3. 电场 电场强度（表格式教学设计） 物理人教版2019必修第三册

第3节 电场 电场强度（教学设计） 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第3节 电场 电场强度 教学 目标 物理观念 1.认识电场是一种客观存在的物质形态，电荷之间通过电场发生相互作用。 2.理解用“场强”描述电场强弱，比用“力”描述更具普适性。 3.形成“场源—场—作用”三段论模型，为后续学习电势、电磁感应奠定观念基础。 科学思维 1.能运用理想模型（试探电荷、点电荷、真空等）进行物理简化与推理。 2.会用比值定义物理量、建立数学表达式并进行量纲与极值检验。 3.能够用矢量叠加思想分析多电荷电场强度，以及用球对称性进行等效判断。 科学探究 1.通过“静电感应与悬线仪”探究，验证电场力随位置变化、显现电场存在。 2.运用多媒体仿真与金属粉末电场线演示，探究电场线分布规律。 3.设计并完成“改变试探电荷电量对场强测量影响”的控制变量实验。 科学态度 与责任 1.体验法拉第面对不可见现象坚持探索的科学精神，增强探究未知的兴趣。 2.意识到静电技术在工业、医疗、环境治理中的双刃剑作用，树立负责任的技术应用观。 教学重难点 教学重点： 1.理解电场强度的定义及物理意义，知道它的矢量性。 2.理解电场线的概念、特点，了解常见的电场线的分布，知道什么是匀强电场。 教学难点： 1.会推导点电荷场强的计算式并能进行有关的计算。 2.知道电场强度的叠加原理，会应用该原理进行简单计算。 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 【提出问题】 通过起电机人体带电后，人的头发会竖起散开。为什么会出现这样的现象？你会解释产生这一现象的原因吗？ 观察、讨论，回忆库仑定律，对相同电荷排斥现象做出力学解释 新课讲授 一、电场 【提出问题】电荷之间有相互作用，我们把这个作用的电力叫库仑力或静电力。电荷之间的作用力是怎样发生的呢？ 物理学史：19 世纪 30 年代，英国科学家法拉第提出一种观点，认为在电荷的周围存在着由它产生的电场。电荷之间通过电场相互作用。 【板书与展示】 1.电场：在电荷的周围存在着一种特殊物质，这种物质看不见、摸不着，我们把这种物质叫作电场。 2.电场的基本性质：电场对放入其中的电荷有力的作用，电荷之间的相互作用就是通过电场来实现的。 3.电场力：电场对电荷有力的作用叫电场力。 4.电场的检验 【提出问题】 （1）在空间中放一个点电荷+Q，它周围有电场吗？电场看不见摸不着，你怎样检验电场是否存在？ （2）试探电荷的电荷量和体积较大，对电场的检验是否会产生影响？ （3）把同一试探电荷放在不同的位置，悬线的倾角不同，说明什么？ （4）电场有强弱，电场的强弱能否用静电力来表示？观察一下，下图中什么量不随试探电荷的改变而改变？那么我们应该用什么物理量来描述电场的强弱呢？ 思考“如何验证电场真实存在？” 学生识记内容 学生分组讨论，分享讨论结果 合作完成填表求值，发现同位置恒定 新课讲授 二、电场强度 【板书与演示】 1.定义：放入电场中某点的试探电荷所受的静电力F跟它的电荷量q的比值，叫做该点的电场强度，简称场强。 2.定义式：，适用于任何电场，运算时q不带正负号。 3.单位：牛/库；即N/C 4.标矢性：电场强度是矢量，电场强度的方向规定跟正电荷在该点所受静电力的方向相同，与负电荷的受力方向相反。 学生识记，明确场强的计算和场强的方向 新课讲授 三、点电荷的电场 电场强度的叠加 【提出问题】 一个带正电的点电荷的电荷量为Q，在距此点电荷r处的A点的电场强度是多少？方向如何？ 【板书与演示】 点电荷的电场的场强： （1）公式：，Q是场源电荷的电量，r是到场源电荷的距离。 （2）适用条件： 真空中静止的点电荷。 （3）E的决定因素：跟场源电荷和位置有关，与试探电荷无关。 【提出问题】 （1）若以Q为中心作球面，则球面上各点的电场强度的大小方向有什么特点？ （2）空间中存在多个场源电荷，如图，如何求电场中某点(如A点)的电场强度？ （3）若带电体比较大，不能看作点电荷？我们如何求带电体的电场？ 学生根据电场强度定义式和库仑定律进行推导 学生识记点电荷电场强度公式 明确点电荷场强大小特点 明确电场强度也遵循矢量的合成法则 新课讲授 四、电场线 【板书与演示】 1.定义：为了形象描述电场强度的大小和方向，在电场中画一系列有方向的曲线，曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向，曲线的疏密表示电场的强弱。这一系列曲线称为电场线。 2.几种常见电场中电场线的分布 （1）正负电荷的电场线 ①演示模拟 ②绘制电场线 【提出问题】 离场源电荷近的地方电场线有何特点？如何通过电场线来描述电场的方向？ （2）等量异种点电荷的电场线 ①演示模拟 ②绘制电场线 【提出问题】 等量异种点电荷的电场中，两电荷的连线上和连线的中垂线上的场强如何变化？ （3）等量同种点电荷的电场线 ①演示模拟 ②绘制电场线 【提出问题】 等量异种点电荷的电场中，两电荷的连线上和连线的中垂线上的场强如何变化？ （4）匀强电场的电场线 ①演示模拟 ②绘制电场线 【提出问题】 匀强电场中，各处的场强如何变化？ 【板书】 匀强电场:电场中各点电场强度大小、电场强度的方向都相同的电场。 【提出问题】 电场线的特点是什么？ 【板书与演示】 3.电场线的特点 （1）电场线总是从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷； （2）电场线在电场中不相交； （3）在同一幅图中，电场强度较大的地方电场线较密，电场强度较小的地方电场 线较疏，可以用电场线的疏密程度来表示电场强度的相对大小。 （4）电场线并不是真实存在的，只是为了描述电场方便而假想的线。 观看电场线的模拟实验，并根据模拟结果绘制电场线 观看电场线的模拟实验，并根据模拟结果绘制电场线 观看电场线的模拟实验，并根据模拟结果绘制电场线 观看电场线的模拟实验，并根据模拟结果绘制电场线 学生分组讨论总结 学生识记电场线的特 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 1．有关电场强度的理解，下述说法正确的是（　　） A．电场强度是反映电场本身特性的物理量，与是否存在试探电荷无关 B．由可知，电场强度E跟放入的电荷q所受的静电力F成正比 C．由可知，在离点电荷很近的地方，r接近于零，电场强度为无穷大 D．当电场中存在试探电荷时，电荷周围才出现电场这种特殊的物质，才存在电场强度 【答案】A 【详解】A．电场强度是电场本身的属性，由场源电荷和位置决定，与试探电荷无关，故A正确； B．是比值定义法，E由电场决定，与F和q无关，故B错误； C．当r趋近于零时，点电荷模型失效，公式不再适用，故C错误； D．电场由场源电荷产生，无需试探电荷存在，故D错误。故选A。 2．在一个电场中a、b、c、d四个点分别引入试探电荷时，电荷所受到的电场力 F跟引入电荷的电荷量之间的函数关系如图所示，下列说法中正确的是（　　） A．这个电场是匀强电场 B．a、b、c、d四点的电场强度大小关系是 C．同一点的电场强度随试探电荷电荷量的增加而增加 D．a、c两个位置场强方向一定不同 【答案】B 【详解】AB．在电场中，试探电荷所受电场力 因此图像斜率反映电场强度的大小，图中四个点斜率不同，说明该电场不是匀强电场，且，故A错误，B正确； C．