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9.3电场电场强度 教学设计
一、核心素养目标
物理观念：理解电场的客观物质性，明确其是电荷间相互作用的媒介；掌握电场强度的定义、表达式及矢量性，知晓电场线的物理意义；建立“电场强度描述电场力的性质”的认知，能区分电场与试探电荷的关联与区别。
科学探究：通过类比“重力场”构建电场模型，经历“提出问题—类比迁移—定义物理量—实验验证”的探究过程；学会运用控制变量法分析试探电荷受力与电场的关系，提升抽象思维与逻辑推理能力。
科学思维：通过电场强度比值定义法的推导，培养“用比值反映本质属性”的科学思维；能运用电场线描述电场分布，实现“抽象概念可视化”的转化；结合库仑定律计算电场强度，提升综合运算与矢量分析能力。
科学态度与责任：感受电场模型构建中“抽象与具体”的辩证关系，体会物理学研究的严谨性；认识电场知识在静电技术、电子设备中的应用价值，激发用物理知识解释自然现象的兴趣，培养科学应用意识。
二、教学重难点
重点：电场的客观物质性；电场强度的定义（E=F/q）、物理意义及矢量性；电场强度的计算（包括点电荷电场强度公式E=kQ/r 及叠加原理）；电场线的特点及常见电场的电场线分布；电场强度与电场力的区别与联系。
难点：理解电场的“物质性”，突破“看不见摸不着即不存在”的思维误区；掌握电场强度比值定义法的内涵，明确E与F、q无关，仅由电场本身决定；矢量叠加原理在多电荷电场强度计算中的应用，能规范进行矢量合成；电场线与电场强度的对应关系，避免将电场线等同于实际轨迹。
三、教学环节设计
（一）情境导入：揭秘“超距作用”的本质
1.矛盾设问：教师演示“带电小球相互排斥”实验，提出问题“两个带电小球没有接触，为什么会产生相互作用力？是‘超距作用’吗？”引导学生思考力的传递媒介。
2.类比迁移：展示“苹果落地”场景，提问“苹果与地球没有接触，为什么会受重力？”学生回答“因为存在重力场”。教师引导类比：“电荷间的相互作用，是否也通过一种‘场’来传递？”引出“电场”的猜想。
3.师生互动：学生分组讨论“重力场与电场的相似点”，如“都是物质存在的形式，传递力的作用”，教师总结并引出课题——电场及其性质的描述。
（二）探究新知一：电场的客观物质性
1.概念构建：教师明确“电场是电荷周围客观存在的一种特殊物质，其基本性质是对放入其中的电荷产生力的作用，电荷间的相互作用通过电场传递”。
2.物质性论证：师生共同分析“物质性”的体现——电场具有能量（如静电除尘中电场对尘埃做功）、动量（如电子在电场中加速），虽看不见摸不着，但能通过实验观察其效应，与宏观物体一样具有物质属性。
3.师生互动：学生举例“生活中体现电场存在的现象”，如干燥天气梳头时头发随梳子飘动、静电复印等，教师补充“雷电现象中云层与地面间的电场击穿空气产生火花”，强化电场客观存在的认知。
（三）探究新知二：电场强度的定义——描述电场的“力的性质”
1.问题提出：教师提问“不同电场对电荷的作用力不同，如何定量描述电场本身的强弱？”引导学生思考“用放入电场中的电荷受力来反映电场性质”。
2.试探电荷的引入：讲解“为研究电场，需放入一种电荷量小、体积小的电荷——试探电荷（q）”，其作用是“探测电场的受力情况”，且对原电场的影响可忽略。
3.实验推理（控制变量法）：
（1）控制电场不变，改变试探电荷q：教师通过动画模拟“同一位置，q增大为2q、3q，受力F也随之增大为2F、3F”，引导学生得出“F与q成正比”的结论。
（2）控制试探电荷q不变，改变电场位置：模拟“q不变，在电场不同位置，F不同”，说明“F与电场本身有关”。
4.定义推导：师生共同分析“F与q的比值F/q在同一电场同一位置是定值，与q无关；在不同位置比值不同”，因此该比值可反映电场本身的强弱，定义为电场强度，符号E。
