“电场强度”教学设计

人教版高中物理选修3-1 “电荷及其守恒定律”教学设计

一 教材内容分析

电荷及其守恒定律是高中物理新课标选修3-1（人教版）第一节的内容。本节主要学习电荷的基本概念及电荷守恒定律。同学们在初中阶段就接触了本节知识（自然界只存在两种电荷、电荷间的性质、电荷守恒定律等），因此在高中物理教学中应该在这个基础上加深、提高。知道电荷是电场力这一新性质力的产生条件；了解电荷存在于原子内的微观粒子之中；能够从物体的微观结构上解释摩擦起电、感应起电、接触带电等现象以及电荷守恒定律。

二 教学目标

（一）知识与技能目标

1 知道两种电荷及其性质，知道电荷量、元电荷概念；

2 知道电荷既不能创造，也不能消亡，而是负载于物质的微观粒子之中；

3 了解摩擦起电、感应起电、接触带电三种现象；

4 知道电荷守恒定律，了解人们对电荷守恒定律的新认识。

（二） 过程与方法目标

1 通过了解物质的微观结构，理解自由电荷、导体、绝缘体等概念；

2 能够从微观角度解释摩擦起电、感应带电、接触带电等现象，分析它们的异同；

3 能够从微观角度解释电荷守恒定律。

（三） 情感、态度与价值观目标

1 树立起从微观角度解释宏观现象的思维习惯；

2 培养观察宏观现象的良好品质，并积极思考其本质的“打破沙锅问到底”的质疑与探究精神。

3 通过列表格进行知识点之间的对比总结，从而培养良好的学习习惯。

三 知识重难点分析

（一）重点

电荷守恒定律。

（二） 难点

从微观上解释摩擦起电、感应起电和接触带电的现象，从而理解电荷守恒定律。

四 教学流程设计

（一）引入新课

教师：用未经摩擦的朔料笔头靠近准备好的纸屑，提醒学生仔细观察其现象，并提问：笔头与纸屑之间存在相互作用力吗？是什么力？为什么笔头未能吸起纸屑？

学生：笔头与纸屑之间存在万有引力的作用，但是万有引力小于地球对纸屑的重力，所以笔头未能吸起纸屑。

设计说明：有些学生有可能仅仅观察到表面现象，却不能把握现象后的本质。通过此设计，进一步培养学生科学严谨的思维习惯；同时，也为观察下面现象作铺垫。

教师：用笔头在衣服上用力摩擦几下，然后再把笔头靠近纸屑，提醒学生仔细观察现象，并提问：笔头与纸屑此时存在的相互作用力，是重力吗？是弹力吗？是摩擦力吗？是万有引力吗？

学生：不是。

教师：对，这是一种新的性质力。本章正是要探究这种新的性质力，探究它的产生条件、大小、方向及作用规律。当然，我们也能从力学的角度更好地了解电的性质。本节主要探究该性质力的产生条件，并对这一条件进行分析。

设计说明：这样设计，一方面突出力学的基础性地位，另一方面也符合高中物理教学目标和教学特点。这样的设计，我认为并不会削弱本堂课的教学任务，反而能从更高的角度审视本堂课教学任务，所谓站得高看得远。

（二） 进行新课

教师：摩擦过的笔头能够吸引纸屑一类的现象，古人对之早有记载。它们之所以能够相互吸引，是因为它们存在某种固有属性。16世纪，英国御医吉尔伯特把这种固有属性称为电荷。我们已经知道，世界上只存在两种电荷，至少现在人们还未能发现第三种电荷（与已知两种电荷都吸引或都排斥的第三种电荷，至今没有发现）。这两种电荷是？

板书: 电荷及其守恒定律

一、电荷

正电荷、负电荷（课件上呈现）

学生：正电荷和负电荷。

教师：请同学们补充对正电荷与负电荷的认识。

学生：用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷；用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电荷。同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。（课件上呈现）

设计说明：因为同学们已经了解上面知识内容，所以只需引导学生回顾该内容即可。不必要重做摩擦起电实验，去认识两种电荷及其性质。

教师：很好。现在我们再来做一个实验。用两个小金属棒握在一起（以提问的形式提醒学生注意这是金属棒），然后靠近一个绝缘的带电物体，然后把两个金属棒分开，并分别悬挂于准备好的铁架台上；依次把绝缘带电物体靠近它们，提醒学生仔细观察实验现象。并提问：观察现象后，我们能得出什么结论？（注意与手绝缘措施）