电场强度是由电场本身的属性决定的，与试探电荷的电性、电荷量以及受力均无关，即试探电荷不影响原来的电场，故C错误； D．， c两个位置试探电荷电性不同，电场力反向，所以场强方向一致，故D错误。故选B。 3．如图所示，真空中有两个正点电荷，电荷量分别为和，分别固定在轴的坐标原点和的位置上。则电场强度为0的位置为（　　） A．处 B．处 C．处 D．处 【答案】A 【详解】要使某处的电场强度为零，则正点电荷和正点电荷在该处产生的场强大小相等、方向相反，则该位置应位于两点电荷之间，根据点电荷的场强公式可得解得故选A。 4．下述说法中正确的是（　　） A．电场中某点的场强与电场力成正比 B．电场中某点的场强与形成电场的点电荷的电荷量成正比 C．电场强度是标量 D．电场线就是点电荷在电场中运动的轨迹 【答案】B 【详解】A．电场强度的定义式为比值定义式，电场强度由电场本身决定，与试探电荷所受的电场力没有本质上的决定关系，不能够认为电场中某点的场强与电场力成正比，故A错误； B．根据点电荷场强公式有 可知，电场中某点的场强与形成电场的点电荷的电荷量成正比，故B正确； C．电场强度是矢量，既有大小又有方向，故C错误； D．电场线仅表示场强方向，电荷的运动轨迹由初速度和受力共同决定，与电场线无必然联系，故D错误。故选B。 5．如图所示，两个点电荷所带电荷量分别为-6和+2，固定在直角三角形的、两点，其中。若长度为，静电力常量为，则点电场强度大小为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】正点电荷在A点产生的场强大小为负点电荷在A点产生的场强大小为由于夹角为90°，由平行四边形定则可知A点电场强度大小为故选C。 6．关于电场线的说法，不正确的是（    ） A．电场线的疏密程度表示电场强度的大小 B．电场线是为了形象地描述电场而引入的假想线 C．电场线是在电场中实际存在的线 D．电场线的切线方向表示电场强度的方向 【答案】C 【详解】 AD．电场线的疏密程度能够描述电场的强弱，电场线密的地方电场强度大，电场线的切线方向表示电场强度的方向，故AD正确； BC．电场线是为了形象地描述电场而引入的假想线，故B正确，C错误； 本题选不正确的，故选C。 7．如图所示的各电场中，A、B两点场强相同的（　　） A．甲图中与点电荷等距的A、B两点 B．乙图中两等量同种点电荷连线上对称的A、B两点 C．丙图中两等量异种点电荷连线上对称的A、B两点 D．丁图中非匀强电场的A、B两点 【答案】C 【详解】A．根据点电荷电场的分布特点，可知甲图中与点电荷等距的A、B两点的电场强度大小相等，但方向不同，故A错误； B．根据等量同种点电荷电场的分布特点，可知乙图中两等量同种点电荷连线上对称的A、B两点的电场强度大小相等，方向相反，故B错误； C．根据等量异种点电荷电场的分布特点，可知丙图中两等量异种点电荷连线上对称的A、B两点电场强度相同，故C正确； D．根据电场线的疏密表示电场强度的强弱，可知丁图中非匀强电场的A、B两点的电场强度不相同，故D错误；故选C。 8．如图所示，在真空中有两个固定的等量异种点电荷和。直线是两点电荷连线的中垂线，是两点电荷连线与直线的交点。是两点电荷连线上关于的对称点，是直线上的两个点。下列说法中正确的是（　　） A．点的场强大于点的场强 B．点的场强和c点的场强方向不相同 C．将一检验电荷沿由移动到，所受电场力先增大后减小 D．将一检验电荷沿由移动到，所受电场力先减小后增大 【答案】C 【详解】等量异种电荷形成的电场的电场线如图所示 A．a点的场强等于b点的场强，故A错误； B．由图可知，a，b，c，d四点的场强方向均相同，故B错误； CD．