:试探电荷的电量，应用前面库伦接触后中和再均分的方法计算电量。 ①单位：N/C。 如果1C的电荷在电场中的某点受到的静电力是1N，那么该点的电场强度就是1N/C，即。 ②矢量，它的方向为正试探电荷在该点受到的电场力的方向。 它的方向跟电场力的方向有关。试探电荷的电量q要是换成负的，力的方向也会改变，为此我们规定电场强度的方向，为正试探电荷在该点受到的电场力的方向。它与负试探电荷受力方向相反。这样一来电场中场强的方向，就与试探电荷的正负无关了。 注意：是电场强度的定义式，适用于所有电场。 举个极端的例子，如果试探电荷的电量q减少到0，那它的受力显然也变成零。但场强并不会因此而改变，场强E反应的是电场的基本性质。 拓展1：比值定义法——采用两个（或多个）物理量相比来定义物理量的方法，是在比较时选取相同标准的方法。例如：速度、加速度、功率、密度、压强、电阻、电场强度…… 猜想：可用静电力F大小描述电场的强弱，静电力大的位置说明该处电场强。 思考：用电场力来描述电场强弱一定要选择相同电荷量的试探电荷作为前提条件。 类比重力场：同一位置g相同，但放不同质量的物体G则不一样。 思考：与已有的物理概念相联系，感受比值定义法的意义和必要性。 新课讲授 三、电场线 情景二：利用塑料绳模拟“怒发冲冠”，让学生直观感受电场、以及描述电场的简化方法。 问题1：初中是怎样描述磁场的？类比磁感线来理解电场线。 问题2：匀强电场是电场强度大小处处相等、方向处处相同的电场，请绘出匀强电场的电场线。 几种常见的电场线 （1）正点电荷 （2）负点电荷 （3）等量异种点电荷 （4）等量同种点电荷 【例题1】如图所示，M为带正电荷的金属板，电荷量为Q.沿金属板的垂直平分线，在距板r处放一质量为m、电量为q的小球，小球受水平向右的电场力而偏转θ角并静止，小球用绝缘细线悬于O点，则金属板在小球处的场强大小为(　　) A． B． C． D．无法确定 【答案】A 【详解】由力的平衡可知小球受到的静电力大小为F=mgtanθ ,根据电场强度的定义式有，可得，A正确。 针对训练1 如图所示为等量异种点电荷的电场线，a、b、c、d分别为点电荷连线和点电荷连线的中垂线上的点，则(　　) A．a点处的电场强度最大 B．d点处的电场强度最大 C．b、c、d点处的电场强度大小相同 D．a、b、c、d点处的电场强度方向相同 【答案】AD 【详解】根据等量异种电荷的电场线分布可知，在两电荷的连线各点中，连线的中点处电场线最稀疏，在两电荷连线的中垂线上各点中，中垂线与两电荷连线的交点处电场线最密集，则说明在a、b、c、d点四点中a点处的电场强度最大，B错误；由题图可看出，a、b、c、d点处的电场线均水平向右，b、c、d点处的电场线疏密不同，C错误、D正确。故选D。 观察并记录，知道电场线是不存在的，是一种物理模型。 小组分析绘制并分享思考和讨论过程。 课 堂 练 习 课 堂 练 习 1、关于电场强度的定义式，下列说法中正确的是（　　） A．E与F成正比，F越大E越大 B．E与q成反比，q越大E越小 C．检验电荷q的电性改变，E的方向随之改变 D．电场强度E是由电场本身的性质决定的，与F、q无关 【答案】D 【详解】电场强度是电场本身的属性，是由电场本身的性质决定的，它的大小和方向与试探电荷的电量及电荷受到的电场力无关。 故选D。 2.电场线能很直观、方便地比较电场中各点电场强度的强弱。如图甲是等量异种点电荷形成电场的电场线，图乙是场中的一些点，O是电荷连线的中点，E、F是连线中垂线上相对O对称的两点，B、C和A、D也相对O对称。则(　　) A．B、C两点电场强度大小和方向都相同 B．A、D两点电场强度大小相等，方向相反 C．E、O、F三点比较，O点电场强度最强 D．B、O、C三点比较，O点电场强度最弱 【答案】　ACD 【解析】　B、C两点在等量异种点电荷连线上，则B、C两点的电场强度方向均向右，又B、C两点关于O点对称，则B、C两点电场强度大小相等，所以B、C两点电场强度相同，故A正确；A、D两点关于O点对称，A、D两点电场强度大小相等，由题图可知，方向均向左，所以A、D两点电场强度相同，故B错误；根据电场线的疏密程度表示电场强度大小，由题图可知B、O、C三点，O点电场线最稀疏，则O点电场强度最小，在中垂线上，O点电场强度最大，所以E、O、F三点比较，O点电场强度最强，故C、D正确。 3．静电除尘器的除尘原理如图所示，带负电的尘埃在电场力的作用下向收尘极迁移并沉积，以达到除尘目的。下列说法正确的是（　　） A．电晕极和收尘极间的电场是典型的匀强电场 B．尘埃所受电场力的方向总与所处位置的电场强度方向相同 C．尘埃所带的电荷量可能为 D．在同一位置，该点电场强度的大小与尘埃受到的电场力成正比 【答案】C 【详解】A．