9.3 电场 电场强度教学设计 -2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

该高中物理教学设计聚焦“电场 电场强度”核心内容，通过人体带电头发竖起或静电铝箔实验导入，类比磁场建立电场概念，以试探电荷推理电场强度定义，衔接点电荷电场、叠加原理及电场线、匀强电场的学习支架。 资料亮点在于融合科学思维与科学探究，通过实验模拟（如电场线演示视频）和模型建构（虚拟电场线描述抽象电场），强化物理观念中的物质观念（电场客观存在）。具体实验与问题链引导学生从感性到理性，提升抽象思维与探究能力，为教师提供结构化教学流程与直观教学资源。

高中物理必修三第九章第三节 电场 电场强度 教材分析 1、课标要求 3.1.3 知道电场是一种物质。了解电场强度，体会用物理量之比定义新物理量的方法。会用电场线描述电场。 例5 用电场线描绘两个等量异种点电荷周围的电场。 2、 地位与作用 本节主要由电场、电场强度、点电荷的电场、电场强度的叠加、电场线、匀强电场等内容组成，是本章的重要内容，为本章的后续学习打下基础的预备知识。 3、 教学内容安排 过人体带电时头发受静电力的实验现象引 入电场概念；学生经历“比较一概括一抽象”思维的过程，用物理量之比定义电场强度概念；从静电力的叠加推理电场强度的叠加原理；通过演示实验模拟电场线，增加电场存在的感性认识，帮助学生理解电场线的特点与意义，体会实验模拟将抽象电场形象化的物理方法。 教学目标 (1)通过类比与实验模拟的方法建立电场概念，知道电荷间的相互作用是通过电场实现的， 知道场是物质存在的形式之一。 (2)通过电场强度概念的建立过程，进一步体会用物理量之比定义新物理量的方法。理解电 场强度的定义式、单位和方向。 (3)知道点电荷形成的电场的电场强度的表达式。会计算多个点电荷形成的电场的电场强度。 (4)会用电场线描述电场。了解几种典型场的电场线，体会用虚拟的图线描述抽象物理概念的思想方法。 教学重难点 教学重点：电场强度概念的建立。 教学难点：电场的物质性与电场线的理解。 教学过程设计 问题导入：通过起电机使人体带电，人的头发会竖起散开。为什么会出现这样的现象？你能解释产生这一现象的原因吗？ 怎么教： 教师演示实验：通过起电机使人体带电或者通过起电棒演示静电铝箔实验（现象：人的头发会竖起散开或者铝箔在同种电荷相互排斥下张开）为什么同种电荷会相互排斥？ 为什么这么教： 这样的实验不仅增强了学生对场的客观存在的感性认识，也容易激发学生积极思考。 知识点一：电场 法拉第的观点：在电荷的周围存在着由它产生的电场。 例如，电荷A 对电荷B 的作用力，就是电荷A 的电场对电荷B的作用；电荷B 对电荷A 的作用力，就是电荷B的电场对电荷A 的作用（图9.3-1）。 ①电荷之间的相互作用是通过电场发生的。 ②只要有电荷存在，电荷的周围就存在着电场。 ③电场和磁场虽然跟由分子、原子组成的物质不同，但它们是客观存在的一种特殊物质形态。电场虽然看不见、摸不着，但可以通过它表现的性质来认识它。 本章只讨论静止电荷产生的电场，这种场叫作静电场。静止电荷之间的相互作用是通过静电场相互作用完成的。 怎么教： 场是物理学中一个重要概念，是形成物质观念的重要知识载体。电场看不见、摸不到，十分抽象，难于理解。教师可以把静电力与磁极间的磁力进行类比，因为学生在初中学习过磁场的概念，这样处理比较充分地利用了学生已经学过的知识，建立电场的概念会更加自然一些。学生对场的物质性的认识是一个逐步深化的过程。从某种意义上说，电场强度概念引入的同时也定义了电场，学习电场线同时就强化了电场的物质性。 实验观察：在桌面上放一个有绝缘支座的带电体A, 在A附近分别悬挂一个不带电的球和一个带电的球，观察现象。 现象：不带电的球没有发生偏离，带电的球偏离了竖直位置，说明电场的性质是对放入电场 中的电荷有力的作用。类比：两块磁铁之间的磁力、空中物体受到的重力都是不直接接触而通过场来传递的。 理论分析：电荷A 对电荷B 的作用，实际上是A 产生的电场1对电荷B的作用；反过来 ，B 对A产生作用，实际上是B产生的电场2对电荷A的作用。这就回答了问题导入的实验，感受电场的存在。 结论：1.电荷产生电场，电场是客观存在的一种特殊物质形态。2.