高中物理人教版 (2019)必修 第三册电场电场强度教学设计

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册电场电场强度教学设计，共12页。教案主要包含了物理观念，科学思维（模型建构，科学探究，科学态度与责任（科学本质等内容，欢迎下载使用。
一、物理观念（物质观念、相互作用观念、能量观念）
1. 理解电场的本质：知道电场是电荷周围客观存在的一种特殊物质形态，电荷间的相互作用通过电场实现，深化对物质存在形式的认识。
2. 掌握电场强度的物理意义：理解电场强度是描述电场强弱和方向的物理量，明确其定义式E=F/q的本质（比值定义法），认识电场强度与试探电荷无关，由电场本身决定。
3. 理解点电荷电场与电场叠加原理：能运用公式E=kQ/r²计算点电荷产生的电场强度，掌握电场强度叠加的矢量性，理解多电荷系统中电场强度的合成方法。
4. 认识电场线的特征：理解电场线是描述电场分布的虚拟工具，能通过电场线的疏密判断电场强弱，通过切线方向确定电场方向，辨析匀强电场与非匀强电场的区别。
二、科学思维（模型建构、科学推理、质疑创新)
1. 模型建构能力：通过类比法（如重力场）建立电场模型，理解试探电荷与场源电荷的区分，培养抽象物理模型的能力。
2. 逻辑推理与论证：推导电场强度定义式时，理解“比值定义”的物理方法（如速度、密度等），分析电场强度与电场力的因果关系（F=qE的反向应用）。
3. 空间想象与图像分析：能够基于电场线分布，推断电场强度、电势的变化趋势，辨析电场线疏密与场强大小的对应关系。
4. 质疑与批判性思维：通过辨析“电场强度与电荷量成反比”等常见误区，理解物理概念的本质，培养严谨的科学推理态度。
三、科学探究（实验设计、数据分析、现象解释）
1. 实验探究电场特性：通过实验（如平行板电容器、静电感应现象）感知电场的存在，尝试用试探电荷受力分析电场强弱。
2. 数据分析与结论归纳：利用实验数据（如F/q比值不变性）验证电场强度的客观性，理解定义式的实验基础。
3. 问题驱动探究：设计问题情境（如多电荷系统电场分布），运用叠加原理与矢量合成方法解决实际问题，培养工程思维。
四、科学态度与责任（科学本质、探索精神、STSE关联
1. 科学本质认知：认同电场作为物质存在的客观性，理解科学理论基于实验与逻辑构建的过程（如电场线的虚拟性与电场的真实性）。
2. 探索与创新精神：通过电场概念的发展史（如法拉第的贡献），激发对电磁现象的好奇心，培养敢于质疑、勇于探究的科学精神。
3. 社会责任意识：联系电场在现代科技中的应用（如静电除尘、粒子加速器），认识物理知识对社会发展的价值，树立科学服务于社会的责任感。
重难点：
重点(体现物理观念、科学思维)：电场强度的定义及物理意义 (比值定义法，矢量性)；点电荷场强公式的理解与应用；电场叠加原理的应用；电场线的物理意义和基本性质。
难点(体现科学思维、模型建构)：深刻理解“易”的物质性：电场强度定义式中q是试探电荷且与F 无关 电场强度的矢量性及叠加原理的头量运算：利用电场线空间想象和分析电场分布。
自主学习（带着问题研读教材）：
问1、点电荷、元电荷、比荷、试探电荷、场源电荷有何异同？
问2、阅读并回忆教材P6“问题”中的演示实验，思考如下问题：
A.带电小球处于谁产生的电场中?
B.同一带电小球受到的静电力大小与什么因素有关?
