《電場(chǎng)強(qiáng)度》學(xué)案設(shè)計(jì)（人教版高中《物理》選修3—1第一章第3節(jié)第一、二部分）

王蘭芳　趙運(yùn)強(qiáng)

摘 要： 本文精心設(shè)計(jì)預(yù)習(xí)學(xué)案，針對(duì)重點(diǎn)和難點(diǎn)設(shè)計(jì)臺(tái)階（引導(dǎo)性練習(xí)），降低難度，突破難點(diǎn)，使學(xué)生較輕松地預(yù)習(xí)教材，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，從而引導(dǎo)學(xué)生積極預(yù)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)興趣、自學(xué)習(xí)慣和自學(xué)能力。多數(shù)學(xué)生課堂上能在老師的引導(dǎo)下，合作學(xué)習(xí)，自主完成學(xué)習(xí)任務(wù)，使老師有較多的時(shí)間來關(guān)注基礎(chǔ)差的學(xué)生。

關(guān)鍵詞：電場(chǎng)；電場(chǎng)強(qiáng)度；學(xué)案

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2016）11-0073-4

1 導(dǎo) 語(yǔ)

利用手機(jī)，你隨時(shí)可以和千里之外的親友通話。你的聲音怎么會(huì)瞬間就送到千里之外呢？怎么送出去的？我們?yōu)槭裁茨軌蚩吹诫娨暋⒙牭绞找魴C(jī)？……這些問題都和兩種特殊的物質(zhì)——電場(chǎng)、磁場(chǎng)有關(guān)。初中我們已初步學(xué)習(xí)了磁場(chǎng)，那么，電場(chǎng)是什么樣的物質(zhì)呢？它有什么特點(diǎn)，我們?nèi)绾窝芯克男再|(zhì)？這就是本節(jié)課要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。

2 設(shè)計(jì)預(yù)習(xí)作業(yè)題

2.1 復(fù)習(xí)“庫(kù)侖定律”，填空

（1）真空中兩個(gè)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(gè)規(guī)律叫庫(kù)侖定律。電荷間的這種作用力叫做 力或 力。庫(kù)侖定律的表達(dá)式是

，式子中的k是 系數(shù)，叫做 常量。

兩個(gè)電荷量為1 C的點(diǎn)電荷在真空中相距1 m時(shí)，相互作用力為 N，差不多相當(dāng)于 萬(wàn)噸的物體所受的重力。

（2）當(dāng)帶電體間的距離比它們自身的大小

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

2.2 自學(xué)“電場(chǎng)強(qiáng)度”，完成練習(xí)

請(qǐng)認(rèn)真閱讀課本P10“電場(chǎng)強(qiáng)度”的第1段至第5段，做好重點(diǎn)的標(biāo)記，認(rèn)真思考，每段至少提一個(gè)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(xí)：

（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(chǎng)觀點(diǎn)的人是 ，他的觀點(diǎn)是 ，近代物理學(xué)的理論和 證實(shí)了他的觀點(diǎn)是正確的。近代物理學(xué)理論如何發(fā)展了他的觀點(diǎn)？

（3）電磁場(chǎng)和由分子原子組成的實(shí)物有什么異同？

（4） 電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)叫靜電場(chǎng)。

（5）請(qǐng)用自己的語(yǔ)言描述一下什么是電場(chǎng)？電荷間的相互作用是如何發(fā)生的？

（6）電場(chǎng)，看不見，摸不著，要研究電場(chǎng)，你認(rèn)為我們?cè)搹暮稳胧郑?/p>

（7）認(rèn)真回憶上節(jié)圖1.2-1的實(shí)驗(yàn)（如圖1）。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)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(chǎng)觀點(diǎn)說明這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象嗎？（不能？沒關(guān)系！請(qǐng)繼續(xù)往下認(rèn)真閱讀課本）

2.3 做好標(biāo)記，完成練習(xí)

請(qǐng)認(rèn)真閱讀課本 “3 電場(chǎng)強(qiáng)度”的第六段至第八段，做好重點(diǎn)的標(biāo)記，認(rèn)真思考；每段至少提一個(gè)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(xí)：

