資源簡介

9.3 電場 電場強(qiáng)度（教學(xué)設(shè)計）
一、教學(xué)分析
1.本節(jié)在教學(xué)中的地位和作用：本節(jié)教學(xué)內(nèi)容在學(xué)習(xí)了電荷、庫侖定律的基礎(chǔ)上，認(rèn)識電場的存在與描述電場性質(zhì)的新概念——電場強(qiáng)度，這是認(rèn)識電場的開端與核心概念，是后續(xù)學(xué)習(xí)電勢、電勢能等能的性質(zhì)的基礎(chǔ)，為整個電磁學(xué)的學(xué)習(xí)做好鋪墊。學(xué)生了解電場的物質(zhì)性，培養(yǎng)學(xué)生的物質(zhì)觀念和細(xì)化相互作用觀念。應(yīng)用物理量之比定義新的物理量的方法，并努力創(chuàng)設(shè)激發(fā)學(xué)生探究欲望的問題情境。
2.高二學(xué)生對于力以及相互作用已有一定的理解基礎(chǔ)，具有樸素的物質(zhì)觀（實物），掌握矢量運(yùn)算的基本方法。對接觸力如摩擦力、壓力有較清晰的認(rèn)識，也曾經(jīng)歷過非接觸力如磁力和萬有引力的學(xué)習(xí)，有了模糊的“場”的感知，但此前并沒有深入強(qiáng)調(diào)過這種力是因為“場”的作用。
3.場作為物質(zhì)存在形式，由于其不可見性，成為人們認(rèn)識難點，建立電場的存在感，認(rèn)識電場的物質(zhì)性，是本節(jié)課的難點。特別需要真實的實驗現(xiàn)象，在分析現(xiàn)象中感受、在問題質(zhì)疑中思考，運(yùn)用科學(xué)方法解決，體現(xiàn)物理的學(xué)科魅力。利用自制的電場探測器，直觀顯示帶點球（可視為點電荷）周圍電場的分布，通過對場的“阻擋”材料分析，凸顯電場的神秘感，激起學(xué)習(xí)探求欲望。因此，本節(jié)課的學(xué)習(xí)過程，以實驗為基礎(chǔ)的問題探究過程，獲得探究活動的體驗，適時運(yùn)用簡化法、比值定義法、類比法等物理學(xué)研究方法，讓學(xué)生進(jìn)入沉浸式學(xué)習(xí)狀態(tài)，領(lǐng)會嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度與精神。
同時，要對看不見電場，說大小、論方向，談對稱，是學(xué)生從平面向空間，由具體到抽象的思維躍升，很具挑戰(zhàn)性，也是思維鍛煉的極好機(jī)會。電場水，作為知識拓展，進(jìn)一步引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)電場的熱情。
二、教學(xué)目標(biāo)
【基本目標(biāo)】
1.物理觀念：知道電荷間的相互作用是通過電場實現(xiàn)的；
2.科學(xué)思維：能說出電場強(qiáng)度的概念、定義式及單位；
3.科學(xué)探究：能寫出點電荷產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的表達(dá)式；
4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：a.初步計算兩個點電荷產(chǎn)生的電場強(qiáng)度方法
b.知道試探電荷的條件
【教學(xué)重點】電場強(qiáng)度的定義及物理意義；
【教學(xué)難點】通過電場的存在感，認(rèn)識電場的物質(zhì)性。
三、教學(xué)流程：：
任務(wù) 內(nèi)容 方式
任務(wù)1 感知電場的存在， 學(xué)生實驗
任務(wù)2 探究電場的特點 演示實驗
任務(wù)3 通過比值定義法建立電場強(qiáng)度 思想實驗
任務(wù)4 運(yùn)用電場強(qiáng)度的概念解決問題 討論交流
任務(wù)5 鞏固練習(xí)，解決真是問題 啟發(fā)提煉
四、教學(xué)過程
一、初識電場
1.挑戰(zhàn)實驗：用摩擦過的玻璃棒（或PVC管）靠近依拉罐（如圖1所示），看看依拉罐是否能在水平桌面上來回動起來？
2.分析現(xiàn)象：帶正電的玻璃棒靠近依拉罐時，棒上的正電荷與依拉罐兩端的感應(yīng)電荷間存在作用，近處的引力大于遠(yuǎn)處的斥力，電荷間是怎樣發(fā)生作用的？聯(lián)想磁極間的相互作用，就是通過磁場發(fā)生的。
3.場是什么？生活中，場是適應(yīng)某種需要的比較大的地方，很習(xí)慣認(rèn)為是一個平面，但更指空間，如會場、操場、籃球場等， 它指的是對象的活動空間。讓學(xué)生列舉身邊的各種場，如聲場、氣場、打開一小瓶香水等。
二、感受電場
電場真的存在嗎？用自制“電場探測儀”顯示電荷周圍的不一般，電荷周圍都能激發(fā)電場，真的有嗎？用“電場探測儀”[]來檢測。
