9.3 电场力 电场强度 课时教案 -2025-2026学年高二上学期物理沪科版必修第三册

9.3《电场力 电场强度》课时教案

学科

物理

年级册别

高二上册

共1课时

教材

沪科版高中物理必修第三册

授课类型

新授课

第1课时

教材分析

教材分析
本节内容位于沪科版高中物理必修第三册第九章第三节，是静电场部分的核心概念之一。教材从库仑定律出发，引出电场的概念，并通过“试探电荷”建立电场强度的定义，强调其矢量性与决定因素。内容逻辑清晰，由现象到本质，体现了物理建模的思想，为后续学习电势、电场线、带电粒子在电场中的运动打下基础。

学情分析
学生已掌握库仑定律和力的合成与分解知识，具备一定的矢量运算能力。但对“场”这一抽象概念缺乏直观感知，容易将电场强度误解为与试探电荷有关。高二学生正处于抽象思维发展的关键期，需借助类比、实验模拟等方式帮助理解。教学中应注重从生活情境引入，强化物理模型构建过程，引导学生突破“超距作用”的直觉认知障碍。

课时教学目标

物理观念
1. 理解电场的基本性质，知道电场是一种特殊物质，能够传递电场力的作用。
2. 掌握电场强度的定义式E=F/q，理解其矢量性，能运用公式进行简单计算并判断方向。

科学思维
1. 通过类比重力场建立电场概念，发展类比推理能力；通过控制变量法理解电场强度与试探电荷无关。
2. 能够从库仑定律推导点电荷电场强度表达式E=kQ/r²，并理解其适用条件。

科学探究
1. 能设计简易方案验证电场的存在及其方向特征，体验“试探法”在物理研究中的应用。
2. 在问题解决中体会理想模型（点电荷、试探电荷）的构建意义与局限性。

科学态度与责任
1. 感受人类探索电磁现象的历史进程，认识电场概念建立的科学价值。
2. 增强用物理视角观察生活的意识，理解电场知识在现代科技中的广泛应用。

教学重点、难点

重点
1. 电场强度的定义及其矢量性，掌握E=F/q的应用。
2. 点电荷电场强度公式的推导与理解。

难点
1. 理解电场是一种客观存在的特殊物质形态，而非虚构工具。
2. 明确电场强度是描述电场本身性质的物理量，与试探电荷q无关。

教学方法与准备

教学方法
情境探究法、讲授法、合作探究法

 

教具准备
多媒体课件、静电演示仪、验电器、泡沫小球、丝线、激光笔

教学环节

教师活动

学生活动

情境导入：看不见的推手
【5分钟】

一、重现“隔空发力”现象，引发认知冲突。

（一）、演示静电排斥实验：
教师手持一根经丝绸摩擦过的玻璃棒，缓缓靠近悬挂在细丝线上的轻质泡沫小球（预先用相同方式带正电），学生可清晰看到小球在未接触玻璃棒前就开始远离摆动。“同学们，请注意观察——玻璃棒并未触碰小球，但小球却像被一只无形的手推开。”此时教师用激光笔照射路径，强调“真空中也能发生”，排除空气流动干扰。接着提问：“这种‘隔山打牛’式的力是如何传递的？它是否需要介质？如果把小球换成更小的带电体，结果会怎样？”

（二）、类比重力场建立电场猜想：
“我们都知道地球周围存在重力场，任何质量物体进入其中都会受到引力作用，无需直接接触。”教师在黑板左侧画出地球与苹果下落示意图，“那么，带电体周围是否存在类似的‘电场’？这个场会不会就是传递电场力的媒介？”引导学生回忆初中所学“场”的初步概念，并鼓励大胆假设：“也许每一个电荷都在其周围空间创造出一种特殊的环境——电场，其他电荷正是受到了这个环境中某种属性的影响才产生了力。”此时播放一段NASA关于太阳风与地磁场相互作用的可视化动画，展示“场”的真实存在感。

1. 观察实验现象，描述所见。
2. 思考力的传递机制，提出疑问。
3. 回忆重力场概念，尝试类比迁移。
4. 参与讨论，形成“电场”初步设想。

评价任务

现象描述：☆☆☆
类比迁移：☆☆☆
问题提出：☆☆☆

设计意图

以直观实验打破“接触才有力”的日常经验，制造认知失衡；通过重力场类比降低抽象门槛，自然引出电场概念，体现“从生活走向物理”的理念。

概念建构：如何量化电场？
【12分钟】

一、引入试探电荷，构建测量模型。

（一）、设问驱动：如何探测未知电场？
“现在我们假设电场确实存在，那该如何‘看见’它？又该如何衡量它的强弱呢？”教师引导学生思考：“就像温度计测量温度一样，我们需要一个标准探针。”随即提出“试探电荷”概念——电量足够小、体积足够小的理想化带电体，放入电场后不影响原电场分布。举例说明：“好比用一根极细的温度计测湖水温度，不会改变整片水域的热状态。”强调其两大特征：①电荷量q→0；②尺寸远小于场源结构尺度。

