9.3 电场 电场强度 教学设计——2026-2027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的客观存在、电场强度概念及公式、点电荷场强决定式、场强叠加规律和电场线模型。通过人体带电头发竖起实验制造视觉冲击，类比磁场引导思考电荷间非接触作用，自然引入电场概念，搭建从宏观现象到微观本质的学习支架。 该资料以新课标核心素养为统领，科学思维上通过比值定义法建立电场强度概念，结合库仑定律推导点电荷场强公式，锻炼逻辑推导能力。科学探究中设计试探电荷受力实验和电场线分布观察，归纳场强特点。融入法拉第电场线模型历史，感受物理模型的抽象价值。助力学生培养矢量建模和实验归纳能力，为教师提供清晰的重难点突破路径和可操作的探究活动设计。

9.3 电场 电场强度 一、教学目标 （一）物理观念 1.知道电场是客观存在的特殊物质，理解电场的基本性质； 2.掌握电场强度定义式、点电荷场强决定式，分清两式区别； 3.理解场强矢量叠加规律，会用电场线模型直观描述电场强弱与方向。 （二）科学思维 1.通过比值定义法建立电场强度概念，体会物理量定义方法； 2.结合库仑定律推导点电荷场强公式，锻炼逻辑推导能力； 3.利用矢量合成、电场线图像分析电场，建立矢量建模思维。 （三）科学探究 1.通过试探电荷受力实验，探究电场强弱的描述方法； 2.观察点电荷、等量同种/ 异种电荷电场线分布，归纳场强分布特点。 （四）科学态度与责任 了解法拉第电场线模型的发展历史，感受物理模型简化抽象问题的研究思想，体会静电场在生活、科技中的应用。 二、教学重难点 （一）教学重点 1.电场、电场强度概念，定义式 ； 2.点电荷场强公式及适用条件； 3.电场强度叠加原理；电场线特点与典型电场线分布。 （二）教学难点 1.区分定义式与点电荷场强决定式，理解E由电场本身决定； 2.场强矢量叠加的计算；等量电荷电场线分布规律辨析。 三、教学过程 （一）导入新课 教师通过课件展示实验：通过起电机使人体带电，观察人的头发竖起散开的现象。 提问：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？ 教师引导思考： 思考1：弹力、摩擦力都是因为物体相互接触而产生的，那么电荷间没有接触，它们的相互作用力是因为什么而产生的？ 思考2：初中时学过磁体间的相互作用是因为磁体周围有磁场的存在，那么类比磁场的概念，电荷的周围是否存在一个电场呢？ 学生结合已学知识思考讨论，产生认知冲突——电荷间没有直接接触，但存在相互作用。 设计意图 通过实验制造视觉冲击，引导学生产生"电荷间如何实现相互作用"的疑问，通过类比磁场引入电场的概念，自然过渡到本节课的核心内容。 （二）新课讲授 一、电场 教师展示课件，引导思考：电荷之间没有接触，相互作用是怎样发生的？19 世纪 30 年代，英国科学家法拉第提出一种观点，认为在电荷周围存在着由它产生的电场。电场是看不见、摸不着的，但人们可以根据它所表现出来的性质来认识它、研究它。 教师讲解电荷间通过电场相互作用的模型： • B 受到的力是 A 产生的电场对 B 的作用力 • A 受到的力是 B 产生的电场对 A 的作用力 教师归纳总结： 1.定义：电荷周围存在电场，电场是一种看不见、摸不着的一种特殊物质，它能传递电荷间的相互作用。 2.电场的基本性质：电场对放入其中的电荷有力的作用，这种力叫作电场力。 3.静止的电荷产生的电场叫作静电场。本章只讨论静止电荷产生的电场。 4.说明： （1）只要是带电体，周围都能产生电场。 （2）电场以及磁场已被证明是一种客观存在。场具有能量，也是物质存在的一种形式。 （3）电场不是由分子、原子等实物粒子构成，但它具有物质的基本属性——力和能量。场和实物是存在的两种不同形式。 二、电场强度 1.试探电荷与场源电荷 教师提问：电场看不见摸不着，怎样检验电场是否存在？ 引导学生：可以用一个带电体放入电场中，看它是否受到电场力来检验。 教师介绍概念： • 检验电荷（试探电荷）：q——电量足够小（不改变原电场）、体积足够小（可精确检测各位置）的电荷。 • 场源电荷：Q——被检验的电荷。 2.电场强度概念的建立 教师提问：怎样描述电场的强弱？ 研究方法：在点电荷+Q产生的电场中A、B两点分别放入电荷q₁、q₂、q₃，分别计算它们所受电场力。 引导学生分析得出：F与q的比值与试探电荷无关，与场源电荷以及位置有关。 教师归纳： （1）定义：放入电场中某点的电荷所受的静电力F与它的电荷量q的比值，叫作该点的电场强度（场强）。 （2）公式：E = F/q （3）单位：牛每库（N/C）；伏每米（V/m）；1 V/m = 1 N/C 注：电场中某点的电场强度E是唯一的，是由电场本身的特性（形成电场的电荷及空间位置）决定的，与是否放入试探电荷、放入电荷的电性、电荷量的多少均无关。 3.场强方向的规定 教师结合课件展示正电荷/负电荷在电场中的受力方向图。 物理学中规定，电场强度的方向跟正电荷在该点所受的静电力的方向相同。 负电荷在电场中某点受到的电场力的方向跟该点的电场强度方向相反。 4.对电场强度的理解 （1）矢量性：电场强度是矢量，其方向与在该点的正电荷所受电场力的方向相同，与负电荷所受电场力方向相反。 （2）唯一性：电场中某点的电场强度E是唯一的，是由电场本身的特性决定的。电场中不同的地方，电场强度一般不同。 