学生：起初靠近绝缘带电物体的金属棒带上了与它相异的电荷；另一个金属板带上了与它相同的电荷。

教师与学生：换上两跟塑料棒，完成上面类似教学。

教师：结合上面两个实验，我们能得出什么结论？

板书：二、三种起电方式：摩擦起电、感应起电、接触带电

学生：金属棒与朔料棒应该具有不同的组成结构。一个是导体，一个是绝缘体。

教师：很好。我们给出物质组成结构模型。用flash课件上展示出物质组成结构模型，并分别呈现导体（金属）和绝缘体的结构模型，给出“自由电子” 概念或模型，并指出两模型的区别。

设计说明：可根据同学实际能力情况，确定“猜测导体与绝缘体的微观结构模型”这一探究活动的探究层次。

教师：原先不带电的两个金属棒靠近带电物体，两金属棒后来分别带上异种电荷，这样的现象称为静电感应。利用静电感应使导体带电，称为感应起电。通过摩擦使绝缘体带上异种电荷，称为摩擦起电。

教师：我们再做一个实验，用一个带电金属小球接触一个悬挂着不带电金属小球，移开后在靠近，观察悬挂小球的运动情况。提问：我们观察到的现象能告诉我们结论。

学生：原先不带电的金属小球带上了与带电小球同种性质的电荷。

教师：带电导体接触不带电导体，从而使之带上了同种电荷，这一现象称为接触带电。

教师：我们探究讨论了三种起电方式。那么，我们能不能从微观上解释感应起电、摩擦起电和接触带电的机理呢？三者有什么异同？

学生：讨论。

教师：听取学生的讨论，并做好适当的引导。适当地时候，用Flash课件模拟摩擦起电、感应起电、接触带电的微观过程。观看后，再请同学们做比较总结。并用如下表格呈现（板书，或课件展示）。

三种起电方式的比较

设计说明：教学时，教师给出表格要比较的内容。具体内容请同学们讨论完成。

教师：引导学生思考讨论接触带电的微观机理时，可以补充分子扩散试验，通过类比告诉同学们：一般地，对于同种材料的导体，电荷分布按导体体积大小比例分布。因为自由电荷服从统计分布的规律。

设计说明：这一教学为下节课探究库仑定律打下理论基础——物体所带电荷量的控制。

教师：现在我们应该知道：不管是哪一种起电方式，实际上就是电子发生了转移，要么从一个物体上转移到另一物体上，要么是从物体的一部分转移到另一部分，在这个过程中，电子总数目有没有变？

学生：没有。

教师：很好。也就说电荷是守恒的。这就是著名的电荷守恒定律：电荷既不能产生，也不能消灭，它只能从一个物体转移到另一物体上，或者从物体的一部分转移到另一部分，在转移的过程中，电荷的总量保持不变。（课件上展示这一内容）。

板书：三、电荷守恒定律

教师：任何理论都要接受时间的考验；同样地，随着人们进一步实践与认识，任何理论的实

际内容都有可能被改写，或者说得到发展与完善。现代物理实验发现：电荷是可以产生的，也是可以消亡的。但是，有这样一个规律，产生时，总是等量异种电荷同时产生；消亡时，总是等量异种电荷同时消灭。也就是说：电荷的总量依然保持不变。我们说：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和总是保持不变。（课件上呈现这一结论）

教师：我们猜测：整个宇宙，电荷的代数和是多少？

学生：零。

教师：我想也是的（不做正确与否的评价，只是提出相同观点，因为这是一个永远也得不到验证的观点，其实这也是一种猜想。但是，猜想对于培养学生的创新能力是非常有帮助的）。从上面分析，我们也非常关心电荷的多少。我们再来回顾一个实验：用丝绸轻轻摩擦玻璃棒若干次，靠近悬挂的带电玻璃棒，观察现象；再用丝绸用力摩擦玻璃棒若干次，靠近悬挂的带电玻璃棒，观察现象。我们看到了什么现象，你能得出怎样的结论？

