《電場強度》學案設計（人教版高中《物理》選修3—1第一章第3節第一、二部分）

王蘭芳　趙運強

摘 要： 本文精心設計預習學案，針對重點和難點設計臺階（引導性練習），降低難度，突破難點，使學生較輕松地預習教材，充分調動學生自主學習的主動性，從而引導學生積極預習，培養學生的自學興趣、自學習慣和自學能力。多數學生課堂上能在老師的引導下，合作學習，自主完成學習任務，使老師有較多的時間來關注基礎差的學生。

關鍵詞：電場；電場強度；學案

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）11-0073-4

1 導 語

利用手機，你隨時可以和千里之外的親友通話。你的聲音怎么會瞬間就送到千里之外呢？怎么送出去的？我們為什么能夠看到電視、聽到收音機？……這些問題都和兩種特殊的物質——電場、磁場有關。初中我們已初步學習了磁場，那么，電場是什么樣的物質呢？它有什么特點，我們如何研究它的性質？這就是本節課要學習的內容。

2 設計預習作業題

2.1 復習“庫侖定律”，填空

（1）真空中兩個靜止 電荷之間的作用力，與它們的 的乘積成 （填“正”或“反”）比，與它們的 的二次方成 （填“正”或“反”）比，作用力的方向在它們的 上。

這個規律叫庫侖定律。電荷間的這種作用力叫做 力或 力。庫侖定律的表達式是

，式子中的k是 系數，叫做 常量。

兩個電荷量為1 C的點電荷在真空中相距1 m時，相互作用力為 N，差不多相當于 萬噸的物體所受的重力。

（2）當帶電體間的距離比它們自身的大小

（填“大”或“小”）得多時，以至帶電體的形狀、大小及電荷的分布狀況對它們之間的作用力的影響可以忽略時，這樣的帶電體就可以看作帶電的 ，叫做 電荷。

2.2 自學“電場強度”，完成練習

請認真閱讀課本P10“電場強度”的第1段至第5段，做好重點的標記，認真思考，每段至少提一個問題（至少閱讀三遍，第一遍要快，第二、第三遍要慢），并完成下面練習：

（1）你每段提出的問題是什么，你是怎么理解的？

（2）最先提出電場觀點的人是 ，他的觀點是 ，近代物理學的理論和 證實了他的觀點是正確的。近代物理學理論如何發展了他的觀點？

（3）電磁場和由分子原子組成的實物有什么異同？

（4） 電荷產生的電場叫靜電場。

（5）請用自己的語言描述一下什么是電場？電荷間的相互作用是如何發生的？

（6）電場，看不見，摸不著，要研究電場，你認為我們該從何入手？

（7）認真回憶上節圖1.2-1的實驗（如圖1）。在這個實驗中，懸掛起來的帶電小球受到帶電金屬球O的靜電力，在不同位置，小球所受的靜電力大小和方向是 的；在同一位置，小球電荷量不同，所受的靜電力也 。你能用電場觀點說明這些實驗現象嗎？（不能？沒關系！請繼續往下認真閱讀課本）

2.3 做好標記，完成練習

請認真閱讀課本 “3 電場強度”的第六段至第八段，做好重點的標記，認真思考；每段至少提一個問題（至少閱讀三遍，第一遍要快，第二、第三遍要慢），并完成下面練習：

（1）在上節圖1.2-1（見圖1）的實驗中，懸掛著的帶電小球受到 的靜電力，這說明

周圍存在電場；在不同位置，小球所受的靜電力不同，這說明這些不同的位置，電場的強弱是 （填 “相同”或 “不同”）的，即電場的強弱與位置 （填 “有關”或 “無關”）：離帶電金屬球O近的，小球所受的靜電力大，我們就說這里的電場 （填 “強”或 “弱”）；離帶電金屬球O遠的，小球所受的靜電力小，我們就說這里的電場 （填 “強”或 “弱”）。

（2）以上節圖1.2-1的實驗為例，說明什么是場源電荷？什么是試探電荷？試探電荷要滿足哪兩個條件？

（3）研究電場的性質，為什么要從靜電力入手？

2.4 完成部分習題，閱讀“電場強度”

請先完成（1）至（3）題，然后請認真閱讀課本 “3 電場強度”的第9段至第12段，再完成下面（4）至（6）題：

（1）既然電場中的電荷所受的靜電力是這個

給予的，我們研究電場的性質，就可以從 入手。上節圖1.2-1的實驗表明：同樣的試探電荷，在電場中不同位置所受的靜電力是不同的；而電荷量不同的試探電荷，在電場中同一點所受的靜電力也是不同的。這說明試探電荷在電場中所受的靜電力，不僅和電場的性質有關，還和試探電荷的 有關。顯然，不能直接用靜電力來描述電場。那么，如何用靜電力來描述電場的性質呢？為此，我們還要深入思考，繼續探究：