（二）、分组探究：寻找F与q的关系规律。
提供虚拟仿真实验平台链接（或教师端投屏操作），设定固定场源电荷Q=+5×10⁻⁶C，位置不变。学生小组任务：依次放入不同电量的试探电荷（如+1nC, +2nC, +3nC…），记录其所受静电力大小与方向。教师巡视指导，提醒注意单位换算与矢量方向标注。待数据收集完毕，组织各组汇报结果，共同绘制F-q图像。“你们发现了什么规律？”预设学生回答：“F与q成正比。”教师追问：“比例系数意味着什么？”顺势引出该比值反映了电场本身的强弱特性，即电场强度

1. 理解试探电荷的作用与要求。
2. 操作仿真软件，采集F与q数据。
3. 分析数据，归纳正比关系。
4. 计算E值，验证其与q无关。

E=F/q。

（三）、精确定义电场强度矢量。
明确给出电场强度定义式：E = F/q，单位N/C。强调三点：①E是矢量，方向与正电荷受力方向相同；②E由电场本身决定，与q无关；③适用于任何电场。结合刚才的数据表，计算同一位置不同q对应的E值，验证其恒定性。“这就像海拔高度不因测量者的体重而改变一样。”补充反例：若使用大电量试探电荷，会导致原电荷分布移动，破坏测量条件，从而说明“理想模型”的必要性。

评价任务

模型理解：☆☆☆
数据分析：☆☆☆
概念辨析：☆☆☆

设计意图

通过“问题—假设—实验—归纳”路径，让学生亲历科学发现过程；利用数字化工具提升探究效率；强调理想模型的构建逻辑，培养科学思维严谨性。

规律深化：点电荷的电场什么样？
【15分钟】

一、从库仑定律推导点电荷场强公式。

（一）、逻辑推演：由F到E的数学转化。
“既然我们知道两个点电荷之间的库仑力为F = k·Qq/r²，而电场强度E = F/q，那么能否推出场源电荷Q在其周围某点产生的电场强度呢？”教师板书推导过程：
F = k·(Qq)/r² → E = F/q = [k·(Qq)/r²]/q = k·Q/r²
强调约去的是试探电荷q，最终结果只与场源Q和距离r有关。得出结论：真空中点电荷Q在距离r处产生的电场强度大小为E = kQ/r²，方向沿径向：Q>0时向外，Q<0时向内。

（二）、多点探究：电场的空间分布特征。
教师利用GeoGebra动态演示软件，展示单个正点电荷周围的E随r变化曲线（双曲线型衰减）。“请观察图像趋势，当r趋近于0时，E趋向无穷大，这合理吗？”引发学生质疑：“现实中不可能有无限大的力！”教师解释：“这是因为点电荷是理想模型，当r非常小时，实际电荷有体积，不能视为点状，公式失效。”接着演示负点电荷电场方向相反的情况，并叠加两个等量同号/异号电荷的复合电场，引导学生观察叠加区域的矢量合成效果。

（三）、合作绘图：描绘典型电场线分布。
下发坐标纸，要求学生以小组为单位，画出以下三种情形的电场线：
① 单个正点电荷；② 单个负点电荷；③ 等量异种点电荷（电偶极子）。教师巡视，重点指导电场线起止、疏密、切线方向的意义。“电场线越密表示E越大，切线方向即E方向，永不相交。”完成后选取优秀作品投影展示，集体点评修正。特别指出：“电场线不是真实轨迹，而是人为描绘的辅助工具。”

1. 参与公式推导，理解数学逻辑。
2. 观察图像，分析物理意义与模型边界。
3. 动手绘制电场线，掌握分布规律。
4. 交流互评，完善认知结构。

评价任务

公式推导：☆☆☆
图像分析：☆☆☆
绘图准确：☆☆☆

设计意图

实现从实验定义到理论推导的跨越，强化数学工具在物理中的应用；通过可视化手段揭示电场的空间结构，发展学生的空间想象能力；动手绘图促进深度参与，落实核心素养。

应用迁移：破解电场谜题
 

一、解决真实情境中的综合问题。

1. 分析生活现象，提取物理原理。