在＋Q和－Q连线的中垂线上从O点向M点或N点电场强度均变小，根据可知，将一检验电荷沿MN由c移动到d，所受电场力先增大后减小，故C正确，D错误。 故选C。 9．在真空中静止的两个等量正点电荷，O点为两电荷连线的中点，a点在连线的中垂线上，若在a点由静止释放一个电子，如图所示，仅在静电力作用下，关于电子的运动，下列说法正确的是（　　） A．电子在从a点到O点运动的过程中，加速度可能先增大后减小，速度一定越来越大 B．电子在从a点到O点运动的过程中，加速度越来越小，速度越来越大 C．电子运动到O点时，加速度为零，速度也为零 D．电子通过O点后，速度越来越大 【答案】A 【详解】AB．在等量同种正电荷连线中垂线O点上方，电场强度方向O→a，电子从a点到O点运动的过程中，电场力方向a→O，电子的速度会越来越大，但电场线可能一直变稀疏，也可能先变密再变稀疏，因此加速度可能越来越小，也可能先增大后减小，故B错误，A正确； C．电子运动到O点时电场力为零，加速度为零，再向下将会减速，因此O点对应速度最大，故C错误； D．根据电场线的对称性可知，越过O点后，电子做减速运动，速度越来越小，故D错误。故选A。 10．一个半径为的均匀带电球体（或球壳）在球的外部产生的电场，与一个位于球心、电荷量相等的点电荷在同一点产生的电场相同。如图所示，在半径为的半球面上均匀分布总电荷量为的负电荷，为通过半球顶点与球心的水平轴线，在轴线上有、两点。已知，点的电场强度大小为，则点的电场强度大小和方向分别为（    ） A．，方向向左 B．，方向向左 C．，方向向右 D．，方向向右 【答案】B 【详解】设半球面有一相对于球心对称的相同半球面，相当于将带电量为的点电荷放在处，则等效球面在、点所产生的电场强度大小均为方向均指向球心，左半球面在点产生的电场强度大小方向向右，根据对称性，可知右半球在点产生的电场强度大小方向向左故选B。 11．（多选）如图所示为两个点电荷的电场，虚线为一带电粒子只在电场力作用下的运动轨迹，a、b为轨迹上两点，下列说法中正确的是（　　） A．两个点电荷为左正右负，且左边电荷所带电荷量多 B．带电粒子在a点的电场力小于在b点的电场力 C．带电粒子带正电 D．带电粒子在a点的加速度大于在b点的加速度 【答案】AB 【详解】A．根据电场线的指向和电场线的密集程度，可知两个点电荷为左正右负，且左边电荷所带电荷量多，故A正确； BD．b点电场线更密集，b点电场强度更大，故带电粒子在b点受电场力更大，根据 可得带电粒子在a点的加速度小于在b点的加速度，故B正确，D错误； C．粒子轨迹在速度方向和受力方向之间，故可判断粒子受力和场强方向相反，粒子带负电，故C错误。故选AB。 12．（多选）如图甲所示，轴上和处分别固定A、B两点电荷，取电场强度沿轴正方向为正，轴上区域的电场强度分布如图乙所示，放入其中的电荷仅受电场力作用，由此可知（　　） A．A、B两点电荷电性相同 B．A、B两点电荷电荷量大小之比 C．在有限范围内，轴上仅有一处电场强度为零 D．将一正点电荷从处由静止释放，仅在电场力作用下还能回到处 【答案】BC 【详解】A．根据图乙可知，处的电场强度为0，则A、B两点电荷电性必定相反，故A错误； B．由于处的电场强度为0，则有可得A、B两点电荷电荷量大小之比为，故B正确； C．由于处的电场强度为0，的场强沿轴负方向，的场强沿轴正方向，可知A带正电，B带负电；则在AB之间A的电场方向向右，B的电场方向也向右，即AB之间电场的方向始终不可能为0；A的电荷量大一些，A的左侧电场由A电荷决定，即A左侧的电场强度也不可能为0，即在有限范围内，轴上仅有位置一处电场强度为零，故C正确； D．