5.电场强度的三要素：
（1）定义式：E=F/q，单位N/C（或V/m，后续学习）。
（2）物理意义：电场中某点的电场强度在数值上等于单位电荷量的试探电荷在该点所受的电场力。
（3）矢量性：方向与正试探电荷在该点所受电场力的方向相同，与负试探电荷受力方向相反。
6.师生互动：学生计算“试探电荷q=2×10 C在电场中某点受力F=4×10 N，该点电场强度E多大？若换用q=4×10 C的试探电荷，E变为多少？”通过计算强化“E与q无关”的认知，教师纠正“E随F增大而增大”的错误观念。
（四）探究新知三：电场强度的计算与叠加
1.点电荷的电场强度：
（1）推导：将试探电荷q放入点电荷Q的电场中，根据库仑定律F=kQq/r ，结合电场强度定义式E=F/q，消去q可得E=kQ/r ，其中Q为产生电场的场源电荷，r为该点到场源电荷的距离。
（2）方向：若Q为正电荷，电场强度方向背离Q；若Q为负电荷，方向指向Q。
2.电场强度的叠加原理：
（1）规律：多个点电荷在某点产生的电场强度，等于每个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。
（2）师生互动：分组计算“两个等量正点电荷连线中点的电场强度”——先分别计算每个点电荷在中点的E 、E （大小相等，方向相反），再通过矢量合成得出合场强E=0。教师强调“矢量叠加需先确定方向，再用平行四边形定则合成”。
3.均匀带电体的电场：教师说明“形状规则的均匀带电体（如带电球壳、带电平板），可将其分割为无数点电荷，再用叠加原理计算电场强度”，为后续学习铺垫。
（五）探究新知四：电场线——电场的“可视化”描述
1.引入目的：教师提出“电场看不见，如何直观描述其分布？”引导学生类比“等高线描述地形”，提出“用假想曲线描述电场”的思路，即电场线。
2.电场线的定义与特点：
（1）定义：为形象描述电场而引入的假想曲线，曲线上某点的切线方向表示该点电场强度的方向，曲线的疏密表示电场强度的大小。
（2）核心特点：电场线不闭合、不相交（若相交则该点场强方向不唯一，矛盾）；电场线起始于正电荷（或无穷远），终止于负电荷（或无穷远）。
3.常见电场的电场线分布：
（1）教师展示“点电荷、等量同种电荷、等量异种电荷、匀强电场”的电场线分布图，逐一分析特点：
①正点电荷：电场线从电荷出发，呈辐射状向外；负点电荷：电场线指向电荷，呈辐射状向内。
②等量异种电荷：电场线从正电荷指向负电荷，连线中点场强最大，中垂线上场强方向平行于连线。
③匀强电场：电场线平行等距，各点场强大小和方向均相同（如平行板电容器间的电场）。
4.师生互动：学生判断“电场线密集的地方，电场强度一定大”“电场线是带电粒子的运动轨迹”两个说法的正误，教师纠正误区——电场线是描述工具，与粒子轨迹无必然联系，轨迹需结合初速度与受力方向判断。
（六）重点知识归纳
1.电场的本质：客观存在的特殊物质，传递电荷间的相互作用，具有能量和动量。
2.电场强度的双重定义与计算：
（1）比值定义式：E=F/q，适用于所有电场，E由电场本身决定，与试探电荷q、受力F无关；矢量性，方向与正试探电荷受力方向一致。
（2）点电荷场强公式：E=kQ/r ，仅适用于点电荷电场，Q为场源电荷电荷量，r为到场源电荷的距离。
（3）叠加原理：E合=E +E +…（矢量合成，遵循平行四边形定则）。
3.电场强度与电场力的区别与联系：
（1）区别：E是电场的属性，与试探电荷无关；F是电荷在电场中受到的力，与E和q均有关（F=qE）。
（2）联系：E=F/q是F=qE的变形，已知E和q可求F，已知F和q可求E。
4.电场线的核心意义：切线方向→场强方向；疏密程度→场强大小；分布形状→电场整体分布。
5.易错点总结：①电场不是“由电荷产生的附属品”，而是独立存在的物质；②场强叠加时务必注意矢量性，不能直接代数相加；③试探电荷的作用是“探测”，不改变原电场。