三、点电荷的电场 1.点电荷电场强度的推导 教师提问：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？ 推导过程： 在A点放一个电荷量为+q的试探电荷，由库仑定律得：F = k·Q·q/r² 由电场强度的定义式得：E = F/q = k·Q/r² 方向：沿二者连线向外（若Q为正电荷）。 教师总结公式：E = k·Q/r² • Q——真空中点电荷的电荷量 • r——某点到点电荷的距离 • 单位：N/C 注意：以点电荷Q为中心作一个球面，球面上各点的电场强度大小相等。 2.场强方向 • 正点电荷：电场方向沿半径向外 • 负点电荷：电场方向沿半径向内（指向点电荷） 3.两个电场强度公式的比较 适用范围 式中电荷的意义 定义式，适用于一切电场 q是试探电荷的电荷量，但E与q无关 仅适用于点电荷在真空中的电场 Q是场源电荷的电荷量，E与Q成正比 四、电场强度的叠加 1.叠加原理 教师提问：空间中存在多个场源电荷，如何求电场中某点的电场强度？ 结论：电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。 • 独立性：同一空间内各个场强对电荷的作用互不影响。 • 电场强度的运算遵循平行四边形定则。 2.均匀带电球体的电场 教师讲解：若带电体比较大，不能看作点电荷，如何求带电体的电场？ 可以证明：半径为R的均匀带电球体（或球壳）在球外产生的电场，与一个位于球心的、电荷量相等的点电荷产生的电场相等。 公式中的r是球心到该点的距离（r > R），Q为整个球体所带的电荷量。 五、电场线 教师提问：电场看不见、摸不着，除了用公式描述电场以外，我们还可以用什么方法形象地了解和描述电场中各点电场强度的大小和方向？ 学生思考后，教师介绍：英国物理学家法拉第采用了一个简洁的方法来描述电场——电场线。即在电场中画出一系列有方向的曲线，使曲线上每点的切线方向都跟该点的场强方向一致。 1.电场线的定义 电场线是用来形象地描述电场强弱与电场强度方向特性的一簇曲线。 （1）电场线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向。 （2）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，因此可以用电场线的疏密来表示电场强度的相对大小。 2.几种常见电场中电场线的分布 教师结合课件展示并讲解： （1）点电荷的电场线 • 正点电荷：电场线从正电荷出发，沿半径向外辐射 • 负点电荷：电场线指向负电荷，沿半径向内汇聚 （2）等量异种点电荷的电场线 ①两点电荷连线上各点，电场线方向从正电荷指向负电荷，中点场强最小； ②两点电荷连线的中垂面（中垂线）上，场强方向均相同，且总与中垂面（线）垂直； ③在中垂线上到O点等距离处各点的场强相等，中点场强最大； ④在中垂面（线）上的电荷受到的电场力的方向总与中垂面（线）垂直，因此在中垂面（线）上移动电荷时电场力不做功。 （3）等量同种点电荷的电场线（以等量正电荷为例） ①两点电荷连线中点O处场强为零，此处无电场线； ②中点O附近的电场线非常稀疏，但场强并不为零； ③两点电荷连线中垂面（中垂线）上，场强方向总沿面（线）远离O； ④在中垂面（线）上从O点到无穷远，电场线先变密后变疏，即场强先变强后变弱。 3.电场线的特点总结 教师引导学生归纳总结： （1）曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向。 （2）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，电场线不是闭合曲线。 （3）电场线在电场中不相交（同一点的电场不能有两个方向）。 （4）在同一电场中，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。 （5）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。 （6）不能用带电粒子在电场中运动的轨迹来描绘电场线。 六、匀强电场 1.定义：各点电场强度的大小相等、方向相同的电场。 2.匀强电场的电场线：间隔相等的平行直线。 3.实例：相距很近、带有等量异种电荷的一对平行金属板间的电场（忽略边缘效应）可以看作匀强电场。 （三）课后小结 教师出示练习题并讲解，涵盖电场强度的概念理解、点电荷场强计算、场强叠加合成、电场线判断等题型。 教师引导学生自主梳理本节知识，小组交流补充： 1.电场：电荷周围客观存在的特殊物质，对放入其中的电荷有力的作用。 2.电场强度：E = F/q（定义式，适用于一切电场），矢量，方向与正电荷受力方向相同。 3.试探电荷 vs 场源电荷 4.点电荷的电场强度：E = kQ/r²（决定式，仅适用于真空中点电荷）。 5.电场强度的叠加：多个场强的矢量和，遵循平行四边形定则。 6.电场线：假想的曲线，切线方向表示场强方向，疏密表示场强大小。 7.匀强电场：各点场强大小相等、方向相同，电场线为间隔相等的平行直线。 （四）板书 （五）教学反思 授课课题 9.3 电场 电场强度 授课班级 教学目标达成情况 教学重难点突破效果 课堂教学环节亮点与不足 学生学习掌握情况 整体改进措施与后续教学规划 学科网（北京）股份有限公司 $