根据图像，将一正点电荷从处由静止释放，所受电场力方向始终沿轴正方向，即该电荷将在电场力作用下沿轴正方向做加速运动，不可能回到处，故D错误。故选BC。 13．（多选）有一种蜘蛛带电后能在电场环境中“御电飞行”。如图所示，在一个固定的带正电的金属球旁边，一只带负电的蜘蛛在水平面上做半径为R的匀速圆周运动。若金属球半径为R，带电荷量为+Q，蜘蛛可看为质点且质量为m，其到球面的距离和到过O点竖直线的距离均为R，已知金属球均匀带电，其在球外某点产生的电场强度等同于把球上全部电量集中在球心后在该处所产生的电场强度，蜘蛛所带电量不影响金属球电荷分布，重力加速度为g，静电力常量为k，忽略空气阻力，则下列说法正确的是（　　） A．蜘蛛做圆周运动的半径为R B．蜘蛛受到的电场力为2mg C．蜘蛛的动能为 D．蜘蛛所带电量为 【答案】ACD 【详解】A．“一只带负电的蜘蛛在水平面上做半径为R的匀速圆周运动”，故A正确； B．电场力与竖直方向的夹角为解得蜘蛛受到的电场力为F，有解得，故B错误； C．蜘蛛的动能为根据牛顿第二定律得解得，故C正确； D．根据库仑定律解得蜘蛛所带电量为，故D正确。故选ACD。 14．（多选）如图所示，A、B两点确定的水平直线过均匀带电薄板的中心且与薄板垂直，电荷量为的点电荷放在该直线上与均匀带电薄板相距2d，A、B两点在薄板两侧且与薄板间距均为d。若图中A点的电场强度大小为（k为静电力常量），方向沿AB连线，则图中B点的电场强度大小为（　　） A． B． C． D． 【答案】CD 【详解】点电荷在A点产生的电场强度大小为，方向水平向左。若A点的电场强度大小为，方向水平向右，说明均匀带电薄板在A点产生的电场强度大小为，方向水平向右；由A点和点关于薄板的对称性可知薄板在点产生的电场强度大小为，方向水平向左；点电荷在点产生的电场强度大小为，方向水平向左；故点的电场强度大小为，方向水平向左，若A点的电场强度大小为，方向水平向左，同理可求点的电场强度大小为故选CD。 15．（多选）如图所示，在电荷量为q的等量异种点电荷形成的电场中，O是两点电荷连线的中点，E、F是两点电荷连线中垂线上关于O对称的两点，B、C和A、D也关于O点对称，点电荷至B点和A点的距离均为r，，则（　　） A．B、C两点电场强度大小相同，方向不同 B．A、D两点电场强度大小相同，方向相同 C．E、O、F三点比较，O点电场强度最大，E、F点电场强度不相同 D．B、O、C三点比较，O点电场强度最小，大小为，方向从O指向C 【答案】BD 【详解】A．如图是等量异种点电荷形成电场的电场线 由对称性可知，B、C两点电场强度大小和方向都相同，故A错误； B．根据图甲可知，A、D两点电场强度大小相等，方向相同，故B正确； CD．根据电场线的疏密程度表示场强的大小，由图甲可知E、O、F三点比较，O的电场强度最大，E、F点电场强度相同；B、O、C三点比较，O的电场强度最小，大小为方向从O指向C，故C错误，D正确。故选BD。 板 书 设 计 第3节 电场 电场强度 一、电场 二、电场强度 1.定义： 2.单位： 3.方向：正电荷受力方向 4.性质：矢量，与试探电荷无关 三、点电荷的电场 电场强度的叠加 1.大小：　() 2.适用：真空、静止点电荷 3.场强矢量叠加 四、电场线 1.假想有方向的曲线 2.常见的几种电场线 3.电场线特点 课 堂 小 结 作 业 布 置 1. 完成课后作业：“练习与应用” 2. 配套同步作业 教 学 反 思 本节课环节流畅，生活导入趣味足，学生参与度高，实验操作激发兴趣，科学探究意识初显，教学目标顺利达成。 但公式推导节奏偏快，部分学生未跟上。建议分层提问并板书关键步，引导逐步推演，加深理解。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$