資源簡介

1.3《電場與電場強度》課時教案
學科 物理 年級冊別 高二上冊 共1課時
教材 魯科版高中物理必修第一冊 授課類型 新授課 第1課時
教材分析
教材分析
本節(jié)內(nèi)容位于魯科版高中物理必修第一冊第一章第三節(jié)，是靜電場知識體系的奠基性內(nèi)容。教材通過類比重力場引入電場概念，強調(diào)“場”作為一種特殊物質存在的客觀性，并借助試探電荷定義電場強度，體現(xiàn)從現(xiàn)象到本質、從定性到定量的科學建構過程。內(nèi)容承前啟后，既是對庫侖定律的應用深化，又為后續(xù)學習電勢、電容等概念提供基礎，在整個電磁學模塊中具有核心地位。
學情分析
高二學生已具備一定的抽象思維能力，掌握了庫侖定律和力的合成等知識，但對“場”這種非實體、不可見的物理模型仍存在認知障礙。生活中缺乏對電場的直觀體驗，容易將電場誤解為僅存在于電荷之間的“作用線”。此外，學生在矢量分析、極限思想（試探電荷理想化）等方面尚不熟練。因此，教學需借助類比、可視化手段和探究活動，幫助學生突破“超距作用”的直覺束縛，建立科學的場觀念。
課時教學目標
物理觀念
1. 理解電場的基本概念，知道電場是存在于電荷周圍的一種特殊物質，能夠傳遞電場力的作用。
2. 掌握電場強度的定義式E=F/q，理解其矢量性，能運用公式進行簡單計算并判斷方向。
科學思維
1. 通過類比重力場建立電場概念，體會模型建構與類比推理的科學方法。
2. 經(jīng)歷“試探電荷法”定義電場強度的過程，理解理想化模型與極限思想在物理定義中的應用。
科學探究
1. 能設計簡易實驗方案驗證電場的存在及其方向特征。
2. 在小組合作中完成電場線模擬實驗，歸納不同電荷分布的電場線特點。
科學態(tài)度與責任
1. 認識到“場”概念的提出是人類對自然認識的一次飛躍，體會物理學發(fā)展的歷史邏輯。
2. 增強用物理視角觀察生活的意識，如理解避雷針、靜電屏蔽等生活現(xiàn)象背后的原理。
教學重點、難點
重點
1. 電場的概念及其物質性理解。
2. 電場強度的定義、公式E=F/q及方向判定。
難點
1. 理解電場是一種客觀存在的特殊物質，而非僅僅數(shù)學工具。
2. 領會“試探電荷”必須滿足“電量小、體積小”的理想化條件及其物理意義。
教學方法與準備
教學方法
情境探究法、合作探究法、講授法
教具準備
靜電演示儀、驗電器、毛皮、橡膠棒、玻璃棒、絲綢、多媒體課件、電場線模擬實驗套件
教學環(huán)節(jié) 教師活動 學生活動
創(chuàng)設情境，引出問題
【5分鐘】 一、重現(xiàn)“隔空發(fā)力”現(xiàn)象，激發(fā)認知沖突。 （一）、演示靜電吸引實驗：
教師手持用毛皮摩擦過的橡膠棒，緩緩靠近懸掛的輕質小球（或碎紙屑），觀察小球被吸引并接觸后又被排斥的現(xiàn)象。隨后更換為用絲綢摩擦過的玻璃棒重復實驗，引導學生注意現(xiàn)象的相似性與差異性。
提問：“兩個物體并未直接接觸，卻發(fā)生了相互作用——吸引或排斥。這種‘隔空發(fā)力’是如何實現(xiàn)的？難道真如古人所想，是某種神秘‘以太’在傳遞力嗎？”
（二）、引入歷史背景與哲學思辨：
講述牛頓萬有引力定律提出后，“超距作用”引發(fā)的爭議：愛因斯坦曾言“上帝不擲骰子”，而法拉第則質疑“若太陽突然消失，地球是否瞬間脫離軌道？”他堅信自然界的作用應通過某種“介質”傳遞。正是基于這樣的思考，法拉第提出了“場”的概念——電荷在其周圍空間激發(fā)電場，其他電荷受到的是該處電場的作用，而非源電荷的直接作用。
過渡語：“時代的一粒電荷，激起的不是漣漪，而是整個空間的響應。今天，我們就來揭開這看不見的‘電場’的神秘面紗。” 1. 觀察實驗現(xiàn)象，描述所見。
2. 思考并討論“隔空作用”的可能機制。
3. 初步感知“場”作為媒介的思想。
