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

3. 电场 电场强度

——人教版（2019）高中物理必修第三册

课时：1 课时（40 分钟）　课型：新授课

一、教材分析

本节是人教版（2019）高中物理必修第三册第九章《静电场及其应用》的第 3 节，是在学生学习了电荷、库仑定律之后，进一步研究电荷间相互作用的方式——通过电场发生相互作用。教材从电荷在电场中受力入手，经历“电场概念的建立→电场强度概念的建立→点电荷的电场→电场强度的叠加→电场线的引入”的完整思维过程，是本章乃至整个静电学部分的核心内容。

电场是物理学中第一次出现的“场”型物质，看不见、摸不着，概念抽象，是学生认识上的一次飞跃。教材采用比值定义法定义电场强度 ，这一方法对后面“电势”“电势差”等概念的学习具有奠基作用。随后借助库仑定律推导出真空中点电荷的场强公式，再由矢量叠加原理处理多个点电荷产生的电场，最后引入法拉第发明的电场线，把抽象的场形象化。

本节内容包括三个部分：一是电场与电场强度（电场概念、试探电荷、电场强度的定义与矢量性）；二是点电荷的电场与场强叠加；三是电场线（几种典型电场的电场线分布及特点）。教学重点是电场强度概念的建立及其定义式，教学难点是对“比值定义法”的理解——场强由电场本身决定，与试探电荷无关。

二、学情分析

学生在上一节课已经学习了库仑定律，会计算点电荷间的相互作用力，但“两个不接触的电荷之间到底怎样发生相互作用”仍是悬而未决的问题，这正是本节课的认知起点。学生在生活中对“力要通过接触或绳、杆等中介传递”有丰富的经验，但对“隔着空就能施力”的超距作用缺乏解释框架。

从认知特点来看，高一学生已经历过用比值定义物理量的过程（如速度 、加速度 ），初步熟悉“比值定义法”，但对“比值由被测对象本身决定、与比值中的两个量无关”的理解仍不深刻，容易产生“E 跟 F 成正比、跟 q 成反比”的典型错误。此外，电场是抽象的矢量场，学生对场的空间分布缺乏想象力，需要借助电场线这一形象化工具搭建从抽象到具体的桥梁。

因此，教学中要充分利用类比与表格数据分析，引导学生经历“猜想—检验—归纳”的概念建立过程，让学生自己发现 与试探电荷无关这一关键事实，体会比值定义法的思想；同时通过手绘电场线，把抽象的电场转化为直观图像。

三、教学目标（核心素养目标）

（1）物理观念：知道电荷间的相互作用是通过电场发生的，建立场的物质观；理解电场强度的概念，掌握其定义式、单位与矢量性；会推导真空中点电荷的场强公式；认识匀强电场的特征。

（2）科学思维：经历用比值定义法定义电场强度的过程，体会“由比值反映属性、与比值两量无关”的定义思想；通过 F 与 q 的数据分析培养归纳推理能力；理解点电荷场强公式与定义式的区别和联系。

（3）科学探究：通过“同一位置换用不同试探电荷”的假想实验收集证据，检验 F 与 q 的正比关系；能根据电场线描述几种典型电场中各点场强的大小和方向。

（4）科学态度与责任：了解法拉第用场的观念取代超距作用的历史，体会科学模型与想象在物理学发展中的作用；通过用场强知识分析静电除尘、静电植绒等生产实际中的匀强电场应用，认识物理学的实用价值。

四、教学重难点

教学重点：电场、电场强度概念的建立；电场强度定义式 及其理解；点电荷的场强公式；电场线的特点与几种典型电场的电场线。

教学难点：理解电场强度由电场本身决定，与试探电荷无关（比值定义法的本质）；电场强度的矢量性及场强叠加；把电场线平面分布图还原为空间分布的想象。

五、教学方法与教学准备

教学方法：问题引导法、讲授法与讨论法相结合、表格数据分析法、类比法、多媒体辅助教学法、讲练结合法。

教学准备：多媒体课件（含静电除尘器工作场景、平行带电金属板间电场、静电植绒等图片，法拉第生平简介，几种典型电场电场线的动画）；演示器材（气球与头发摩擦起电使碎纸屑跳动的装置）。

六、教学过程（40 分钟）

（一）新课导入（约 3 分钟）

教师演示：将气球在头发上反复摩擦后靠近桌面上的碎纸屑，碎纸屑纷纷跳起贴附在气球上。

教师提问：气球并没有接触纸屑，它对纸屑的吸引力是通过什么传递过去的？上一节课我们学习了库仑定律，知道了两个点电荷之间静电力的大小和方向，但真空中两个不接触的电荷之间，这种相互作用究竟是怎样发生的？难道可以“隔空施力”吗？

学生活动：观察实验，结合生活经验（磁铁隔空吸引铁钉）猜想电荷间的作用机理并自由发言。

教师引导：历史上也曾有物理学家认为这种作用不需要媒介、不需要时间，称为“超距作用”。但英国物理学家法拉第提出了不同的观点——电荷周围存在一种看不见的特殊物质，正是它把力的作用传递开来。这种特殊物质就叫作电场。今天我们就来认识电场，并学习描述电场强弱的方法。

（二）电场的概念（约 5 分钟）

教师讲解：电荷在其周围空间激发电场，处在电场中的其他电荷受到的静电力是由电场给予的。电荷之间的相互作用正是通过电场发生的：电荷甲的电场对电荷乙施加力，电荷乙的电场也对电荷甲施加力。

教师强调：电场是一种客观存在的特殊物质，它像分子、原子等实物粒子一样，是物质存在的另一种形式。电场有两个基本性质：一是对放入其中的电荷有力的作用；二是电场力可以对电荷做功，说明电场具有能量。看不见并不等于不存在——可见光只占电磁波谱很窄的一段，我们的感官只能感知世界的一小部分，判断一个事物是否存在，要依据它的效应。

板书：静止电荷激发的电场叫静电场；电场对电荷的作用力叫电场力（简称静电力）。

（三）电场强度的建立（约 12 分钟）

1. 问题引导（约 3 分钟）。

教师提问：电场看不见、摸不着，怎样描述它对电荷施力的本领呢？场源电荷 +Q 激发的电场中，放入一个电荷量和体积都很小的带正电的点电荷 +q（称为试探电荷），它在不同位置受到的静电力相同吗？

学生回答：不同。离场源电荷越近，静电力越大；离得越远，静电力越小。可见电场有强弱，也有方向——是矢量场。

教师追问：能不能直接用试探电荷所受静电力 F 的大小来表示电场的强弱呢？同一位置换用电荷量为 2q、3q 的试探电荷，F 还一样吗？

2. 表格数据分析（约 5 分钟）。

教师展示假想实验数据：在电场中某固定点 A，依次换用电荷量不同的试探电荷，测得各自的静电力如下表。

教师提问：分析表格数据，你发现了什么规律？静电力 F 与试探电荷的电荷量 q 之比有什么特点？

学生归纳：F 与 q 成正比，比值 在同一点是一个与试探电荷无关的定值。

教师追问：这个比值会不会随位置变化呢？在点电荷 Q 的电场中，由库仑定律，电荷量为 的试探电荷在距 Q 为 r 处受到的静电力为

该点的电场力与试探电荷量之比为