C.电荷量不同的小球在同一位置受到的静电力大小相同吗？
问3、电场的性质是什么？什么是电场强度？电场强度的方向是如何规定的？计算电场强度的公式主要有哪些？它们的适用条件是什么？电场强度的决定因素是什么？？
问4、如何理解电场强度的叠加？
自我诊断找差距：
1.下列关于电场的说法不正确的是 ( )
A.电场并不存在，是人们想象出来的
B.电场是一种客观存在的物质
C.电荷之间通过电场相互作用
D.电场的基本特性是对放入其中的电荷有力的作用
2.将一电荷量为q的试探电荷放置在电场中的某点，受到的静电力为 F.下列说法正确的是 ( )
A.该点的电场强度大小为F/q
B.若将试探电荷的电荷量加倍，该点的电场强度大小变为2F/q
C.若将试探电荷的电荷量变为-q，该点的电场强度的方向反向
D.若将试探电荷移走，该点的电场强度变为0
3.下列关于点电荷的场强公式 E=kQr2的几种不同的理解，正确的是( )
A.只要带电体电荷量为Q，在距离r处激发的电场都能用此公式计算场强 E
B.在以点电荷Q为中心、r为半径的球面上，各处的场强 E 大小相等
C.当距离r→0时,场强E→∞;当距离r→∞时,场强E→0
D.在点电荷Q产生的电场中，各点的场强方向一定是背向点电荷Q
4.(多选)如图所示，真空中A、B、C、D四点共线且间距相等。先在A点固定一点电荷，电荷量为+Q，测得 B 点电场强度大小为E，若再将另一等量异种点电荷放在D 点，则
A. B点电场强度大小为 54E
B. C点电场强度大小为 34E
C. B点电场强度方向向右
D. C点电场强度方向向左
5.(多选)如图所示，空间中的A点固定一个带负电、电荷量为Q1 的点电荷，B点固定一个带正电、电荷量为 Q2 的点电荷，P点为AB上方的一点，且AP⊥BP.关于P点的电场方向，下列说法正确的是 ( )
A. P点的电场可能沿着图中的E1方向
B. P点的电场可能沿着图中的E2方向
C.如果 P点的电场方向与AB平行，且APkQ4R2 D.E4=kQ4R2
例5.如图，水平面上有一所带电荷量为+Q的均匀带电圆环，其圆心为O，O点正上方h处有一点P，P和圆环上任一点的连线与圆环面的夹角均为θ.已知静电力常量为k，则 P 点场强大小为 ( )
A.kQcsθh2 B.kQcs3θh2
C.kQsinθh2 D.kQsin3θh2
例6.如图所示，边长为 L 的正六边形ABCDEF除BC外的5条边上分别放置5 根长度也为L的相同绝缘细棒.每根细棒均匀带上正电.现将电荷量为+Q的点电荷置于 BC 的中点，此时正六边形几何中心O 点的场强为零.若移走点电荷及AB 边上的细棒，则O 点的场强大小为(静电力常量为k，不考虑绝缘细棒及点电荷之间的相互影响) ( )
A. kQL2 B.4kQ3L2 C.2kQ3L2 D.43kQ3L2
二、巩固练
A组 夯实基础
1.电场是一种看不见、摸不着的物质，人们却可以根据它所表现出来的性质来认识它，研究它，试探电荷是研究电场的重要工具。在电场中的某点引入试探电荷X，测得X所受电场力为F，下列说法正确的是 ( )
A.该点的电场强度方向与X 所受电场力的方向一定相同
B.移走X，该点的电场强度变为零
C.该点的电场强度大小等于 F 与X 的电荷量绝对值的比值
D.该点的电场强度与X的电荷量成反比
2.在真空中,电荷量为q1的点电荷A产生的电场中有一点P,当在P点放入电荷量为q2(q2>0)的试探电荷B时,它受到的电场力为F,则下列说法正确的是( )
A.P点的场强大小为E=Fq2,方向与F相同
B.若A不放电,移去B,P点的场强大小为E=Fq1
C.若将B的电荷量变为-q2,则B所受的电场力变为-2F
D.若将A的电荷量变为-q1,P点的场强大小和方向均不变
3.均匀带电的球壳在球外产生的电场可看作电荷集中于球心处产生的电场。如图所示,整个球面上均匀分布着正电荷,总电荷量为q,半径为R。在通过球心O的轴线上有M、N两点,且OM=L,ON=2L。若M点的电场强度大小为E,则N点的电场强度大小为( )
A.E C.2E
4.如图所示，四个点电荷所带电荷量的绝对值均为Q，分别固定在正方形的四个顶点上，正方形边长为a，则正方形两条对角线交点处的电场强度( )
