《电场强度》教学案例与反思

一、教材分析

本章是选修3—1的第一章，是高中阶段电学内容的开始，也是高中阶段基础的内容之一，它既是电磁学知识的基础，又是其他物理学知识的重要基础。而本章的核心内容就是这一节电场的概念及描述电场特性的物理量。本节《电场强度》是这一章的第三节，教材内容放在库仑定律之后，是对库仑定律的深入理解，进一步明确了两电荷之间作用的本质，是通过电场来实现的。同时又为后续课电路、磁场的学习作好铺垫。因此本节课具有承前启后的作用。统观教材，不难发现本节课的教学有如下的特点：

1、知识点多：电场，电场强度，电场线，检验电荷，点电荷的电场，场源电荷，矢量运算等

2、教学内容抽象：电场看不见、摸不着，学生对于场的感性认识少，电场线是一个理想的模型

3、学生的知识体系不完备：关于场没有完整的知识网络，在教学中必须重新构建

二、学情分析

学生在初中学习过磁场，从有关媒体上可能知道电场这个概念，这些知识对本节课的学习会有一定的帮助。并且在前两节已经学习到了点电荷的概念和库仑定律的知识，这是本节课用物理规律推导电场强度定义式的基础。

根据教材中知识点的安排，我把这一节的内容安排了两课时，我在这一节课中讲第一部分内容：电场、电场强度和点电荷的电场和电场强度的叠加。电场线及各种典型电场的分布特点安排在下一节课。

根据本节课的教学内容和学生的特点确定本课三维目标和重难点如下：

三、教学目标

（一）知识和技能

1、知道电场是电荷周围存在的一种特殊物质，知道电荷间的相互作用是通过电场发生的。

2、了解检验电荷的作用，理解对检验电荷的电量和检验电荷的尺寸的要求。

3、理解电场强度，知道它的单位和定义式及方向的规定。

4、了解点电荷周围的电场分布和电场的叠加，会用点电荷的场强公式和电场叠加进行有关计算。

5、了解电场线的特点和典型电场的分布规律

（二）过程和方法

1、培养学生在通过实验及类比的方法，提高发现问题、提出问题和解决问题的能力及知识的迁移能力。

2、在理论和实验论证、猜想环节中培养学生科学论证能力和推理能力。

3、通过电场强度定义式的得出，让学生体会到用比值法定义物理量的方法和重要性。

4、体会用图形法描述电场分布的方法

（三）情感态度和价值观　　

1、通过对于“超距作用”的观点到场的提出的物理学史的回顾，使学生认识到科学探究的协作性和继承性，法拉第在电磁学中的重要性。

2、通过电场强度的研究，培养学生探究的精神以及对于自然、生活中物理现象的好奇性。

3、通过学习电荷的电场分布，认识到对称和科学美感。

四、重点和难点

（一）重点

1、电场强度的概念和定义

2、电场力的性质

（二）难点

1、电场强度的定义方法

2、电场强度和电场力的区别和联系

3、几种典型电场线的分布

如何突出教学重点、突破教学难点：首先通过用“芬香剂”的类比让学生对于抽象的“场”有一个感性的认识，并对场中抽象的问题以芬香剂为中心展开和处理，使学生对于场的这种抽象的物理概念通过类比的方法让学生更好的接受和理解。然后引导学生从电场力入手去寻找能描述电场性质的物理量，从提出假设到实验论证到理论论证，找到电场力与电荷量成正比的表达式：F=KQq/r²，再应用已学的知识来论证，最后通过比值法的定义来找出能描述电场性质的物理量：电场强度E=F/q，通过这样的一条主线，这样一个科学探究的过程来寻找电场强度物理量，从而来突出教学重点和突破教学难点。

五、教学方法　　

本课是新授概念的教学，对于相关的概念，学生没有完整的知识体系，不能完成概念之间的迁移，因此在教学中我通过芬香剂的类比来让学生认识有关“场”的一些性质，并通过类比、实验做为工具，做到实事求是和循序渐进的教学原则。让学生对于“场”的这种抽象的概念加以认识、理解。尽可能达到新知识点的同化和顺应。因此在教学中我采用如下的教学方法：讲述，讲解，演示、类比、设问、探究，讨论、理论论证等方法进行教学。

六、教学过程　　

（一）由实验和已学知识并结合物理学史，引入新课　　

两块磁铁间没有接触，但是会发生相互的作用，提出问题：那么它们间的相互作用是通过什么产生呢？学生应用初中已经学过的知识能回答“磁场”。

那么天体间的万有引力是通过什么相互作用的啊?“引力场”，那么电荷间的相互作用呢?学生会很自然的想到是“电场”。

进而引导学生认识电荷间的作用力是一种超距作用——由法拉第提出“电荷周围存在由它产生的电场”，电荷间的相互作用就是通过这种“场”来实现的，那么电荷A对电荷B的作用力就是由电荷A产生的电场对电荷B作用的，引入了“场”的的概念后使我们对研究电荷间的相互更加有效和方便。使学生能认识到这一章节我们只研究静止的电荷产生的电场，为静电场，那么电荷间的这种静电力也称作电场力。

