1、“电场强度”教学设计常州市戚墅堰实验中学 许明哲一、知识与技能1了解物理学史上对电荷间相互作用力的认识过程。2知道电荷间的相互作用是通过电场发生的，电场是客观存在的一种特殊物质。3理解电场强度的概念及其定义，会根据电场强度的定义进行有关的计算。知道电场强度是矢量，知道电场强度的方向是怎样规定的。4能根据库仑定律和电场强度的定义推导点电荷场强的计算式，并能用此公式进行有关的计算。5知道场强的叠加原理，并能应用这一原理进行简单的计算。二、过程与方法1经历“探究描述电场强弱的物理量”的过程，获得探究活动的体验。2领略通过电荷在电场中所受静电力研究电场、理想模型法、比值法、类比法等物理学研究方法。三、
2、情感态度与价值观1体验探究物理规律的艰辛与喜悦。2学习科学家严谨科学的态度。【教学重点】1探究描述电场强弱的物理量。2理解电场、电场强度的概念，并会根据电场强度的定义进行有关的计算。【教学难点】探究描述电场强弱的物理量。【设计思路】从“隔空取物”引入，从历史开始铺垫，从找电场力的规律开始深入，层层推进，力求水到渠成。【教学设计】引入新课：“隔空取物”视频引入，引起学生的好奇，找出学生好奇的原因，经验告诉我们，物体之间的相互作用需要接触，刚才那勺子起来的时候没有看到和它接触的物体，所以奇怪。但事实上，前面我们学习的万有引力和库伦力，相互作用的物体之间并没有直接接触，还有磁铁之间的相互作用，也不需
3、要接触，难道它们是超越时间和空间的一种超距作用，历史上就接触作用和超距作用，曾有过争论，下面带你们一起简单的学习这段历史。一、接触作用和超距作用的历史之争1、定义描述：了解这段历史前，我们先要知道什么是接触作用，什么是超距作用？物理学中关于物体相互作用实现方式的两种对立的观点。超距作用说认为，物体间可以不借助中介物而直接地、瞬时地实现相互作用；接触作用说认为，物体间只能通过直接接触或通过中介物以有限的速度实现相互作用。2、发展历史这两种对立的观念在不同的历史时期人们的认识是不一样的：(1)以太论早在牛顿以前，对于物体之间的作用就存在两种对立的猜想:一种认为物体之间除了通常的接触作用（拉压、冲击
4、）之外,还存在超距作用；一种认为物体之间的所有作用力都是近距作用，两个远离物体之间的作用力必须通过某种中间媒介物质传递，不存在任何超距作用，这种中间媒质被称为以太。当时的大多数自然哲学家认为超距作用带有神秘的色彩，而倾向于近距作用观点。（2）超距作用 在近代科学产生以前，以感性直观为基础的接触作用观点占主导地位。随着牛顿力学的成功，超距作用观点逐渐占了优势，并在物理学中得到广泛的传播。这种观点同牛顿的绝对空间、 绝对时间和绝对不变的原子的观点有着内在的联系，具有一定质量的物体之间的万有引力就是这种瞬时超距作用力。万有引力被认为是一种超距作用，牛顿万有引力定律只提到两粒子相互直接作用于对方的引力
5、，并没有解释引力传递过程，而且这定律与时间无关，意味着瞬时直接地超距作用。（3）牛顿的困惑在当时，牛顿的万有引力被普遍认为是一种超距作用，而牛顿本人并不这样认为，他试图寻找引力的成因，但并未获得成功。在一封写给剑桥大学三一学院院长理查本特利（Richard Bentley ）的信里，牛顿表示实在难以想像没有生命的物质能够作用与影响其它物质，不需要非物质传递机制，不倚靠彼此接触对于物质，引力应该是内在的、固有的、基础的，使得一个物体能够作用于以真空相隔有限距离的另一个物体，不需要通过任何媒介传递作用力从一个物体到另一个物体，这对我来说是一个特大荒谬，我相信不会有任何在哲学方面具有足够思考能力的人
6、士会坠入其中。引力必定是由按照某种定律作用的代理所造成的。至于这代理到底是物质的还是非物质的，在这里我留给我的读者来思考。牛顿（4）法拉第法拉第对于电磁现象的实验研究作出了卓越的贡献。他反对超距作用观点，并对之进行批判。他用“力线”描述磁极之间和带电体之间的相互作用，指出这些力线在空间是一些曲线而不是直线，因此，电的或磁的相互作用就不会是超距作用所想象的那种直接作用。（5）新的矛盾1905 年，爱因斯坦发表了狭义相对论，根据爱因斯坦的狭义相对论，瞬时超距作用违反了信息传递速度的上限为光速。假设两个物体彼此相互作用，其中一个物体突然改变位置，另外一个物体会瞬时感受到影响，即信息传递速度比光速（光