由图可知，电晕极和收尘极间的电场不是匀强电场，靠近电晕极的电场较强，A错误； B．尘埃带负电，所受电场力的方向与电场方向相反，B错误； C．根据 由于电荷量一定是元电荷的整数倍，C正确； D．电场中某位置的电场强度与电荷量和电场力的大小无关，D错误。 故选C。 4.在静电场中的某一固定点P处放置一个电荷量为+q的试探电荷，其所受静电力为F，P点的电场强度为E。关于P点的电场强度，下列说法中正确的是（　　） A．移去该试探电荷，P点的电场强度变为零 B．若试探电荷的电荷量变为+2q，P点的电场强度变为2E C．若试探电荷的电荷量变为-q，P点的电场强度的方向发生改变 D．若试探电荷的电荷量变为-2q，P点的电场强度不改变 【答案】D 【详解】根据电场强度的定义式有，该表达式为比值定义式，电场中某点的电场强度由电场自身决定，与试探电荷无关，可知，移去该试探电荷，改变试探电荷的电荷量大小，P点的电场强度均不变。 故选D。 5.在点电荷形成的电场中，一电子的运动轨迹如图中虚线所示，其中a、b是轨迹上的两点．若电子在两点间运动的速度不断增大，则下列判断中正确的是(　　) A．形成电场的点电荷电性为正 B．电子一定是从a点运动到b点 C．电子一定是从b点运动到a点 D．电子的运动是匀变速曲线运动 【答案】C 【详解】选C。电子做曲线运动，所受的合外力即电场力指向曲线的内侧，由此可以判断出电场力沿电场线由右指向左，电子带负电，故电场线的方向由左指向右，因而形成电场的点电荷应为负点电荷，A错误；电子受到库仑斥力，速度变大，应远离场源电荷，故运动轨迹为由b点到a点，C对，B错；电子从b点运动到a点库仑力越来越小，加速度越来越小，电子做变速曲线运动，故D错． 6.下列关于电场线的说法，正确的是（　　） A．电场线是负电荷运动的轨迹 B．电场线是实际存在的曲线 C．等量异种电荷形成的电场线都是闭合的曲线 D．带电粒子只受电场力作用，不可能沿着弯曲的电场线运动 【答案】D 【详解】AB．电场线是人们为了形象地描述电场而引入的线，并不是电荷运动的轨迹，实际上是不存在的。故AB错误； C．静电场的电场线都起始于正电荷或者无穷远处，终止于负电荷或者无穷远处，不是闭合曲线。故C错误； D．根据力和运动的关系，若带电粒子只受电场力，且电场线是曲线时，电场线不可能和轨迹线重合，如果重合则受力沿切向不能提供向心力使粒子轨迹弯曲。故D正确。 故选D。 7.图甲为一段粗细均匀的绝缘材料制成的圆环，使其均匀带电后，它在圆心处产生的场强大小为E。现将该环裁掉后变成图乙所示的半圆环，则它在圆心处的场强大小为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】如图 把材料按圆分成均等份，假设圆环带正电荷，每一份产生的电场强度如图。由对称性可知，左边图有两部分抵消了，其中一部分产生的电场强度即为合电场强度E。而右边的图没有抵消，由平行四边形定则结合对称性得O点的场强 故选C。 8.在真空中A点有一正点电荷，把负检验电荷置于B点，它们相距r=2m，如图所示。已知静电力常数，求： （1）q受到的电场力大小； （2）q所在点的电场强度大小。    【答案】（1）9N；（2）4.5×105N/C 【详解】（1）根据库仑定律，q受到的电场力大小为 （2）根据电场强度的定义，q所在点的电场强度大小为 课 堂 小 结 1、电场的物质性 2、两种描述电场的方式： 电场强度（比值定义法）、电场线（物理模型） 3、几种常见的电场线 板 书 设 计 1.3 电场与电场强度 1、 电场 1. 电荷间通过电场相互作用 2. 电场是一种特殊的物质。 2、 电场强度 1. 定义 2. E= 3. 方向规定 3、 电场线 1.特点 2.典型电荷系统的电场线 作 业 布 置 1.完成课本习题，准确写出电场强度的定义式、单位及方向规定，并计算点电荷在特定位置的场强大小。 2.结合电场线模拟实验（如用铁屑模拟电场），观察点电荷与等量异种电荷的电场线分布，绘制草图并分析疏密与场强的关系。 3.对比重力场与电场的异同，举例说明电场强度在实际中的应用（如高压电场警示牌），并简述其物理意义。 教 学 反 思 电场线模拟实验（如用铁屑显示磁感线）直观性强，但部分学生对“疏密表示强弱”的定量联系模糊，需增加电场强度公式的对比分析。 学生易混淆“电场强度”与“电场力”，后续可通过例题强化“E=F/q”的比值定义，强调电场强度的固有属性。 多数能解释“避雷针原理”，但主动分析“心电图电极间电场”的较少，建议结合医疗科技案例拓展。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$