电场的基本特性是对放入其中的电荷有静电力的作用。 知识点二：电场强度 电场是在与电荷的相互作用中表现出自己的特性的。因此，在研究电场的性质时，应该将电荷放入电场中，从电荷所受的静电力入手。 问题情景为了认识电场存在强弱，可以先引导学生回忆教科书上一节“问题”中的演示实验，思考如 下问题： A. 带电小球处于谁产生的电场中?（带电体A） B. 同一带电小球受到的静电力大小与什么因素有关? C. 电荷量不同的小球在同一位置受到的静电力大小相同吗?（静电力的大小不仅与电场有关，还与电荷的电荷量有关。） 将电荷放入电场中研究电场，这个电荷应该是电荷量和体积都很小的点电荷。电荷量很小，是为了使它放入后不影响原来要研究的电场。体积很小，是为了便于用它来研究电场各点的性质。这样的电荷常常叫作试探电荷。 激发电场的带电体所带的电荷叫作场源电荷，或源电荷。 如图，场源是带正电荷的球体。如何确定其周围电场中各点电场的强弱? 学生讨论是否能用试探电荷所受的静电力描述电场的强弱？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，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，那么，用什么物理量能够描述电场的强弱呢？ 如果把一个很小的电荷q1 选为试探电荷，它在电场中某个位置受到的静电力是F1，另一个同样的电荷在同一位置受到的静电力一定也是F1 ；我们可以推测，假如有一个电荷量为2q1的电荷放在这里，它受到的静电力就是2F1。依此类推，电荷量为3q1的电荷放在这里，受到的静电力是3F1……也就是说，我们推测试探电荷在电场中某点受到的静电力F 与试探电荷的电荷量q成正比。或者说，试探电荷在电场中某点受到的静电力F 与试探电荷的电荷量q 之比是一个常量。 学生活动：利用库仑定律计算在点电荷电场， 学生看出，在点电荷电场中静电力 与检验电荷的电荷量之比与该检验电荷的电荷量无关，并且由场源电荷与距离场源电荷的空间位置决定。 老师总结：放在一确定点的试探电荷受到的静电力与它的电荷量之比，跟该点的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及该点与场源电荷之间的距离r有关。 上图中A 、B 两点的比 ,如果用此比值描述电场强弱，则A点电场比B点电场强。 这一结论与利用同一试探电荷检验电场强弱的结论一致。所以反映了电场本身的属性，是我们要寻找的描述电场强弱性质的物理量。 它反映了电场在各点的性质，叫作电场强度。电场强度常用E 来表示 电场强度的单位应是牛每库，符号为 N/C。电场强度是矢量。物理学中规定，电场中某点的电场强度的方向与正电荷在该点所受的静电力的方向相同。按照这个规定，负电荷在电场中某点所受静电力的方向与该点电场强度的方向相反。 怎么教：对于电场强度方向的规定的教学，可以引导学生讨论：把同一试探电荷放在点电荷电场中不同位置，试探电荷受到的静电力方向是否相同?正、负检验电荷在同一位置所受静电力的方向怎 样?怎样定义电场强度的方向呢?初中是怎样定义磁场的方向的?对我们有什么启发?还可以怎样定义电场强度的方向?经过讨论，学生会明白电场强度应该既能描述电场的强弱，又能描述电场的方向，所以电场强度必须是矢量，并理解电场强度方向是一种约定。针对学生的实际情况，教学中可以考虑让学生比较重力加速度与电场强度，通过整合，提升对两个概念内涵的理解层次。 知识点三：点电荷的电场 电场强度的叠加 电荷是最简单的场源电荷，一个电荷量为Q 的点电荷，在与之相距r处的电场强度,在以点电荷为球心、以r 为半径的球面上，各点的电场强度的大小和方向有怎样的关系?让学生画出场源电荷(分正、负两种场源电荷)并图示距离场源电荷为r 的球面上各点的电场强度矢量，为后面电场线的学习打下基础。 根据上式可知，如果以电荷量为Q 的点电荷为中心作一个球面，则球面上各点的电场强度大小相等。当Q 为正电荷时，电场强度E 的方向沿半径向外；当Q 为负电荷时，电场强度E 的方向沿半径向内。方向不同。 我们知道，两个或两个以上的点电荷对某一个点电荷的静电力，等于各点电荷单独对这个点电荷的静电力的矢量和（教学时，给情景学生，先分析P点的受力情况，再分析场强情况）。