学生：轻轻的摩擦过玻璃棒对悬挂玻璃棒的作用力小于用力摩擦过的玻璃棒。原因是：前者所带电荷大于后者电荷。

教师：很好。物体所带电荷的多少，称为电荷量。电荷量的单位是库仑，显然我们是用来纪念伟大科学家库仑的（适当地介绍，增添同学们对伟大科学家的敬仰意识），符号为C。电荷量不同，作用力就不同。那么物体所带电荷量与它们之间的作用力有什么样的对应关系呢？这不是我们本节课所要研究的。但是，探究这一关系，是十分重要的。

设计说明：任何概念的提出，都有必要性，要么是实践的需要，要么是理论需要。这样设计有利于同学们对概念的科学认识。当然，这也为下一节课教学做铺垫。

板书：四、电荷量 元电荷

电荷量单位：库仑 （C）.

元电荷量：e=1.6×10-19 C

教师：我们知道：电荷负载于微观粒子上。在历史上很长一段时期我们认为：只有电子带负

电荷、质子带正电荷，它们所带的电荷量相等。它们所带电荷量称为元电荷量，大小为e=1.6×10-19 C。因此，科学家们也认为：任何物体所带电荷量都是元电荷的整数倍。

现代物理实验发现，电子和质子可能都不是最小的微观粒子，更小的微观粒子也可能带电，而且带电的电荷量不再是元电荷的整数倍。高端期刊论文里或一些高等物理书籍中，把电荷量是元电荷的分数情况下的电荷，称为分数电荷。例如 ， ， 等等。尽管如此，我们应该可以预言：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和依然保持不变。

（三）课堂思考题（在课件上展示题目）

思考题一：在好的教材和辅导资料上，我们经常看到：说某一绝缘体小球带电，将可能特别强调它的带电特征，是均匀带电还是非均匀带电；而说某一导体小球带电，则并不强调这一点。试着思考：为什么绝缘体带电，有必要强调它的带电特征；而导体带电，则无需强调它的带电特征呢？

思考题二：分析验电器或静电器的工作原理。

（四）结束新课和布置课后练习

教师：新授课内容，我们到此结束。现在请同学们总结下：你通过这节课，学到些什么？

学生：总结。

课后练习：P5, T2、T3.

五 教学反思

我们并不是简单地重复初中所展示过的实验，而是采用探究性思维展开本节教学内容。例如，我们不是首先给出原子微观结构模型，导体与绝缘体的微观结构上的差异，而是先观察实验现象，通过实验现象对比分析，猜测：导体与绝缘体的微观结构存在差异。当然，在这里，探究层次和深度应该因地制宜，应该以实际教学班级的平均能力为依据去把握探究层次和深度这个度。另外，我们也不强化“电荷守恒定律”这一难点的教学，而是通过有效的Flash课件，学生直观地体会“电荷守恒”，从而有效地化解了教学难点。

电场强度教学设计及课件物理教育 2010-05-05 17:56:34 阅读87 评论1 字号：大中小

高中物理选修3-1 “电场强度”教学设计

【教材】人教版普通高中课程标准实验教科书物理选修3－1第一章第三节 【教学时间】一课时 【教学目标】 一、知识与技能

1．粗略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的形态。 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、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。 【教学用具】多媒体课件 【设计思路】