（七）巩固练习：基础应用与综合提升
1.关于电场的下列说法中，正确的是（）
A.电场是带电体周围空间实际存在的物质，能被肉眼直接观察
B.电场是为了描述电荷间相互作用而引入的假想模型，实际并不存在
C.电场对放入其中的电荷有力的作用，这是电场物质性的体现
D.带电体间的相互作用是直接发生的“超距作用”，与电场无关
2.关于电场强度的定义式E=F/q，下列说法中正确的是（）
A.该式说明电场强度E与试探电荷受到的电场力F成正比，与试探电荷的电荷量q成反比
B.该式仅适用于点电荷产生的电场
C.式中q是试探电荷的电荷量，F是试探电荷在电场中某点受到的电场力
D.电场中某点的电场强度E与试探电荷的存在与否有关
3.真空中有一个点电荷Q，在与它相距r的位置放一个试探电荷q，试探电荷受到的电场力为F。若将试探电荷的电荷量变为2q，距离变为r/2，则该位置的电场强度大小为（）
A.F/(2q)B.F/qC.4F/qD.8F/q
4.如图所示，在正点电荷Q的电场中有A、B两点，A点距离Q的距离为r，B点距离Q的距离为2r。则A、B两点的电场强度大小之比E_A:E_B为（）
A.1:2B.2:1C.1:4D.4:1
5.关于电场线的下列说法中，错误的是（）
A.电场线是为描述电场而引入的假想曲线，不是实际存在的
B.电场线越密集的地方，电场强度越大
C.电场线总是从正电荷出发，终止于负电荷，不能闭合
D.带电粒子在电场中运动的轨迹一定与电场线重合
6.真空中有两个等量异种点电荷，分别固定在x轴上的x=0和x=2a处，电荷量分别为+Q和-Q。则在x=a处（两点电荷连线中点）的电场强度大小为（）
A.0B.kQ/a C.2kQ/a D.4kQ/a
7.一个带电荷量为+2×10 C的试探电荷，在电场中某点受到的电场力大小为0.4N，方向水平向右。则该点的电场强度（）
A.大小为2×10 N/C，方向水平向右
B.大小为2×10 N/C，方向水平向左
C.大小为8×10 N/C，方向水平向右
D.大小为8×10 N/C，方向水平向左
8.如图所示，在匀强电场中，电场线方向水平向右。一个带电荷量为-q的带电粒子（重力不计）在该电场中运动，初速度方向竖直向上。则该粒子的运动轨迹是（）
A.竖直向上的直线B.水平向右的直线
C.向右偏转的曲线D.向左偏转的曲线
9.真空中有三个点电荷，分别固定在等边三角形的三个顶点上，电荷量均为+Q，三角形边长为L。则该三角形中心处的电场强度大小为（）
A.0B.3kQ/L C.6kQ/L D.9kQ/L
10.如图所示，平行板电容器两极板间存在匀强电场，电场强度大小为E。一个带电荷量为+q、质量为m的带电粒子（重力不计）从极板间某点由静止释放，则该粒子在电场中运动的加速度大小为（）
A.qE/mB.mg/qEC.m/(qE)D.q/(mE)
（八）练习答案及解析
1.答案：C解析：电场是带电体周围客观存在的特殊物质，但无法用肉眼直接观察，需通过其效应感知，A错误；电场是真实存在的物质，并非假想模型，B错误；电场对电荷的力的作用，是其物质性的直接体现（物质间的相互作用），C正确；带电体间的相互作用是通过电场传递的，并非超距作用，D错误。
2.答案：C解析：电场强度E是电场本身的属性，与试探电荷的受力F和电荷量q无关，A错误；E=F/q是比值定义式，适用于所有电场，点电荷场强公式E=kQ/r 仅适用于点电荷电场，B错误；定义式中q是试探电荷的电荷量，F是该试探电荷在电场中某点受到的电场力，C正确；电场中某点的场强由电场本身决定，与试探电荷是否存在无关，D错误。