由此可以推理，如果场源是多个点电荷，则电场中某点的电场强度等于各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。例如，图 9.3-4 中P 点的电场强度E，等于点电荷Q1 在该点产生的电场强度E1 与点电荷Q2（为负电荷）在该点产生的电场强度E2 的矢量和。 怎么教： 关于电场强度的叠加问题，可以先要求学生讨论下列问题： ①两等量同号场源电荷Q , 相距为r( 给出示意图),试求以它们的连线为边长的等边三角形的顶点处的电场强度的大小和方向。(求出电场强度的大小并不难，但是容易遗漏另一个等边三角形的顶点处的一组解。此问题培养学生思维的全面性。) ②改变其中一个场源电荷的电性，画出两等量异号点电荷产生的电场强度的矢量和。明确电场强度的叠加实质上是求各个电场强度单独存在时的矢量和。 在一个比较大的带电体不能看作点电荷的情况下，当计算它的电场时，可以把它分成若干小块，只要每个小块足够小，就可以看成点电荷，然后用点电荷电场强度叠加的方法计算整个带电体的电场。可以证明，一个半径为R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，，式中的r 是球心到该点的距离（r >R），Q 为整个球体所带的电荷量。 怎么教： 教学中虽然不要求证明，但是要求学生理解这是把均匀带电球体分成无数点电荷，然后用点电荷电场强度叠加的结果，可以从均匀带电圆环外的某点P入手，从圆环过度到球壳再到球体。 知识点四：电场线 匀强电场 除了用数学公式描述电场外，形象地了解和描述电场中各点电场强度的大小和方向也很重要。法拉第采用了一个简洁的方法来描述电场，那就是画电场线。（通过电场线的学习 ，应使学生感悟到科学家是如何用虚拟的图线来描述抽象的物理概念的。它能使物理概念具体化、形象化，这充分体现了科学研究中一种十分重要的思想方法。建议教学中做好电场线模拟实验。） 电场线是画在电场中的一条条有方向的曲线，曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向（图 9.3-6）。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，因此在同一幅图中可以用电场线的疏密来比较各点电场强度的大小。 通过实验视频，模拟电场线，学生了解一些典型电场的电场线分布图： 学习电场线时需要明确以下几个问题： ①用电场线可以表示电场的方向与强弱(强调：电场线上每一点的切线方向表示该点的电场强度方向，并且这些电场线都是分布在空间中的); ②电场线是从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷的； ③在同一电场中电场线不可相交，这表明了电场中电场强度的唯一性； ④在同一幅图中，可以用电场线的疏密来表示电场强度的相对大小； ⑤电场中实际上并不存在电场线，但电场线是形象描述电场的有效工具。 通过电场线的学习，应该使学生能看懂一些典型电场的电场线分布图；会用电场线来描述有关的电场，即会用电场线描述电场强度的大小和方向；感悟到用虚拟的图线描述抽象的物理概念 的做法是科学研究中一种重要的思想方法。用“线”描述“场”是法拉第为物理学做出的重大贡献之一。对于电场线的教学，建议引导学生对知识主动建构，让学生经历电场线的建立过程。学生在经历用一个到多个试探电荷描述电场分布的过程中，才会明白为什么要引入电场线，学会用电场线简洁地表示电场。 播放教科书图9.3-10的演示实验视频，并给出对应的匀强电场模型电场线的分布图。 引导学生总结出以下几点： ①明确匀强电场也是由两板上所有电荷激发的电场叠加的结果； ②匀强电场的定义；（如果电场中各点的电场强度的大小相等、方向相同，这个电场就叫作匀强电场。） ③匀强电场的电场线的特点；（由于方向相同，匀强电场中的电场线应该是平行的；又由于电场强度大小相等，电场线的疏密程度应该是相同的。所以，匀强电场的电场线可以用间隔相等的平行线来表示。） ④带有等量异号电荷的一对平行金属板靠近时，两板间的电场可以看作匀强电场。 拓展：不等量电荷以及点电荷与导体的电场线分布 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $