《电场强度》学案设计（人教版高中《物理》选修3—1第一章第3节第一、二部分）

王兰芳　赵运强

摘 要： 本文精心设计预习学案，针对重点和难点设计台阶（引导性练习），降低难度，突破难点，使学生较轻松地预习教材，充分调动学生自主学习的主动性，从而引导学生积极预习，培养学生的自学兴趣、自学习惯和自学能力。多数学生课堂上能在老师的引导下，合作学习，自主完成学习任务，使老师有较多的时间来关注基础差的学生。

关键词：电场；电场强度；学案

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）11-0073-4

1 导 语

利用手机，你随时可以和千里之外的亲友通话。你的声音怎么会瞬间就送到千里之外呢？怎么送出去的？我们为什么能够看到电视、听到收音机？……这些问题都和两种特殊的物质——电场、磁场有关。初中我们已初步学习了磁场，那么，电场是什么样的物质呢？它有什么特点，我们如何研究它的性质？这就是本节课要学习的内容。

2 设计预习作业题

2.1 复习“库仑定律”，填空

（1）真空中两个静止 电荷之间的作用力，与它们的 的乘积成 （填“正”或“反”）比，与它们的 的二次方成 （填“正”或“反”）比，作用力的方向在它们的 上。

这个规律叫库仑定律。电荷间的这种作用力叫做 力或 力。库仑定律的表达式是

，式子中的k是 系数，叫做 常量。

两个电荷量为1 C的点电荷在真空中相距1 m时，相互作用力为 N，差不多相当于 万吨的物体所受的重力。

（2）当带电体间的距离比它们自身的大小

（填“大”或“小”）得多时，以至带电体的形状、大小及电荷的分布状况对它们之间的作用力的影响可以忽略时，这样的带电体就可以看作带电的 ，叫做 电荷。

2.2 自学“电场强度”，完成练习

请认真阅读课本P10“电场强度”的第1段至第5段，做好重点的标记，认真思考，每段至少提一个问题（至少阅读三遍，第一遍要快，第二、第三遍要慢），并完成下面练习：

（1）你每段提出的问题是什么，你是怎么理解的？

（2）最先提出电场观点的人是 ，他的观点是 ，近代物理学的理论和 证实了他的观点是正确的。近代物理学理论如何发展了他的观点？

（3）电磁场和由分子原子组成的实物有什么异同？

（4） 电荷产生的电场叫静电场。

（5）请用自己的语言描述一下什么是电场？电荷间的相互作用是如何发生的？

（6）电场，看不见，摸不着，要研究电场，你认为我们该从何入手？

（7）认真回忆上节图1.2-1的实验（如图1）。在这个实验中，悬挂起来的带电小球受到带电金属球O的静电力，在不同位置，小球所受的静电力大小和方向是 的；在同一位置，小球电荷量不同，所受的静电力也 。你能用电场观点说明这些实验现象吗？（不能？没关系！请继续往下认真阅读课本）

2.3 做好标记，完成练习

请认真阅读课本 “3 电场强度”的第六段至第八段，做好重点的标记，认真思考；每段至少提一个问题（至少阅读三遍，第一遍要快，第二、第三遍要慢），并完成下面练习：

（1）在上节图1.2-1（见图1）的实验中，悬挂着的带电小球受到 的静电力，这说明

周围存在电场；在不同位置，小球所受的静电力不同，这说明这些不同的位置，电场的强弱是 （填 “相同”或 “不同”）的，即电场的强弱与位置 （填 “有关”或 “无关”）：离带电金属球O近的，小球所受的静电力大，我们就说这里的电场 （填 “强”或 “弱”）；离带电金属球O远的，小球所受的静电力小，我们就说这里的电场 （填 “强”或 “弱”）。

（2）以上节图1.2-1的实验为例，说明什么是场源电荷？什么是试探电荷？试探电荷要满足哪两个条件？

（3）研究电场的性质，为什么要从静电力入手？

2.4 完成部分习题，阅读“电场强度”

请先完成（1）至（3）题，然后请认真阅读课本 “3 电场强度”的第9段至第12段，再完成下面（4）至（6）题：

（1）既然电场中的电荷所受的静电力是这个

给予的，我们研究电场的性质，就可以从 入手。上节图1.2-1的实验表明：同样的试探电荷，在电场中不同位置所受的静电力是不同的；而电荷量不同的试探电荷，在电场中同一点所受的静电力也是不同的。这说明试探电荷在电场中所受的静电力，不仅和电场的性质有关，还和试探电荷的 有关。显然，不能直接用静电力来描述电场。那么，如何用静电力来描述电场的性质呢？为此，我们还要深入思考，继续探究：