A.大小为 22kQa2,方向竖直向上
B.大小为 22kQa2,方向竖直向下
C.大小为 42kQa2,方向竖直向上
D.大小为 42kQa2,方向竖直向下
5.如图所示,以O点为圆心的圆周上有六个等分点a、b、c、d、e、f,等量正、负点电荷分别放置在a、d两点时,圆心O点的电场强度大小为E,现仅将放于a点的正点电荷改放于其他等分点上,使O点的电场强度改变,则下列说法正确的是( )
A.移至f点时,O点的电场强度大小为32E,沿Oe方向
B.移至f点时,O点的电场强度大小为3E,沿Oe方向
C.移至e点时,O点的电场强度大小为E2,沿Oc方向
D.移至e点时,O点的电场强度大小为E,沿Oc方向
6.如图所示，在点电荷+q的电场中，放着一块带有一定电荷量且电荷均匀分布的绝缘矩形薄板，MN为其对称轴，O点为其几何中心.点电荷+q与a、O、b之间的距离分别为d、2d、3d.已知a点的电场强度为零，静电力常量为k，则b点的电场强度大小和方向分别为 ( )
A.kqd2，水平向右 B.kqd2，水平向左
C.10kq9d2,水平向左 D.kq9d2,水平向左
7.(多选题)如图所示,真空中半径为r的圆周上有A、B、C三点,AB为直径,O为圆心,∠ABC=30°。在A、B两点分别固定电荷量为+Q和+3Q的点电荷,已知静电力常量为k,则( )
A.O点的电场强度大小为E1=kQr2
B.O点的电场强度大小为E1=2kQr2
C.C点的电场强度大小为E2=2kQr2
D.C点的电场强度大小为E2=2kQr2
B组 素养提升
8.(多选)如图，真空中三个点电荷固定在同一直线上，电荷量分别为Q₁、Q₂、Q₃，P 点和三个点电荷的连线与点电荷所在直线的夹角分别为90°、60°和30°。P处的电场强度为零， Q2=+qq0),则( )
A.Q3=-3q B.Q3=-3q
C.Q1=-3q4 D.Q1=-3q2
9.如图所示，BAC为均匀带正电的细圆弧，其中O 为圆弧的圆心，弧AB、AC的长度均为圆弧周长的 13弧BAC 在O点产生的电场强度大小为 E.则弧AB 在O 点产生的电场强度大小为 ( )
A. E/2 B.32EC. ED.2E
10.如图所示,真空中的正三棱柱ABC-A'B'C',在A点固定一个电荷量为+Q的点电荷,C点固定一个电荷量为-Q的点电荷,已知AC=AA'=L,静电力常量为k,则B'点的电场强度大小为( )
A.2kQ4L2 B.2kQ2L2 C.3kQ4L2 D.3kQ2L2
11.如图所示，在竖直放置的光滑半圆弧绝缘细管(管径忽略不计)的圆心O 处固定一点电荷，将质量为m，带电荷量为+q的小球从圆弧管的水平直径端点A 由静止释放，小球沿细管滑到最低点B时，对管壁恰好无压力，则固定于圆心处的点电荷在AB=中点处的电场强度大小为( )
A.3mgq B.mgq C.2mgq D.4mgq
12.如图所示，真空中正方体的a、c、f三个顶点处固定着三个点电荷，电荷量均为+q。已知正方体的边长为l，若只在顶点f处固定一个点电荷，电荷量为 +q，在顶点b处的电场强度大小为 E₀，已知静电力常量为k，那么三个点电荷在顶点 b 处产生的电场强度矢量和的大小为 ( )
A. E₀ B.3E0 C.2kql2 D.3kq3l2
13.图所示,两根均匀带电的等长绝缘棒AB和AC的端点(A点)靠在一起,两棒的夹角α=60°。它们的中垂线的交点为O,A、B、C在同一竖直面内,B、C的连线水平,AB、AC棒所带的电荷量均为+q(q>0),下列说法正确的是( )
A.此时O点的电场方向竖直向上
B.将AB棒拿走,O点的电场强度变小
C.将AC棒拿走,O点的电场强度大小不变
D.若在BC处放置一与AB棒完全相同(带相同的电荷量)的绝缘棒,则O点的电场强度变为原来的2倍
14.(多选题)半径为R的绝缘细圆环固定在图示位置,圆心位于O点,环上均匀分布着电荷量为Q的正电荷。点A、B、C将圆环三等分,取走A、B处两段弧长均为ΔL的极小圆弧后,O点的电场强度大小为E。将一点电荷q置于OC延长线上距C点为2R的D点,圆环上剩余电荷分布不变,O点的电场强度大小刚好为3E。则q可能为( )
A.正电荷,q=9QΔL2πR B.正电荷,q=9QΔLπR