實驗一：將絲綢摩擦過玻璃棒靠近探測儀的探針，泡沫棒中的Led燈亮起（如圖2），移走玻璃棒，Led燈不亮，比較得出電荷周圍的確存在，一種看不見、摸不著的物質(zhì)，是什么呢？它由電荷產(chǎn)生的，叫電場。
電場有何特點？看不見、摸不著、具有空間對稱性，擋不住。
實驗二：點電荷周圍電場空間分布演示。金屬球連接高壓電源正極，讓探測儀的探針從前、后、左、右各個方向靠近金屬球，靠近球的地方Led燈亮起亮，遠(yuǎn)離球的位置Led燈不亮，前后左右與金屬球的觸發(fā)距離相同，體現(xiàn)球形帶電體電場空間具有對稱性。
電場能被擋住嗎？將木板插在球與探針之間如圖4所示，Led燈仍能亮，說明木板擋不住電場；是遮擋得不夠充分嗎？再用塑料瓶、鋁瓶完全罩住金屬球，Led燈依然亮著（如圖5所示），說明電場不但有強(qiáng)弱之分，還具有穿透性。
設(shè)計這些實驗，正是為了增加認(rèn)識電場的趣味性和神秘感，真切感受電場的物質(zhì)性。
又問：探測儀遠(yuǎn)離帶電球，當(dāng)探測儀Led燈不亮?xí)r，說明沒有電場嗎？只能說明電場比較弱。電場有強(qiáng)弱之分，靠近帶電體，電場強(qiáng)，遠(yuǎn)離帶電體，電場較弱，如聲場那樣，與場源距離有關(guān)。
圖6實驗結(jié)果也驗證了這個猜想。
應(yīng)用：兩電荷間通過電場發(fā)生作用，利用PPT模擬展示電荷A對電荷B作用F的發(fā)生情況（如圖7，電場強(qiáng)弱通過灰度漸變來直觀表示），再讓學(xué)生表述點電荷B對電荷A的反作用力F′——B電荷激發(fā)的電場對A電荷的作用，強(qiáng)化電場由電荷產(chǎn)生、B電荷在A處激發(fā)對電荷A的作用。
為了更好認(rèn)識電場，如何表示電場的強(qiáng)弱呢？
三、電場強(qiáng)度
1.電場特點，對其中的電荷有力的作用，正如圖7所不同位置電場力大小不同，電場力能表示電場中不同位置的電場強(qiáng)弱嗎？
引進(jìn)試探電荷，改變理論分析，電場力的大小還與試探電荷電量有關(guān)，描述電場強(qiáng)弱的這個物理量應(yīng)該與試探電荷無關(guān)，怎么辦？
2.思想實驗：以兩點電荷相互作用為例。在點電荷Q周圍，某點P處，放置試探電荷q，它受到的電場為F，如果試探電荷的電量分別為2q、3q，可得如下表格：
分析表格可得，F(xiàn)/q比值是一個與q無關(guān)的，可以用描述電場的強(qiáng)弱嗎？分析這個比值,實際上，扣除了試探電荷電量對力的影響，比值為與Q（場源電荷）相關(guān)，Q越大好同一位置電場越強(qiáng)，而且與離開場源的距離相關(guān)，距離越遠(yuǎn)，電場越弱。看來，這個比值與電場實際情況吻合。
實驗驗證：增大帶電體的電壓，其帶電量也會增加1倍，電場也會增大1倍，聯(lián)系剛才的實驗，觸發(fā)點亮位置將外移1倍，試一試。強(qiáng)化真實性，空間性，為其物質(zhì)性奠定可靠實驗基礎(chǔ)。
3.電場強(qiáng)度
①定義：放入電場中某點的電荷所受電場力F跟它的電荷量q的比值，
即：
②單位：牛/庫 （N/C）
負(fù)的試探電荷，受力方向與正電荷不同，需要規(guī)定正方向
③方向：電場中某點正點荷受到電場力的方向
四、點電荷電場與疊加
1．學(xué)生推導(dǎo)：負(fù)點電荷產(chǎn)生電場特點（重在方法體會，假設(shè)有個試探電荷）在其周圍產(chǎn)生電場公式,方向沿半徑向內(nèi)：
2.對比正點電荷的電場：大小相同，方向不同，分析公式特點。嘗試畫出并表達(dá)大小特點：同一球面上各點場強(qiáng)大小相等，與實驗現(xiàn)象吻合。電場強(qiáng)弱與距離相關(guān)，還與場源電荷電量有關(guān)；
3．讓同學(xué)描述，是為了鞏固、豐富學(xué)生的想象，強(qiáng)化對電場的矢量性認(rèn)識；
4.比較 建立有序的認(rèn)知；
5．等量同種電荷在空間中電場計算，應(yīng)用矢量合成原理，練習(xí)，細(xì)化場強(qiáng)有強(qiáng)弱之分；
拓展一：一對等量同種電荷在空間中電場計算（課后練習(xí)），減少一個電荷的電量，看合場強(qiáng)變化，分析出試探的兩條件：
試探電荷有何要求？探測空間位置要求體積小，首先是點電荷；考慮到它也會激發(fā)電場，與原場疊加，從而改變原來的電場，所以，對它有何要求？電量足夠小，體積也要很小。
拓展二：選擇特殊位置的合場分析，等量異種電場的空間對稱性分布；
6．又問： 如何感受、欣賞場的對稱美呢？直觀形象化！
五、作業(yè)與小結(jié)
真空中有兩個點電荷Q1=+4.0×10-8C和Q2=-1.0×10-8C，分別固定在x坐標(biāo)軸的x=0和x=6cm的位置上。試計算
（1）位于x=3 cm C 處的場強(qiáng)
（2）位于x=9 cm D 處的場強(qiáng)
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