4. 激發(fā)探究電場本質的興趣。
評價任務 現(xiàn)象描述準確：☆☆☆
提出合理猜想：☆☆☆
參與討論積極：☆☆☆
設計意圖 通過直觀實驗制造認知沖突，打破“接觸才有力”的日常經(jīng)驗；結合科學史實，展現(xiàn)“場”概念誕生的思想歷程，提升課堂人文深度，引導學生從哲學層面思考物理本質。
建構概念，層層遞進
【15分鐘】 一、類比重力場，建立電場概念。 （一）、回顧重力場模型：
教師在黑板上畫出地球，并在其周圍畫出指向地心的箭頭群，標注“g=9.8N/kg”。提問：“我們說地球周圍存在重力場，質量為m的物體放入其中會受到F=mg的力。這個‘g’是否存在依賴于是否有物體放入？”
引導學生理解：重力場由地球產(chǎn)生，即使沒有物體放入，空間中每一點都有確定的g值，它是空間屬性的體現(xiàn)。
（二）、遷移構建電場模型：
類比上述思路，教師畫出一個正電荷+Q，在其周圍畫出向外輻射的箭頭。“既然質量激發(fā)重力場，那么電荷也應在其周圍激發(fā)電場。當另一個電荷q放入此空間某點時，它受到的庫侖力F，本質上是該點電場對它的作用。”
強調(diào)：“電場是客觀存在的特殊物質，雖看不見摸不著，但可通過它對電荷的作用來感知——正如風雖無形，卻可借樹葉搖動知其存在。”
二、定義電場強度，突出理想化方法。 （一）、提出核心問題：
“如何定量描述電場中某點的強弱與方向？”
引導學生思考：若用F表示電場力，則F不僅與電場本身有關，還與試探電荷q的電量大小有關。因此F不能單獨反映電場性質。
（二）、引導學生發(fā)現(xiàn)比例關系：
假設在電場中某點依次放入電量為q 、q …的試探電荷，測得受力分別為F 、F …。請學生分析數(shù)據(jù)規(guī)律（可預設一組數(shù)值）。
當q =1×10 C時，F(xiàn) =2×10 N；q =2×10 C時，F(xiàn) =4×10 N……學生易發(fā)現(xiàn)F/q為定值（2×10 N/C）。
由此引出定義：電場中某點的電場強度E等于試探電荷所受電場力F與其電荷量q的比值，即E=F/q。
（三）、深入剖析定義內(nèi)涵：
強調(diào)E是描述電場本身的物理量，與試探電荷q無關，只由場源電荷及空間位置決定。解釋為何要求試探電荷“電量足夠小”：避免其自身電場顯著改變原電場分布；“體積足夠小”：確保測量的是空間某一點的場強。
類比：測量水溫不能用一塊大鐵塊去攪動整池水，而要用細小溫度計。 1. 回憶重力場概念，參與類比遷移。
2. 理解電場是電荷周圍客觀存在的物質。
3. 分析實驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)F/q為常數(shù)。
4. 理解E=F/q的物理意義及試探電荷的理想化條件。
評價任務 類比遷移正確：☆☆☆
數(shù)據(jù)分析準確：☆☆☆
理解定義本質：☆☆☆
設計意圖 通過重力場這一學生熟悉的概念進行類比，降低“場”的抽象性；利用數(shù)據(jù)探究引導學生自主發(fā)現(xiàn)規(guī)律，經(jīng)歷科學定義的形成過程；強調(diào)理想化模型的意義，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W思維習慣。
實驗探究，深化理解
【12分鐘】 一、分組實驗：描繪典型電場的電場線分布。 （一）、明確任務與分工：
將學生分為若干小組，每組發(fā)放電場線模擬實驗裝置（導電紙、電極、直流電源、探針、電壓表）。任務：分別連接單個正電荷、單個負電荷、等量異種電荷、等量同種電荷四種配置，測量等勢點并描繪電場線。
教師巡視指導，提醒安全操作規(guī)程：使用低壓直流電源，禁止觸摸裸露電極。
（二）、示范關鍵步驟：