（二）电场强度　　

1、通过实验现象的分析和类比初步建立对电场强弱和方向的认识，提出了电场的概念。在空间放入一个电荷，那么就会在这个电荷周围形成电场。但是“电场”是看不到，摸不着，十分抽象，难于理解，(学生也会认为可能没有)所以我以芬香剂做为类比来让学生感性认识电场的真实性、物质性。

老师先提出场源电荷和检验电荷的概念（检验电荷的电量和尺寸足够小，对场源电荷不会有影响）

老师提问：

（1）电荷放入空间在其周围会不会形成电场啊？我们可以通过什么方法去感知它的存在啊？

事先在讲台前面放有芬香剂，使学生们体验到：芬香剂的明显特征是对于在“香气场”中有嗅觉的人产生作用。所以我们通过自己的鼻子感知它的存在。那么电荷也一样会在其周围形成电场，虽然我们看不到也摸不着，但它是客观存在的。电场的明显的特征是对放入其中的电荷有电场力的作用，那么我们可以通过在场中放入电荷来检验电场是否存在。

（2）电荷Q形成电场在各处有没有强弱和方向啊？如果有我们可以通过什么判定啊？芬香剂形成的一个香气场有没有强弱啊？

通过让学生们亲自感知到前排不同学生和后排不同学生闻到的芬香剂香味的浓度和方向不一样，类比可以得出场源电荷Q周围的电场也存在强弱和方向。

（3）电荷Q形成的电场与检验电荷有关吗？应该是由什么来决定的啊？

通过让不同同学在同一位置亲自感知芬香剂香气的浓度强弱，让大家体会到在教室中某一个特定位置的香气浓度是一样的；

通过让同一个学生在教室前后不同位置亲自感知芬香剂香气的浓度，让大家体会到香气的浓度是和距离有关的。

类比可以得出场源电荷Q在其周围某一点的电场与检验电荷无关，与到场源电荷的距离是有关的。

通过以上的类比我想大家应该比较清楚的知道了电荷在其周围会形成电场，这个电场在各处有强弱和方向，也知道了这个与检验电荷是无关的，是由电场本身（场源电荷和位置）决定的。那么我们用怎样的一个物理量来描述电场的这种性质呢？

2、电场强度概念的建立

老师提问：

（1）我们能不能用检验电荷在某处受到的电场力来描述该处的电场的强度和方向？

学生思考后回答：不能

老师补充：通过和芬香剂香气浓度的对比，老师讲出不能用电场力来描述电场性质的原因。

老师提问：

（2）那么我们如何来寻找这个物理量啊？

老师指引学生推证：那我们在电场中的同一点上放入不同的检验电荷来研究一下它的受力。在真空中的点电荷Q（因为前面所学的知识库仑定律的适用条件）产生的电场中的某一点放入检验电荷q，那么它受到的电场力是F=KQq/r²，那么放入2q→2F，3q→3F。……，老师指引着学生自己去发现，不同的检验电荷q放在电场中的同一点所受到的电场力是不同的，但是F/q的比值却是相同的，这个比值与检验电荷无关，只与检验电荷的位置有关。于是我们就用E=F/q来描述电场中某一点的性质。

然后在让学生去探讨同一检验电荷在电场中的不同位置处F/q的比值是不一样的，进而更加加深学生对于“不同位置处的电场的性质是不一样的”这个概念的理解。

这时，引入电场强度概念的时机已经成熟。

（3）电场强度的概念

①定义：电场中某一点的电荷受到的电场力F跟它的电荷量q的比值叫做该点的电场强度。

②定义式：E=F/q单位：牛顿每库仑，N/C，（伏每米，V/m）

老师强调这是比值法定义方法：被定义的E与参与定义的F、q无关。（让学生思考以前曾经学过的哪些物理量也是采用比值法定义的，比如：密度、电阻等）

③电场强度的方向规定

老师分别在黑板上给出+Q和-Q两个场源电荷，分别找同学上到讲台前面画出+q和-q在电场中不同位置处的电场力方向，进而引导学生自己得出：电场中某点的电场强度方向跟正电荷在该点所受电场力方向相同，与负电荷在该点所受电场力方向相反。

④电场强度的物理意义：就是描述电场的强弱和方向的物理量。

老师直接给出电场强度的物理意义，并再次强调电场强度就是描述电场的强弱和方向的物理量，与检验电荷无关。

（三）点电荷的电场   电场强度的叠加

老师设置问题：

1、真空中孤立+Q电场中有一点P，P点到场源电荷的距离为r，请同学们计算P点电场强度的大小和方向？

大家通过计算可得到孤立点电荷电场中某点场强的表达式：E_Q=KQ/r²

然后老师再强调E_Q=KQ/r²是真空中孤立点电荷电场的决定式（而且这个公式只适用于真空中的点电荷），着重说明和定义式E=F/q的区别。

2、以点电荷Q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？建议学生画出场源电荷，分正、负两种场源电荷分别画出电场强度的方向。（为后面电场线的学习做铺垫）