3.答案：C解析：电场强度由电场本身决定，与试探电荷无关。原位置场强E=F/q；当试探电荷变为2q、距离变为r/2时，场源电荷Q不变，该位置的场强仍由Q和新距离决定，但根据定义式，可通过新的F'计算E。根据库仑定律，F'=kQ·2q/(r/2) =8kQq/r =8F，因此E=F'/2q=8F/(2q)=4F/q，C正确。
4.答案：D解析：点电荷的电场强度公式为E=kQ/r ，A点场强E_A=kQ/r ，B点场强E_B=kQ/(2r) =kQ/(4r )，因此E_A:E_B=(kQ/r ):(kQ/(4r ))=4:1，D正确。
5.答案：D解析：电场线是为形象描述电场引入的假想曲线，A正确；电场线的疏密反映场强大小，密集处场强大，B正确；电场线起始于正电荷（或无穷远），终止于负电荷（或无穷远），不闭合、不相交，C正确；带电粒子的运动轨迹与电场线重合需满足两个条件：初速度方向与电场线方向共线，且电场线为直线，否则轨迹与电场线不重合，D错误。
6.答案：D解析：在x=a处，+Q产生的场强E =kQ/a ，方向水平向右（背离正电荷）；-Q产生的场强E =kQ/a ，方向水平向右（指向负电荷）。两场强方向相同，合场强E=E +E =2kQ/a ？此处计算错误，两点电荷连线中点到每个电荷的距离为a，+Q在中点的场强E =kQ/a ，方向向右；-Q在中点的场强E =kQ/a ，方向向右，合场强为2kQ/a ？但结合选项，推测题目中“x=0”为+Q，“x=2a”为-Q，中点x=a处的场强应为E =kQ/a （右）+E =kQ/a （右）=2kQ/a ，选项C为2kQ/a ，可能此前解析有误，正确答案为C。重新梳理：点电荷场强E=kQ/r ，r=a，E =kQ/a ，E =kQ/a ，方向相同，合场强为2kQ/a ，C正确。
7.答案：A解析：根据电场强度定义式E=F/q=0.4N/(2×10 C)=2×10 N/C；电场强度方向与正试探电荷受力方向一致，该试探电荷带正电，受力方向水平向右，因此场强方向水平向右，A正确。
8.答案：C解析：带电粒子带负电，电场强度方向水平向右，因此粒子受到的电场力方向水平向左（与场强方向相反）。粒子初速度方向竖直向上，受力方向与初速度方向垂直，根据曲线运动条件，粒子将向左偏转？此处矛盾，电场线水平向右，负电荷受力方向水平向左，初速度竖直向上，合力向左，轨迹应向左偏转？但选项中C为向右偏转，D为向左偏转。重新分析：电场线水平向右，场强E向右，负电荷受力F=-qE，方向向左，初速度向上，合力与速度垂直，粒子做曲线运动，轨迹向左偏转，D正确。此前方向判断错误，负电荷受力与场强方向相反，因此正确答案为D。
9.答案：A解析：等边三角形中心到每个顶点的距离相等，三个点电荷均为+Q，在中心处产生的场强大小相等（E =E =E =kQ/r ，r为中心到顶点距离）。由于三个场强的方向互成120°角，根据矢量叠加原理，任意两个场强的合力与第三个场强大小相等、方向相反，因此合场强为0，A正确。
10.答案：A解析：带电粒子在匀强电场中受到的电场力F=qE，根据牛顿第二定律F=ma，联立可得加速度a=F/m=qE/m，A正确。
（九）课堂小结与拓展
1.师生共同回顾知识框架：电场的物质性→电场强度的定义与计算→电场线的描述→综合应用（力与运动），通过思维导图梳理核心知识点及逻辑关系。
2.拓展思考：“平行板电容器两极板间的电场是匀强电场，若改变极板间的距离，电场强度会如何变化？”“为什么避雷针能保护建筑物？与电场线的分布有什么关系？”引导学生联系生活实际，为后续“电容器”“静电现象的应用”学习铺垫。
3.作业布置：完成教材课后习题，补充“多电荷电场强度叠加”的计算题，要求画出矢量合成示意图；观察生活中的静电现象，尝试用电场知识进行解释并记录。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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