如果試探電荷q1在電場中A點受到靜電場F1，另一個同樣的電荷在A點受到靜電力一定也是F1（注意，這兩個同樣電荷在A點所受電場力大小一定相等，方向一定相同）。所以，它們一同放在A 點，它們總的電荷量是 ，所受靜電力的合力也應該是 。以此類推，三個這樣的電荷一同放在A 點，電荷量是 ，所受的合力也應該是 。即試探電荷的電荷量分別增大為原來的2倍、3倍……n倍，它在電場中某點所受靜電力的合力也應該分別增大為原來的 倍、 倍…… 倍。所以，試探電荷在電場中某點受到的電場力，與該電荷的電荷量的比值應該有： = = = 。由此，我們進一步推測，試探電荷在電場中某點受到的力F，和試探電荷的電荷量q的比值 應該是不變的，它和試探電荷q應該無關。（你能不看學案，先說說為什么不能直接用靜電力來描述電場，再獨自把剛才的推測重新進行一遍嗎？試試看！）

（2）我們的推測正確嗎？你能以點電荷的電場為例，用庫侖定律證明這個猜測嗎？試試看！如果思考十分鐘還不能下手，請跳過本題，完成下面練習。

（3）如圖2（真空中）點M和點P的距離為r，點電荷Q放在點P，試探電荷q放在點M，則點M處在 （填“電荷Q”或“電荷q”）的電場中，電荷 （填“Q”或“q”）叫做場源電荷。由庫侖定律得：試探電荷q所受的力F = ；當試探電荷q的電荷量分別為1 C、2 C、3 C、……n C時，它所受的力F分別為 、 、

……。即試探電荷的電荷量分別增大為原來的2倍、3倍……n倍，它在電場中某點所受的靜電力確實也分別增大為原來的2倍、3倍……n倍， 而 的值始終等于k （請寫出 = k 的推導過程）。

由此可知：在點電荷激發的電場中，試探電荷q受到的力F，和試探電荷的電荷量q的比值確實不變，它和試探電荷q無關（即無論試探電荷q取什么值，比值 都不變）；實驗表明，在其他電場中，上述結論同樣成立。用E表示這個比值（試探電荷q受到的力F和試探電荷的電荷量q的比值），則有E= ，它在數值上和 庫侖的電荷在A點所受靜電力一定相同；你能證明你的這個結論嗎？試試看。（提示：在E= 中，當q為多少時，E和F在數值上一定相同）

（請先認真閱讀課本 “電場強度”的第9段至第12段，再完成下面練習）

（4）為什么不能直接用試探電荷所受的靜電力來表示電場的強弱，卻能用E= 表示呢？

（5）在上節圖1.2-1的實驗中，把同一電荷放在電場中的不同位置，它所受的靜電力方向一般是不同的。這說明，電場不但有強弱，還有方向。那么，我們還能用E= 表示電場的方向嗎？為什么？它的方向如何規定？

（6）由上述（1）至（5）題可知：電場強度是用來表示電場的 和 的物理量，它的定義式是 ，單位是 ；它是矢量，電場中某點的電場強度的方向和 電荷在該點的受力方向相同，和 電荷在該點的受力方向相反；電場中某點的電場強度的大小，在數值上和 庫侖的電荷在該點所受靜電力一定相同。在靜電場中，電場強度不隨時間的改變而改變。電場中某點的場強僅僅由 決定，與是否放入電荷或放入電荷的電荷量 。（填“有關”或“無關”）

3 設計課堂學案（課前科代表發回預習作業。教師根據預習作業的完成情況，對以下設計進行適當調整）

3.1 引導學生學習“電場”部分

（1）用大屏幕展示“預習作業題”2.1，先指名回答，再由同學或老師進行點評。

（2）用大屏幕展示“預習作業題”2.2的（1）至（4）。學生先看問題，再快速閱讀課本“電場強度”的1至5段，然后一起回答。

（3）用自己的語言說說什么是電場，電荷間的相互作用如何發生？（先四人一組互相交流，教師再指名回答，然后由同學或老師進行點評，或進行討論）。

3.2 “電場強度”的教學

（1）教師提問：電場，看不見，摸不著，我們該如何研究電場呢？用大屏幕展示“預習作業題”2.2的問題（7），學生先看問題，再閱讀課本“電場強度”的相關內容，然后一起回答。