（1）在上節(jié)圖1.2-1（見圖1）的實(shí)驗(yàn)中，懸掛著的帶電小球受到 的靜電力，這說明

周圍存在電場(chǎng)；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(chǎng)的強(qiáng)弱是 （填 “相同”或 “不同”）的，即電場(chǎng)的強(qiáng)弱與位置 （填 “有關(guān)”或 “無(wú)關(guān)”）：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(chǎng) （填 “強(qiáng)”或 “弱”）；離帶電金屬球O遠(yuǎn)的，小球所受的靜電力小，我們就說這里的電場(chǎng) （填 “強(qiáng)”或 “弱”）。

（2）以上節(jié)圖1.2-1的實(shí)驗(yàn)為例，說明什么是場(chǎng)源電荷？什么是試探電荷？試探電荷要滿足哪兩個(gè)條件？

（3）研究電場(chǎng)的性質(zhì)，為什么要從靜電力入手？

2.4 完成部分習(xí)題，閱讀“電場(chǎng)強(qiáng)度”

請(qǐng)先完成（1）至（3）題，然后請(qǐng)認(rèn)真閱讀課本 “3 電場(chǎng)強(qiáng)度”的第9段至第12段，再完成下面（4）至（6）題：

（1）既然電場(chǎng)中的電荷所受的靜電力是這個(gè)

給予的，我們研究電場(chǎng)的性質(zhì)，就可以從 入手。上節(jié)圖1.2-1的實(shí)驗(yàn)表明：同樣的試探電荷，在電場(chǎng)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(chǎng)中同一點(diǎn)所受的靜電力也是不同的。這說明試探電荷在電場(chǎng)中所受的靜電力，不僅和電場(chǎng)的性質(zhì)有關(guān)，還和試探電荷的 有關(guān)。顯然，不能直接用靜電力來描述電場(chǎng)。那么，如何用靜電力來描述電場(chǎng)的性質(zhì)呢？為此，我們還要深入思考，繼續(xù)探究：

如果試探電荷q1在電場(chǎng)中A點(diǎn)受到靜電場(chǎng)F1，另一個(gè)同樣的電荷在A點(diǎn)受到靜電力一定也是F1（注意，這兩個(gè)同樣電荷在A點(diǎn)所受電場(chǎng)力大小一定相等，方向一定相同）。所以，它們一同放在A 點(diǎn)，它們總的電荷量是 ，所受靜電力的合力也應(yīng)該是 。以此類推，三個(gè)這樣的電荷一同放在A 點(diǎn)，電荷量是 ，所受的合力也應(yīng)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(chǎng)中某點(diǎn)所受靜電力的合力也應(yīng)該分別增大為原來的 倍、 倍…… 倍。所以，試探電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)受到的電場(chǎng)力，與該電荷的電荷量的比值應(yīng)該有： = = = 。由此，我們進(jìn)一步推測(cè)，試探電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)受到的力F，和試探電荷的電荷量q的比值 應(yīng)該是不變的，它和試探電荷q應(yīng)該無(wú)關(guān)。（你能不看學(xué)案，先說說為什么不能直接用靜電力來描述電場(chǎng)，再獨(dú)自把剛才的推測(cè)重新進(jìn)行一遍嗎？試試看?。?/p>

（2）我們的推測(cè)正確嗎？你能以點(diǎn)電荷的電場(chǎng)為例，用庫(kù)侖定律證明這個(gè)猜測(cè)嗎？試試看！如果思考十分鐘還不能下手，請(qǐng)?zhí)^本題，完成下面練習(xí)。

（3）如圖2（真空中）點(diǎn)M和點(diǎn)P的距離為r，點(diǎn)電荷Q放在點(diǎn)P，試探電荷q放在點(diǎn)M，則點(diǎn)M處在 （填“電荷Q”或“電荷q”）的電場(chǎng)中，電荷 （填“Q”或“q”）叫做場(chǎng)源電荷。由庫(kù)侖定律得：試探電荷q所受的力F = ；當(dāng)試探電荷q的電荷量分別為1 C、2 C、3 C、……n C時(shí)，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(chǎng)中某點(diǎn)所受的靜電力確實(shí)也分別增大為原來的2倍、3倍……n倍， 而 的值始終等于k （請(qǐng)寫出 = k 的推導(dǎo)過程）。

由此可知：在點(diǎn)電荷激發(fā)的電場(chǎng)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(shí)不變，它和試探電荷q無(wú)關(guān)（即無(wú)論試探電荷q取什么值，比值 都不變）；實(shí)驗(yàn)表明，在其他電場(chǎng)中，上述結(jié)論同樣成立。用E表示這個(gè)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(shù)值上和 庫(kù)侖的電荷在A點(diǎn)所受靜電力一定相同；你能證明你的這個(gè)結(jié)論嗎？試試看。（提示：在E= 中，當(dāng)q為多少時(shí)，E和F在數(shù)值上一定相同）

（請(qǐng)先認(rèn)真閱讀課本 “電場(chǎng)強(qiáng)度”的第9段至第12段，再完成下面練習(xí)）

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

（5）在上節(jié)圖1.2-1的實(shí)驗(yàn)中，把同一電荷放在電場(chǎng)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(chǎng)不但有強(qiáng)弱，還有方向。那么，我們還能用E= 表示電場(chǎng)的方向嗎？為什么？它的方向如何規(guī)定？

（6）由上述（1）至（5）題可知：電場(chǎng)強(qiáng)度是用來表示電場(chǎng)的 和 的物理量，它的定義式是 ，單位是 ；它是矢量，電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向和 電荷在該點(diǎn)的受力方向相同，和 電荷在該點(diǎn)的受力方向相反；電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小，在數(shù)值上和 庫(kù)侖的電荷在該點(diǎn)所受靜電力一定相同。在靜電場(chǎng)中，電場(chǎng)強(qiáng)度不隨時(shí)間的改變而改變。電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)僅僅由 決定，與是否放入電荷或放入電荷的電荷量 。（填“有關(guān)”或“無(wú)關(guān)”）

3 設(shè)計(jì)課堂學(xué)案（課前科代表發(fā)回預(yù)習(xí)作業(yè)。教師根據(jù)預(yù)習(xí)作業(yè)的完成情況，對(duì)以下設(shè)計(jì)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整）

3.1 引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)“電場(chǎng)”部分

（1）用大屏幕展示“預(yù)習(xí)作業(yè)題”2.1，先指名回答，再由同學(xué)或老師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。

（2）用大屏幕展示“預(yù)習(xí)作業(yè)題”2.2的（1）至（4）。學(xué)生先看問題，再快速閱讀課本“電場(chǎng)強(qiáng)度”的1至5段，然后一起回答。

（3）用自己的語(yǔ)言說說什么是電場(chǎng)，電荷間的相互作用如何發(fā)生？（先四人一組互相交流，教師再指名回答，然后由同學(xué)或老師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，或進(jìn)行討論）。

3.2 “電場(chǎng)強(qiáng)度”的教學(xué)

（1）教師提問：電場(chǎng)，看不見，摸不著，我們?cè)撊绾窝芯侩妶?chǎng)呢？用大屏幕展示“預(yù)習(xí)作業(yè)題”2.2的問題（7），學(xué)生先看問題，再閱讀課本“電場(chǎng)強(qiáng)度”的相關(guān)內(nèi)容，然后一起回答。

（2）教師提問：既然電場(chǎng)中的電荷所受的靜電力是這個(gè)電場(chǎng)給予的，我們研究電場(chǎng)的性質(zhì)，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(chǎng)的性質(zhì)嗎？ 為什么？用大屏幕展示“預(yù)習(xí)作業(yè)題”2.3（先四人一組互相交流，教師再指名回答，然后由同學(xué)或老師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，或進(jìn)行討論）。

（3）學(xué)生自由提問，教師根據(jù)實(shí)際情況決定是直接回答還是組織討論。

（4）例題教學(xué)（先獨(dú)立解答，再四人一組互相討論；教師同時(shí)指名幾個(gè)同學(xué)上臺(tái)板演，然后由同學(xué)或老師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，或進(jìn)行討論）：

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

①求M點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度，并在圖上標(biāo)出它的方向；

②如果試探電荷的電荷量為-3q，M點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度如何改變？

③如果移走所放的試探電荷，M點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)

度又如何改變？

3.3 課堂練習(xí)學(xué)案（用大屏幕展示。先獨(dú)立思考，再四人一組互相討論；教師指名回答，老師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，或引導(dǎo)討論。如果時(shí)間較緊，可部分或全部改為課后作業(yè)）