以“电荷间相互作用如何发生”、“如何描述电场的强弱”两大问题为主线展开，具体操作思路是：

1．学生自学电场，培养学生阅读、汲取信息的能力。

2．通过实验模拟和定量分析的方法探究描述电场强弱的物理量。

3．通过练习巩固加深对电场强度概念的理解，探讨点电荷的电场及场强叠加原理。 【教学设计】

一、复习提问、新课导入（5分钟）

教师：上一节课我们学习了库仑定律，请同学们回忆一下：库仑定律的内容是什么？ 学生回答：略

教师：我们不免会产生这样的疑问：

投影展示问题1：真空中？它们之间相隔一定的距离这种相互作用是如何产生的呢？难道能够不需介质超越空间？

投影展示“探究影响电荷间相互作用力的因素”图片（1．2－1）。

教师：这幅图大家不陌生，那么相同的小球在不同的位置所受作用力不一样，说明了什么？

学生回答：库仑力的大小与距离有关。

教师：其本质原因又是什么呢？（投影展示问题2）

教师：带着这两个疑问，本节课我们一齐来学习第三节电场强度。（板书课题） 二、新课教学（35分钟） （一）电场

教师：请同学们带着以下问题自学“电场”内容。

（1）电荷间的相互作用是如何发生的？这一观点是谁提出来的？ （2）请用自己的语言描述一下什么是电场？ （3）电场有什么本领？

学生自学，师板书“一、电场”。 学生回答：（1）略； 教师：法拉第同学们曾记否？ 学生（集体）回答：电磁感应现象。

教师：法拉第是英国物理学家、化学家，对事物的本质有着非常敏锐的洞察力，在电学上有着突出的贡献。依据法拉第的观点，我们如何描述电荷A、B之间的作用力。

师生共析。 （2）略；

教师启发引导：场是“物质”──它和分子、原子组成的实物一样具有能量、质量和动量，电视机、收音机信号的发射与接受就是电磁场在空间的传播；“特殊”──看不见、摸不着；“存在于电荷周围”并板书。

（电场是）存在于电荷周围的一种特殊的物质。 教师：场与实物是物质存在的两种不同形式。 （3）学生回答：对放入其中的电荷有静电力的作用。 （二）科学探究描述电场强弱的方法 教师：下面我们再来探讨第二个问题。

依次投影问题：①相同的小球在不同的位置所受作用力不一样，其本质原因是什么呢？（对照“探究影响电荷间相互作用力的因素”图片说明）

学生回答：电场强弱不同。 ②那么如何来描述电场的强弱呢？

教师启发：像速度、密度等寻找一个物理量来表示。 ③如何来研究电场？ （学生思考）

教师启发引导：电场的本领是对场中的其他电荷具有作用力，这也是电场的最明显、最基本的特征之一。因此在研究电场的性质时，我们可以从静电力入手。（板书研究方法） 教师：对于像电场这样，看不见，摸不到，但又客观存在的物质，可以根据它表现出来的性质来研究它，这是物理学中常用的研究方法。

教师：还需要什么？

学生回答：电场及放入其中的电荷。

多媒体依次展示，教师简述：①“探究影响电荷间相互作用力的因素”中的试探电荷；②场源电荷。

师生共析对试探电荷的要求。

教师：下面请同学们仔细观察模拟实验的动画演示，并描述你看到的现象说明了什么。多媒体动画模拟：①不同位置偏角不同；②增加试探电荷带电量偏角均增加。

学生回答：不同位置受力不同；同一位置试探电荷带电量增加，受力增大，但不同位置受力大小关系不变。

教师：下面我们再通过表格定量地来看一看：

将表格填完整，并分析、比较表格中的数据有什么特点和规律，看你能否得出如何来描述电场的强弱。多媒体展示表格，学生回答后依次填入：①F1、F2、F3及F1＜F2＜F3；②2F1、3F1、4F1、nF1等。