（2）教師提問：既然電場中的電荷所受的靜電力是這個電場給予的，我們研究電場的性質，就可以從靜電力入手。那么，我們能直接用靜電力來描述電場的性質嗎？ 為什么？用大屏幕展示“預習作業題”2.3（先四人一組互相交流，教師再指名回答，然后由同學或老師進行點評，或進行討論）。

（3）學生自由提問，教師根據實際情況決定是直接回答還是組織討論。

（4）例題教學（先獨立解答，再四人一組互相討論；教師同時指名幾個同學上臺板演，然后由同學或老師進行點評，或進行討論）：

例題：真空中有一個電荷量為-Q的點電荷，在一個與之距離為r的M點放一個電荷量為q的試探電荷（如圖3）。

①求M點的電場強度，并在圖上標出它的方向；

②如果試探電荷的電荷量為-3q，M點的電場強度如何改變？

③如果移走所放的試探電荷，M點的電場強

度又如何改變？

3.3 課堂練習學案（用大屏幕展示。先獨立思考，再四人一組互相討論；教師指名回答，老師進行點評，或引導討論。如果時間較緊，可部分或全部改為課后作業）

（1）下面關于電場的說法錯誤的是（ ）

A.只要有電荷存在，其周圍就存在電場

B.只有電荷發生相互作用時才產生電場

C.A電荷受到B電荷的作用，是B電荷的電場對A電荷的作用

（2）電場強度的定義式為E= ，下列說法正確的是（ ）

A.F是試探電荷所受到的電場力，q是產生電場的電荷的電量

B.該定義式只適用于點電荷產生的電場

C.電場強度的方向與電場力F的方向相同

D.由該定義式可知，電場中某點電荷所受的電場力大小，與該點電場強度的大小成正比

（3）下列關于電場強度的說法錯誤的是（ ）

A.電場中某點的電場強度，等于單位電荷受到的電場力

B.電場中某點的電場強度，與該點試探電荷所受的電場力成正比

C.電場中某點的電場強度的方向，就是試探電荷在該點所受電場力的方向

D.電場中某點的電場強度，與該點有無試探電荷無關

（4）把電荷量為Q的電荷，放到電場中的某固定點M，所受到的電場力為F。已知M點的電場強度為E，則下列說法正確的是（ ）

A.若在M點換上-Q，M點電場強度方向發生變化

B.若在M點換上電量為3Q的電荷，M點的場強將變為3E

C.若在M點移去電荷Q，M點的場強變為零

D.M點場強的大小、方向與q的大小、正負、有無均無關

3.4 提出問題，引導學生討論，進行課堂小結

通過本節課的學習，我們知道了：電場是存在于 周圍的一種特殊的物質，我們知道電荷間的相互作用是通過 發生的。我們利用電場的這一明顯特征，通過試探電荷在電場中所受靜電力特點，來探究描述電場

和 的物理量——電場強度。電場強度定義式是 ，它是矢量，既有 ，又有 。在靜電場中，它不隨時間改變。電場中某點的場強僅僅由 決定，與是否放入電荷，放入電荷的電荷量 關。

3.5 布置作業

（1）E= 和E=k 有何關系，它們的適用范圍有何不同？請從物理意義、定義式、單位、大小、方向及自己要注意的問題，寫出關于電場強度的小結。

（2）認真完成課后的“問題與練習”1～3題。

電場的概念及其特性的描述一直是教學的難點。本設計把它和學生熟悉的電視等聯系起來，使學生感受到電場不僅確實存在，而且和我們的生活密切相關，從而產生了親切感，并產生了學習電場的欲望和興趣。然后，又針對重點和難點，精心設計預習學案，引導學生預習課文，既培養了學生自主學習和合作學習的能力，又為順利完成課堂學習任務奠定良好基礎。

探究描述電場強弱的物理量是本節課的重難點內容之一，課堂上要讓學生充分思考，相互交流，教師適時進行引導。對于電場內容的學習及隨堂練習，盡可能由學生自主完成，老師稍加指導即可。

參考文獻：

[1]張君可，王君翔.怎樣“用教材教”，而不是“教教材”——談如何使用新教材[J].物理教學探討，2009，27（12）：8.

[2]何書明.新課程視野下中學物理實驗教學的策略[J].物理教學探討，2009，27（5）：8.

（欄目編輯 鄧 磊）