7、波传播于真空的速度）还快，则此现象属于“超距作用”。显然和爱因斯坦的相对论存在矛盾，超距作用的天空又出现了乌云，更近一步的支持了法拉第的观念。二、法拉第的观念19 世纪 30 年代，法拉第提出一种观念，认为在电荷的周围存在着由它产生的电场（electric field ） ，处在电场中的其他电荷受到的作用力就是这个电场给予的。进一步解释，电荷 A 和电荷 B 之间的相互作用力，法拉第认为在 A 电荷周围会存在一种由 A 电荷产生的电场，将 B 电荷放在电场中会受到电场力的作用，同样在 B 电荷周围也会产生电场，将 A 电荷放在由 B 电荷产生的电场中会受到电场力的作用，电荷之间的相互作用力是通
8、过电场来实现的。从而得到（1）电场的基本性质：对放入其中的电荷有力的作用，我们把这种力叫做电场力。学生自学：阅读课本第 10 页回答下面问题：电场是物理学家的一种创造还是一种真实存在的东西？电场是客观存在的，所以说电场是一种物质。1.电场：电场是电荷周围存在的一种特殊物质实体 :由分子或原子组成，看得见，摸得着 物质存在的两种形式场:看不见，摸不着，不以人的感官意识为转移的客观存在既然说电场是一种真实存在的物质，那么我们怎么那么我们怎么确认它的存在呢？我带来了一吹风机，一打开，风出现了，我们怎么来判断风的存在和风的大小呢？学生讨论并现场演示。自然过渡到怎样确定电场的存在，可以在电场中引入试探电
9、荷，并指出试探电荷的要求， （1）电量充分小,（2）体积充分小。试探电荷的作用是通过在电场中引入试探电荷，将电场的性质表现出来。计算如图所示的电场力 qFqF4qF9222333A B Cr 2r 3r+Qq qq q位置 A B C电量电场力电场力电量通过计算可以发现，对电场中的同一点放不同的电荷所受的电场力是不一样的，所以我们要想用电场力来描述电场就有问题，通过计算我们也能发现，对于电场中的同一点，电场力与电量的比值是确定的，所以这个比值一定反应了电场的某种性质，我们把他叫做电场强度，用字母 E 表示。三、电场强度 E1.定义：放入电场中某点的电荷所受的电场力 F 跟它的电荷量 q 的比值
10、，叫做该点的电场强度。表达式：E=F/q2单位3.方向：规定电场中某点正电荷受力的方向为该点场强方向4.意义：（1）它能反映电场的力的性质，与放入的试探电荷无关，由电场本身决定。（2）知道某点场强 E，任意电荷 q 受力：F=qE5.电场强度 E=F/q 与重力加速度 g=G/m 比较问题 1、重力 G 大是否就是重力加速度 g 大？问题 2、电场力 F 大的地方是否 E 就大？问题 3、离地面某一高度没有放物体 m，是否 g 为零？问题 4、假如电场中没有试探电荷 E 是否为零？例:空间存在电场，在电场中的 A 点放入电量为210-9C 的正电荷，电荷受到方向向右大小为 410-4N 的电场
11、力， A 点的场强大小为 ，方向_；若在该点改放电量为 1C 的负电荷，电荷受到的电场力大小为 _ N，方向_；此时 A 点的场强大小为 _V/m；方向_ 如果不在 A 点放电荷，该点的场强大小为_ V/m 小结：电场强度和电场力的对比分析 板书一、电场1、定义：电荷周围存在的特殊物质，具有能量。2、电场的基本性质二、电场强度1、定义2、表达式3、单位4、方向5、试探电荷：电荷量和尺寸必须充分小三、点电荷的电场 电场叠加1、推导：2、适用条件：与库仑定律适用条件一样。3、电场叠加原理4、均匀带电球体四、电场线1、定义：假想2、主要特点切线不闭合不相交同一幅图 疏密3、几种常见电场的电场线五、匀强电场1、定义2、电场线特点