表二：（P2位置）

表三：（P3位置）

（学生思考并交流讨论） 学生回答：

（1）不同的电荷，即使在电场中的同一点，所受静电力也不同，因而不能直接用试探电荷所受的静电力来表示电场的强弱；

（2）电场中同一点，比值F/q是恒定的，与试探电荷的电荷量无关；（同一张表格） （3）在电场中不同位置比值F/q不同。（三张表格比较）

师生共同小结：比值由电荷q在电场中的位置决定，与电荷q的电荷量大小无关，它才是反映电场性质的物理量。

教师：在物理学中我们定义放入电场中某点的电荷所受的静电力F跟它的电荷量q的比值，叫做该点的电场强度。并板书。

（三）电场强度 1．定义：

教师：以前我们还学过哪些物理量是用比值法来定义的？ 学生回答：略。

教师：从它的定义，电场强度的单位是什么？ 学生回答：N/C

教师介绍另一种单位并板书。 2．单位：N/C或V/m，1N/C＝1V/m

教师结合板画：在电场中不同位置，同种电荷受力方向不同，说明场强是矢量还是标量？

学生（集体）回答：矢量

教师结合板画：电场中同一点放入正电荷和负电荷受力方向不同，如何确定场强的方向呢？

教师：在物理学中作出了这样的规定。（板书）

3．方向：电场中某点电场强度的方向跟正电荷在该点所受静电力的方向相同。

教师：按照这个规定，如果放入电场中的是负电荷呢？ 学生回答：与负电荷在电场中某点所受静电力的方向相反。 投影练习：

练习1（加深对场强的理解，探讨点电荷的场强大小与方向）

点电荷是最简单的场源电荷。设一个点电荷的电荷量为+Q，与之相距为r的A点放一试探电荷，所带电荷量为+q。

（1）试用所学的知识推导A点的场强的大小，并确定场强的方向； （2）若所放试探电荷为-2q，结果如何？ （3）如果移走所放的试探电荷呢？

（请两位同学板演前两问后，共同完成第三问） 师生共同归纳总结：

1．点电荷电场的场强大小与方向。（多媒体动画演示方向的确定方法）

2．电场强度是描述电场（力的）性质的物理量，在静电场中，它不随时间改变。电场中某点的场强完全由电场本身决定，与是否放入电荷，放入电荷的电荷量、电性无关！

辨析和的关系，强调的适用条件。

练习2（探讨场强的叠加，巩固对场强的理解及公式的灵活运用，加强计算能力培养）

如图所示，真空中有两个点电荷Q1＝+3．0×10-8C和Q2＝－3．0×10-8C，它们相距0．1m，A点与两个点电荷的距离r相等，r＝0．1m。求：

（1）电场中A点的场强；

（2）在A点放入电量q＝－1×10-6C，求它受的电场力。 教师：题中场源电荷不止一个，如何来确定电场中某点的场强？ 学生：平行四边形定则 （请两位同学板演）

教师：根据场强的叠加原理对于一个比较大的不能看成点电荷的带电物体产生电场的场强如何确定？

学生思考后回答：无限等分成若干个点电荷。

教师：根据以上方法，同学们设想一下一个半径为R的均匀带电球体（或球壳）外部产生电场的场强，如何求解？

学生思考后回答：等效成电荷量集中于球心的点电荷。 三、小结（多媒体依次投影，并简述）

通过本节课的学习，我们知道电荷间的相互作用是通过电场发生的，电场是存在于电荷周围的一种特殊的物质，它最基本的特征是对放入其中的电荷具有力的作用。正是利用电场的这一特性，我们通过研究试探电荷的所受静电力特点，引入了描述电场强弱的物理量──电场强度。电场强度是用比值法定义的，它是矢量，有方向。

电场、电场强度的概念是电学中最重要的概念之一，它的研究方法和定义方法也是物理学中比较常见的方法。

五、布置作业 教材P16-171、2、7 思考题：

完成课本P173，比较电场强度E＝F/q与重力加速度g＝G/m有什么相同点和不同点 六、教学反思

探究描述电场强弱的物理量是本节课的重难点内容之一，应给学生充分的思考时间，并让学生相互交流讨论，教师还可进行适当启发引导。另外，探究时间很难控制，在内容处理上应做到详略得当，发挥学生的主动性，如对电场及练习题的处理，尽可能由学生完成。

“库仑定律”教学设计

一 教材内容分析

库仑定律是描述真空中两个静止点电荷的作用力大小和方向的规律。从物理学的发展史来看，库伦定律对电磁学来说，起到了里程碑的意义。另外，库伦定律的发现，从力学的研究成果中获得启示，充分体现“类比法”这一重要研究方法在科学研究中的启发性作用。作为高中物理教学，学生也首先接触力学的知识，并获得了初步的探究方法。因此，在教学中“模拟”科学家的探究过程，学生亲身体验“类比法”在学习探究中重要作用，这应该作为一个重要的教学环节。在探究的过程中，体会物理规律的“简单性”和“统一性与多样性的辩证统一”等思想。另外，以“点电荷”概念为核心，进一步提升对物理理想模型的认识。 二 教学目标

（一）知识与技能目标

1、知道库仑定律的内容，了解它的适用条件；

2、理解点电荷是一个重要的理想模型，并且理解什么情况下带电物体可看着点电荷； 3、会运用库仑定律解决实际问题； 4、了解库仑扭秤实验。 （二）过程与方法目标

1、模拟科学家对库仑定律的探究过程，体验类比法这一重要研究方法； 2、从形式与内容双重角度比较库仑定律与万有引力定律。 （三）情感、态度与价值观目标

1、从理论与实验两方面探究库仑定律，体会类比法在科学研究中启发作用，同时养成类比学习的良好习惯；

2、通过比较库伦定律与万有引力定律，领会自然规律的统一性与多样性；

3、进一步体会“观察现象，提出问题，做出猜测，设计实验、验证假设，形成评价、得出结论”的探究过程，领会科学探究精神，形成正确的科学态度和价值观。 三 教学重难点 （一）重点