（1）下面關(guān)于電場(chǎng)的說法錯(cuò)誤的是（ ）

A.只要有電荷存在，其周圍就存在電場(chǎng)

B.只有電荷發(fā)生相互作用時(shí)才產(chǎn)生電場(chǎng)

C.A電荷受到B電荷的作用，是B電荷的電場(chǎng)對(duì)A電荷的作用

（2）電場(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)力，q是產(chǎn)生電場(chǎng)的電荷的電量

B.該定義式只適用于點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)

C.電場(chǎng)強(qiáng)度的方向與電場(chǎng)力F的方向相同

D.由該定義式可知，電場(chǎng)中某點(diǎn)電荷所受的電場(chǎng)力大小，與該點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小成正比

（3）下列關(guān)于電場(chǎng)強(qiáng)度的說法錯(cuò)誤的是（ ）

A.電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度，等于單位電荷受到的電場(chǎng)力

B.電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度，與該點(diǎn)試探電荷所受的電場(chǎng)力成正比

C.電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向，就是試探電荷在該點(diǎn)所受電場(chǎng)力的方向

D.電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度，與該點(diǎn)有無(wú)試探電荷無(wú)關(guān)

（4）把電荷量為Q的電荷，放到電場(chǎng)中的某固定點(diǎn)M，所受到的電場(chǎng)力為F。已知M點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為E，則下列說法正確的是（ ）

A.若在M點(diǎn)換上-Q，M點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度方向發(fā)生變化

B.若在M點(diǎn)換上電量為3Q的電荷，M點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)將變?yōu)?E

C.若在M點(diǎn)移去電荷Q，M點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)變?yōu)榱?/p>

D.M點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的大小、方向與q的大小、正負(fù)、有無(wú)均無(wú)關(guān)

3.4 提出問題，引導(dǎo)學(xué)生討論，進(jìn)行課堂小結(jié)

通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們知道了：電場(chǎng)是存在于 周圍的一種特殊的物質(zhì)，我們知道電荷間的相互作用是通過 發(fā)生的。我們利用電場(chǎng)的這一明顯特征，通過試探電荷在電場(chǎng)中所受靜電力特點(diǎn)，來探究描述電場(chǎng)

和 的物理量——電場(chǎng)強(qiáng)度。電場(chǎng)強(qiáng)度定義式是 ，它是矢量，既有 ，又有 。在靜電場(chǎng)中，它不隨時(shí)間改變。電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)僅僅由 決定，與是否放入電荷，放入電荷的電荷量 關(guān)。

3.5 布置作業(yè)

（1）E= 和E=k 有何關(guān)系，它們的適用范圍有何不同？請(qǐng)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(guān)于電場(chǎng)強(qiáng)度的小結(jié)。

（2）認(rèn)真完成課后的“問題與練習(xí)”1～3題。

電場(chǎng)的概念及其特性的描述一直是教學(xué)的難點(diǎn)。本設(shè)計(jì)把它和學(xué)生熟悉的電視等聯(lián)系起來，使學(xué)生感受到電場(chǎng)不僅確實(shí)存在，而且和我們的生活密切相關(guān)，從而產(chǎn)生了親切感，并產(chǎn)生了學(xué)習(xí)電場(chǎng)的欲望和興趣。然后，又針對(duì)重點(diǎn)和難點(diǎn)，精心設(shè)計(jì)預(yù)習(xí)學(xué)案，引導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)課文，既培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)的能力，又為順利完成課堂學(xué)習(xí)任務(wù)奠定良好基礎(chǔ)。

探究描述電場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量是本節(jié)課的重難點(diǎn)內(nèi)容之一，課堂上要讓學(xué)生充分思考，相互交流，教師適時(shí)進(jìn)行引導(dǎo)。對(duì)于電場(chǎng)內(nèi)容的學(xué)習(xí)及隨堂練習(xí)，盡可能由學(xué)生自主完成，老師稍加指導(dǎo)即可。

參考文獻(xiàn)：

[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(xué)探討，2009，27（12）：8.

[2]何書明.新課程視野下中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的策略[J].物理教學(xué)探討，2009，27（5）：8.

（欄目編輯 鄧 磊）