3、关于电场强度的叠加问题，可以让学生讨论下列问题：

（1）两等量同号场源电荷Q，相距r，试求以它们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。（学生能求出大小，但是可能会漏了另一个顶点的一组解，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。

最后老师提出：

法拉第不仅提出了场的概念，而对于电场的定量的研究我们引入了电场强度这个物理量。而对于电场的形象的描述，法拉第引入了电场线，而且用电场线直观地描绘了场的清析图景。

那么有关于这一块的内容我们准备在下一节课中与同学们一起来研究，也来研究一下科学家是如何用一种虚拟的曲线把抽象的电场形象的描绘出来，体现科学中的美感。

（四）小结　　

1、在这一节课中我们通过生活中的芬香剂的类比了解了抽象的“场”的有关性质，并通过类比和已学的知识找到描述电场这种性质的物理量“电场强度E”。

2、经历场强概念的建立的过程，进一步认识用比值法定义一个物理量的方法。

3、对E=F/q；E_Q=KQ/r²这两个式子的区别我们应该要掌握。

4、对于点电荷的电场及分布特点和电场的叠加的知识要掌握并能应用解决对应的实际问题。

（五）教学反思

1、      对于两个公式的理解以及电场强度的定义可能还存在问题，要通过题目去强化。

2、      对于几种典型问题，学生死记答案，要让他们养成分析题目的习惯。

学生对于计算题过于依赖计算器，要让他们养成手算习惯。

七、板书设计

第3节  电场强度

一、电场：

1、电荷之间的相互作用是通过特殊形式的物质——电场发生的

2、电荷的周围都存在电场。

二、电场强度(E)

1、关于检验电荷和场源电荷

2、电场强度

（1）定义：电场中某一点的电荷受到的电场力F跟它的电荷量q的比值，叫做该点的电场强度，简称场强，用E表示。

公式：E=F/q   （适用于所有电场）

单位：N/C   1N/C=1V/m

（2）方向性：物理学中规定，电场中某点的场强方向跟正电荷在该点所受的电场力的方向相同，跟负电荷在该点所受的电场力的方向相反。

三、（真空中）点电荷周围的电场、电场强度的叠加

1、点电荷周围的电场

（1）大小：E=kQ/r²  （只适用于点电荷的电场）

（2）方向：如果是正电荷，E的方向就是沿着PQ的连线并背离Q；如果是负电荷：E的方向就是沿着PQ的连线并指向Q．

2、电场强度的叠加原理：某点的场强等于该点周围各个电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和。

教学反思

从电荷在电场中受力入手，引入了电场强度的概念，明确它是表示电场强弱的物理量。本节要紧由“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”几部分组成。首先，“场”是物理学中的一个重要概念，但由于“电场”看不见、摸不着，十分抽象，难于理解。因此，在课堂上我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，如此处理比较充分地利用了学生差不多学习过的知识，建立电场的概念会更加自然一些。在讲电场强度这一部分时，我将这部分内容的教学设计分为了三部分：

〔1〕对电场强弱和方向的认识

研究电场的性质从静电力入手。缘故是，电场最明显的特征是它对电场中的电荷有静电力的作用。

〔2〕查找描述电场性质的物理量

首先，让学生明确试探电荷所受的静电力〔电场力〕不能描述电场的强弱，或者说不能描述电场的性质。缘故是，依照库仑定律，不同的试探电荷在电场中同一点所受的电场力不同。其次，要查找的描述电场性质的物理量必须与试探电荷无关，这一物理量应该与场源电荷和距场源电荷的距离有关.

用比值定义物理量是一种特别重要的科学方法，在这节课的教学过程中充分展示了比值的物理意义，引导学生体会这种方法的精辟和严谨。学生尽管差不多接触过密度、速度等用比值定义的物理量，然而对用比值定义物理量的认识还比较肤浅，他们常常从数学的角度去认识那个比例式。容易出现像“速度越大加速度越大”之类的错误。因此，本节课充分引导学生认识那个比例式的物理意义，让学生在多次接触中逐步体验用比值定义物理量的方法。

〔3〕电场强度方法的规定

本节课，通过纠正如“试探电荷在电场中某点受到的静电力的方向确实是该点的电场强度方向”的错误认识，关心学生理解电场强度方向的规定。而关于电场强度的叠加问题，做到了点到为止。最后是“电场线”这一部分，本节课在教学过程中，通过电场线的学习，让学生感悟到了科学家是如何用虚拟的图线来描述抽象的物理概念的。总的来说，本节课的教学达到了以下几个教学目标：

1、明白电荷间的相互作用是通过电场实现的。明白场与实物是物质存在的两种不同形式。

2、体会用比值定义物理量的方法，理解电场强度的定义式、单位、方向。

3、能推导点电荷的电场强度公式，并能进行有关计算。明白电场强度的叠加原理，并能应用这一原理进行简单的计算。

4、明白电场线的定义和特点，会用电场线描述电场的大小和方向。