以“等量異種電荷”為例，教師在投影下演示：固定兩電極間距，調(diào)節(jié)電源輸出3V電壓。用探針在導電紙上尋找與某一基準點電勢相等的點，每找到一點標記坐標，連接成等勢線。再根據(jù)“電場線垂直于等勢面”原則，繪制電場線。
提示學生觀察電場線疏密變化、起止位置、是否相交等特征。
二、成果展示與規(guī)律歸納。 （一）、組織小組匯報：
邀請兩組代表上臺展示所繪電場線圖樣，并描述觀察到的特點。例如：“我們發(fā)現(xiàn)正電荷的電場線從正極出發(fā)指向無窮遠或負電荷，負電荷的電場線則匯聚于其上。”“等量異種電荷間電場線密集，說明場強大。”
（二）、教師總結電場線特性：
1. 電場線起于正電荷（或無窮遠），止于負電荷（或無窮遠）；
2. 任意兩條電場線不相交（否則交點處場強方向不唯一）；
3. 電場線疏密程度反映場強大小；
4. 電場線上某點切線方向即為該點場強方向。
強調(diào)：“電場線不是真實存在的線，而是人為引入的形象化工具，用于‘看見’電場。” 1. 小組合作完成電場線模擬實驗。
2. 測量等勢點，繪制電場線。
3. 觀察并記錄電場線分布特征。
4. 參與匯報交流，歸納共同規(guī)律。
評價任務 操作規(guī)范安全：☆☆☆
數(shù)據(jù)記錄完整：☆☆☆
規(guī)律總結正確：☆☆☆
設計意圖 通過動手實驗將抽象電場可視化，增強感性認識；在探究過程中培養(yǎng)團隊協(xié)作與實踐能力；通過歸納總結提升信息整合與表達能力，深化對電場強度空間分布的理解。
典例精析，鞏固應用
【8分鐘】 一、解析典型例題，規(guī)范解題思路。 （一）、出示例題1：
真空中有一電荷量為Q=+3.0×10 C的點電荷，在距離它r=0.3m的A點放置一試探電荷q=+2.0×10 C，求：
（1）試探電荷所受電場力大小；
（2）A點的電場強度大小和方向。
引導學生先用庫侖定律計算F=kQq/r =(9×10 )×(3×10 )×(2×10 )/(0.3) =6×10 N，方向沿連線遠離Q。
再用E=F/q=6×10 /(2×10 )=3×10 N/C，方向與F相同。
強調(diào)：也可直接用點電荷場強公式E=kQ/r 計算，結果一致。
（二）、出示例題2：
若將試探電荷換成q'=-1.0×10 C，問A點場強如何變化？
引導學生明確：E由場源Q和位置決定，與試探電荷無關，故E仍為3×10 N/C，方向不變。但其所受電場力F'=q'E=(-1×10 )×(3×10 )=-3×10 N，負號表示方向指向Q。
對比說明：F隨q變，E不變，凸顯E的“場屬性”。 1. 獨立計算例題中的電場力。
2. 運用E=F/q計算場強。
3. 理解場強與試探電荷無關。
4. 區(qū)分電場力與電場強度的關系。
評價任務 公式運用正確：☆☆☆
方向判斷準確：☆☆☆
概念區(qū)分清晰：☆☆☆
設計意圖 通過階梯式例題訓練，鞏固電場強度計算技能；強化E與F的區(qū)別與聯(lián)系；培養(yǎng)學生規(guī)范解題習慣和邏輯推理能力。
升華總結，拓展視野
【5分鐘】 一、結構化梳理知識脈絡。 （一）、師生共同回顧：
教師引導學生梳理本節(jié)課主線：從“隔空作用”之謎出發(fā) → 引入“電場”作為物質媒介 → 類比重力場建立模型 → 用“試探電荷法”定義E=F/q → 實驗描繪電場線 → 應用于實際計算。
板書同步呈現(xiàn)關鍵詞：電荷→激發(fā)電場→電場強度E→矢量→電場線。
二、激勵性結語與未來展望。 （一）、情感升華：
“同學們，今天我們所學的‘電場’，不僅是高考考點，更是人類智慧對自然奧秘的一次深刻洞察。麥克斯韋曾說：‘我看到的不是電與磁，而是充滿張力的場在舞蹈。’ 正是這些看不見的場，編織了現(xiàn)代通信、電力傳輸?shù)纳窠?jīng)網(wǎng)絡。”
（二）、聯(lián)系生活與科技：