如果试探电荷q1在电场中A点受到静电场F1，另一个同样的电荷在A点受到静电力一定也是F1（注意，这两个同样电荷在A点所受电场力大小一定相等，方向一定相同）。所以，它们一同放在A 点，它们总的电荷量是 ，所受静电力的合力也应该是 。以此类推，三个这样的电荷一同放在A 点，电荷量是 ，所受的合力也应该是 。即试探电荷的电荷量分别增大为原来的2倍、3倍……n倍，它在电场中某点所受静电力的合力也应该分别增大为原来的 倍、 倍…… 倍。所以，试探电荷在电场中某点受到的电场力，与该电荷的电荷量的比值应该有： = = = 。由此，我们进一步推测，试探电荷在电场中某点受到的力F，和试探电荷的电荷量q的比值 应该是不变的，它和试探电荷q应该无关。（你能不看学案，先说说为什么不能直接用静电力来描述电场，再独自把刚才的推测重新进行一遍吗？试试看！）

（2）我们的推测正确吗？你能以点电荷的电场为例，用库仑定律证明这个猜测吗？试试看！如果思考十分钟还不能下手，请跳过本题，完成下面练习。

（3）如图2（真空中）点M和点P的距离为r，点电荷Q放在点P，试探电荷q放在点M，则点M处在 （填“电荷Q”或“电荷q”）的电场中，电荷 （填“Q”或“q”）叫做场源电荷。由库仑定律得：试探电荷q所受的力F = ；当试探电荷q的电荷量分别为1 C、2 C、3 C、……n C时，它所受的力F分别为 、 、

……。即试探电荷的电荷量分别增大为原来的2倍、3倍……n倍，它在电场中某点所受的静电力确实也分别增大为原来的2倍、3倍……n倍， 而 的值始终等于k （请写出 = k 的推导过程）。

由此可知：在点电荷激发的电场中，试探电荷q受到的力F，和试探电荷的电荷量q的比值确实不变，它和试探电荷q无关（即无论试探电荷q取什么值，比值 都不变）；实验表明，在其他电场中，上述结论同样成立。用E表示这个比值（试探电荷q受到的力F和试探电荷的电荷量q的比值），则有E= ，它在数值上和 库仑的电荷在A点所受静电力一定相同；你能证明你的这个结论吗？试试看。（提示：在E= 中，当q为多少时，E和F在数值上一定相同）

（请先认真阅读课本 “电场强度”的第9段至第12段，再完成下面练习）

（4）为什么不能直接用试探电荷所受的静电力来表示电场的强弱，却能用E= 表示呢？

（5）在上节图1.2-1的实验中，把同一电荷放在电场中的不同位置，它所受的静电力方向一般是不同的。这说明，电场不但有强弱，还有方向。那么，我们还能用E= 表示电场的方向吗？为什么？它的方向如何规定？

（6）由上述（1）至（5）题可知：电场强度是用来表示电场的 和 的物理量，它的定义式是 ，单位是 ；它是矢量，电场中某点的电场强度的方向和 电荷在该点的受力方向相同，和 电荷在该点的受力方向相反；电场中某点的电场强度的大小，在数值上和 库仑的电荷在该点所受静电力一定相同。在静电场中，电场强度不随时间的改变而改变。电场中某点的场强仅仅由 决定，与是否放入电荷或放入电荷的电荷量 。（填“有关”或“无关”）

3 设计课堂学案（课前科代表发回预习作业。教师根据预习作业的完成情况，对以下设计进行适当调整）

3.1 引导学生学习“电场”部分

（1）用大屏幕展示“预习作业题”2.1，先指名回答，再由同学或老师进行点评。

（2）用大屏幕展示“预习作业题”2.2的（1）至（4）。学生先看问题，再快速阅读课本“电场强度”的1至5段，然后一起回答。

（3）用自己的语言说说什么是电场，电荷间的相互作用如何发生？（先四人一组互相交流，教师再指名回答，然后由同学或老师进行点评，或进行讨论）。

3.2 “电场强度”的教学

（1）教师提问：电场，看不见，摸不着，我们该如何研究电场呢？用大屏幕展示“预习作业题”2.2的问题（7），学生先看问题，再阅读课本“电场强度”的相关内容，然后一起回答。