C.负电荷,q=9QΔLπR D.负电荷,q=18QΔLπR
15.如图所示,半径为R的金属圆环固定在竖直平面内,金属环均匀带电,带电荷量为+Q,一长为L=2R的绝缘细线一端固定在圆环最高点,另一端连接一质量为m、带电荷量为q(未知)的金属小球(可视为质点)。稳定时带电金属小球在过圆心且垂直圆环平面的轴上的P点处于平衡状态,点P'(图中未画出)是点P关于圆心O对称的点。已知静电力常量为k,重力加速度为g。求:
(1)金属带电小球的电荷量;
(2)P'点的场强大小。
教学反思：
第3讲 电场 电场强度参考答案
自主学习（带着问题研读教材）：
问1、物理学上把本身的线度比相互之间的距离小得多的带电体叫做点电荷，点电荷是只有电荷量，没有大小、形状的理想化模型，类似于力学中的质点，实际中并不存在。带电体能否看成点电荷视具体问题而定，不能单凭它的大小和形状下结论，点电荷只是不考虑带电体的大小和形状及电荷分布状况，仍是带电体，其电荷量可以很大，也可以很小，且一定是元电荷的整数倍；元电荷：元电荷是最小的电荷量，用e表示，所有带电体的电荷量一定是e的整数倍。计算中可取 e=1.60×10-19C，这就是说电荷量是不能连续变化的物理量，电荷量的这种只能取分立的、不连续值的性质，称为电荷的量子化。元电荷不是实际的粒子，没有正、负之分；虽然电子和质子的电荷量为一个元电荷，但元电荷不等同于电子和质子，电子和质子是实实在在的粒子；比荷：带电体的电荷量和质量的比值，叫作比荷。比荷是带电微观粒子的基本参量之一，测定比荷是研究带电粒子和物质结构的重要方法；电荷量和体积都很小的点电荷常叫作试探电荷；激发电场的带电体所带的电荷叫作场源电荷，或源电荷。
问2、带电小球处于C所产生的电场中；同一带电小球受到的静电力大小与小球所处的位置及场源电荷有关；电荷量不同的小球在同一位置受到的静电力大小不相同。
问3、电场的基本性质是①对放入电场中的电荷有力的作用；②能使放入电场中的导体产生静电感应现象；在电场中某一点，试探电荷在该点所受静电力与其所带电荷量的比值是一个与试探电荷无关的量，于是将放入电场中某点的电荷所受静电力跟它的电荷量的比值定义为该点的电场强度，用E表示；电场中某点的场强方向跟正电荷在该点所受电场力的方向相同，负电荷在电场中某点所受电场力的方向跟该点的场强方向相反；
电场强度的决定因素是电场中的位置及场源电荷。
问4、当空间某一区域同时存在两个或两个以上的电场(由各自独立的场源电荷所激发)时，空间中某点的电场强度E应该是这几个电场在该点叠加而产生的，等于各电场单独在该点的场强的矢量和.分析计算合场强的过程称为电场的合成(叠加)。计算方法遵循平行四边形定则。
自我诊断找差距：
1.A 2.A 3.B 4.AC 5.AC 6.D 7.ACD
精讲精练补短板：
一、题型剖析
１. 点电荷电场强度的叠加
例1.B 例2.B
2. 非点电荷电场强度的计算
例3.D 例4.AC 例5.D 例6.D
二、巩固练
A组 夯实基础
1.C 2.A 3.B 4.D 5.C 6.C 7.BC
B组 素养提升
8.BC 9.C 10.A 11.A 12.B 13.C 14.BD
9. 解析 (1)设细线与圆环最高点处半径的夹角为θ,由几何关系得cs θ=RL=12,可得θ=60°
设每一极小段带电荷量为Δq,Δq在P点处产生电场的水平分量大小为kΔqL2 sin θ=ΔE,
则P点处电场强度大小为EP=∑ΔE=∑kΔqL2 sin θ,其中∑Δq=Q
由以上联立解得EP=3kQ8R2
对金属带电小球,可得qEP=mg tan θ
解得金属带电小球的电荷量q=8mgR2kQ
(2)设r为P、P'两点之间的距离,由几何关系得r=23R
带电金属小球在P'处产生的场强大小为E1=kqr2,方向水平向左
由此可得E1=kqr2=k8mgR2kQ(23R)2=2mg3Q
根据对称性可知,带电金属环在P'点产生的场强大小为EP'=3kQ8R2,方向水平向左
则P'点的场强大小为E=EP'+E1=3kQ8R2+2mg3Q
公式
适用范围
定义式： E=Fq
任何电场. E的大小以及方向与检验电荷的电荷量大小、是否存在都无关
决定式： E=kQr²
真空中的点电荷. Q为场源电荷的电荷量，r为所研究点到场源电荷的距离