“當你使用手機時，電磁場在空氣中穿梭；當你走進醫(yī)院做MRI檢查，超強磁場在為你透視身體。理解電場，就是理解這個電氣化世界運行的底層語言。”
（三）、埋下伏筆：
“電場不僅有力的屬性，還有能量的屬性——下節(jié)課我們將探索‘電勢’，看看如何用電壓來衡量電場的能量特征。愿你們保持好奇，繼續(xù)追問：這無形的場，還能告訴我們什么？” 1. 跟隨教師回顧知識主線。
2. 理解電場的科學價值與現(xiàn)實意義。
3. 感受物理學的魅力與美感。
4. 期待后續(xù)課程的學習。
評價任務 知識脈絡清晰：☆☆☆
情感共鳴強烈：☆☆☆
學習興趣濃厚：☆☆☆
設計意圖 通過結構化總結幫助學生構建知識網(wǎng)絡；引用科學家名言提升課堂格調(diào)；聯(lián)系現(xiàn)代科技激發(fā)民族自豪感與學習動力；設置懸念激發(fā)持續(xù)探究欲望。
作業(yè)設計
一、基礎鞏固
1. 下列關于電場強度的說法中，正確的是（ ）
A. 由E=F/q可知，電場強度E與試探電荷所受電場力F成正比
B. 由E=F/q可知，電場強度E與試探電荷的電荷量q成反比
C. 電場強度E的方向一定與正試探電荷所受電場力方向相同
D. 公式E=F/q適用于任何電場
2. 在真空中有一點電荷Q=+5.0×10 C，求距離它0.5m處的電場強度大小。（k=9×10 N·m /C ）
二、能力提升
3. 如圖所示，A、B為兩個等量異種點電荷，O為AB連線中點。請判斷下列說法是否正確，并說明理由：
（1）O點場強為零；
（2）在AB連線上，從A到B場強先減小后增大；
（3）過O點垂直AB的直線上各點場強方向均相同。
三、實踐拓展
4. 查閱資料，簡述“法拉第籠”是如何利用電場屏蔽原理保護內(nèi)部人員或設備的？請結合電場線分布加以解釋。
【答案解析】
一、基礎鞏固
1. C、D 解析：E由電場本身決定，與F、q無關，故A、B錯；E方向規(guī)定為正電荷受力方向，C對；E=F/q是普遍定義式，D對。
2. 解：E = kQ/r = (9×10 ) × (5×10 ) / (0.5) = 1.8×10 N/C
二、能力提升
3. （1）錯誤。等量異種電荷中垂線上O點場強不為零，方向由正電荷指向負電荷。
（2）正確。靠近電荷處場強大，中間區(qū)域疊加后較小。
（3）正確。中垂線上各點場強方向均平行于AB連線，由正電荷指向負電荷。
板書設計
電場與電場強度
——看不見的力之網(wǎng)
[左側] 問題驅動：
隔空作用如何實現(xiàn)？
超距 vs 場傳遞？
[中部] 核心概念：
電荷 +Q → 激發(fā)電場 → E=F/q（定義式）
矢量性：方向 = 正電荷受力方向
單位：N/C 或 V/m
[右側] 形象化工具：
電場線特點：
① 起于+，止于-
② 不相交
③ 疏密表強弱
④ 切線表方向
[底部] 科學方法：
類比法（重力場）
理想模型（試探電荷）
實驗模擬（電場線）
教學反思
成功之處
1. 以“靜電吸引”實驗開篇，有效激發(fā)學生好奇心，營造探究氛圍；結合法拉第科學史實，提升了課堂的思想深度。
2. 采用“類比重力場”策略，成功將抽象的“電場”概念具象化，多數(shù)學生能理解其物質性。
3. 分組實驗環(huán)節(jié)學生參與度高，通過親手描繪電場線，切實建立了對電場空間分布的直觀認識。
不足之處
1. 部分學生在計算電場強度方向時仍易混淆矢量方向與電荷正負關系，需加強針對性訓練。
2. 實驗時間略顯緊張，個別小組未能完成全部四種電荷配置的測量，下次可提前錄制演示視頻作為補充。
3. 對“場是物質”的哲學內(nèi)涵挖掘還可更深，可引入更多現(xiàn)代物理觀點如量子場論作簡要延伸。

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