（2）教师提问：既然电场中的电荷所受的静电力是这个电场给予的，我们研究电场的性质，就可以从静电力入手。那么，我们能直接用静电力来描述电场的性质吗？ 为什么？用大屏幕展示“预习作业题”2.3（先四人一组互相交流，教师再指名回答，然后由同学或老师进行点评，或进行讨论）。

（3）学生自由提问，教师根据实际情况决定是直接回答还是组织讨论。

（4）例题教学（先独立解答，再四人一组互相讨论；教师同时指名几个同学上台板演，然后由同学或老师进行点评，或进行讨论）：

例题：真空中有一个电荷量为-Q的点电荷，在一个与之距离为r的M点放一个电荷量为q的试探电荷（如图3）。

①求M点的电场强度，并在图上标出它的方向；

②如果试探电荷的电荷量为-3q，M点的电场强度如何改变？

③如果移走所放的试探电荷，M点的电场强

度又如何改变？

3.3 课堂练习学案（用大屏幕展示。先独立思考，再四人一组互相讨论；教师指名回答，老师进行点评，或引导讨论。如果时间较紧，可部分或全部改为课后作业）

（1）下面关于电场的说法错误的是（ ）

A.只要有电荷存在，其周围就存在电场

B.只有电荷发生相互作用时才产生电场

C.A电荷受到B电荷的作用，是B电荷的电场对A电荷的作用

（2）电场强度的定义式为E= ，下列说法正确的是（ ）

A.F是试探电荷所受到的电场力，q是产生电场的电荷的电量

B.该定义式只适用于点电荷产生的电场

C.电场强度的方向与电场力F的方向相同

D.由该定义式可知，电场中某点电荷所受的电场力大小，与该点电场强度的大小成正比

（3）下列关于电场强度的说法错误的是（ ）

A.电场中某点的电场强度，等于单位电荷受到的电场力

B.电场中某点的电场强度，与该点试探电荷所受的电场力成正比

C.电场中某点的电场强度的方向，就是试探电荷在该点所受电场力的方向

D.电场中某点的电场强度，与该点有无试探电荷无关

（4）把电荷量为Q的电荷，放到电场中的某固定点M，所受到的电场力为F。已知M点的电场强度为E，则下列说法正确的是（ ）

A.若在M点换上-Q，M点电场强度方向发生变化

B.若在M点换上电量为3Q的电荷，M点的场强将变为3E

C.若在M点移去电荷Q，M点的场强变为零

D.M点场强的大小、方向与q的大小、正负、有无均无关

3.4 提出问题，引导学生讨论，进行课堂小结

通过本节课的学习，我们知道了：电场是存在于 周围的一种特殊的物质，我们知道电荷间的相互作用是通过 发生的。我们利用电场的这一明显特征，通过试探电荷在电场中所受静电力特点，来探究描述电场

和 的物理量——电场强度。电场强度定义式是 ，它是矢量，既有 ，又有 。在静电场中，它不随时间改变。电场中某点的场强仅仅由 决定，与是否放入电荷，放入电荷的电荷量 关。

3.5 布置作业

（1）E= 和E=k 有何关系，它们的适用范围有何不同？请从物理意义、定义式、单位、大小、方向及自己要注意的问题，写出关于电场强度的小结。

（2）认真完成课后的“问题与练习”1～3题。

电场的概念及其特性的描述一直是教学的难点。本设计把它和学生熟悉的电视等联系起来，使学生感受到电场不仅确实存在，而且和我们的生活密切相关，从而产生了亲切感，并产生了学习电场的欲望和兴趣。然后，又针对重点和难点，精心设计预习学案，引导学生预习课文，既培养了学生自主学习和合作学习的能力，又为顺利完成课堂学习任务奠定良好基础。

探究描述电场强弱的物理量是本节课的重难点内容之一，课堂上要让学生充分思考，相互交流，教师适时进行引导。对于电场内容的学习及随堂练习，尽可能由学生自主完成，老师稍加指导即可。

参考文献：

[1]张君可，王君翔.怎样“用教材教”，而不是“教教材”——谈如何使用新教材[J].物理教学探讨，2009，27（12）：8.

[2]何书明.新课程视野下中学物理实验教学的策略[J].物理教学探讨，2009，27（5）：8.

（栏目编辑 邓 磊）