1、 库仑定律的运用；

2、库仑定律的适用条件的理解； 3、点电荷理想模型的理解。 （二）难点

1、库仑定律的适用条件的理解； 2、点电荷理想模型的理解。 四 教学流程设计 （一）引进新课

教师：上一节课，我们探究一种新的性质力的产生条件，并对这一条件的进行了认识。这个条件就是物体必须带有电荷。我们不问“电荷是什么”的问题，我们只了解“电荷的种类，它们分别以什么为载体，它们有什么样的相互作用规律，为什么提出电荷量概念，它又有什么规律”。请哪位同学回顾以上所涉及到的知识。 学生：回顾。

教师：我们知道了一种新的性质力，以后我们会给它一个称谓，叫电场力，有时我们又根据具体特点给它特设名称：库仑力或静电力。研究一种性质力，除了知道它的产生条件外，我们更为关注的是这种性质力的大小与方向问题。这节课，我们探究两个带电物体之间的电场力的大小与方向问题，特别是它们可被看做点电荷情况下作用规律。为了叙述方便，我们直接称谓它们为库伦力。 （二）进行新课 1 探究库仑定律

教师：通过上节课的实验，我们应该初步体会到，库仑力的大小，大概跟那些因素有关？又会是什么关系呢？

学生：跟两物体的所带电荷量有关，电荷量越大，它们之间的作用力越大；还跟两物体的之间的距离有关，距离越大，作用力越小； 教师：你是怎么体会到，库仑力的大小与它们之间距离的关系的？我们上节课好像没有专门设计这样的实验啊？！

学生：摩擦过的笔头，不是要靠近纸屑才能把它吸引上来吗？

教师：你观察得真仔细，的确有这个现象存在。 那么两个带电物体之间作用力与两个物体的电荷量及它们之间的距离具有怎样的定量关系呢？现在我们来猜测看看。根据同学们观察实验的初步结论，你会把两带电物体的作用力和它们的电荷量以及距离写成一个怎样的数学表达式呢？两物体所带电荷量及它们之间的距离，我们分别用q1 、q2 和r 来表达。 学生：应该有下面关系

设计说明：可能大多数同学会直接给出库仑定律的表达式。这时作为教师，一方面不要否定学生的表达，以免打击同学们的课堂参与积极性；另一方面，教师应该强调：作为一个初探者，当给出某一猜测时，在头脑中都会有初步的理论依据。我们说在科学探究中需要直觉思维，而通过直觉思维获得某一猜测，却往往离不开科学家们扎实的理论功底和深邃的长期思考。所以，这里教师应该引导指出：根据同学们观察实验的初步结论，我们只能够把关系式写成式1 。接着完成以下教学过程。

教师：同学们，先说说（接下来，我们自然会进一步追问）x与y应该有什么关系？有什么理由？

学生：x=y。两带电物体之间的作用力应该遵循牛顿第三定律，两物体之间的作用力与两物体的电荷量的关系应该一样。

教师：很好。这样的推理分析，我们在推导万有引力公式时使用过。那时，我们首先理论分析得到，太阳与行星的之间的万有引力跟行星的质量成正比的关系，然后牛顿根据牛顿第三定律果断地推断：它们之间的万有引力跟太阳的质量也应该成正比关系。

设计说明：根据实际情况，教师做好引导。这正是“类比法”在理论探究中的思维过程的典型例子。

教师：作为一个初探者，同学们希望x和y等于多少？ 学生：等于1。

教师：对，这是我们最希望的。我们的科学家最初探究时，也是这样猜测的。因为我们总是信仰“自然规律是简单的”。那到底是不是这样的关系呢？接下来我们应该怎么做？ 学生：设计实验验证它。

教师：你的实验设计思路（原理）怎样？ 学生：（思考讨论）保持两带电物体之间的距离不变，改变其中一个物体的带电量，测定两物体之间的作用力与其变化关系是否满足正比例关系。

教师：很好！同学们已经领会了“分离变量法”在实验探究思想，知道：研究两带电物体的作用力与电量的关系时，应该保持带电物体之间的距离不变。接下来，我们猜测距离那个指数是什么？ 学生：是2。

设计说明：可能学生不敢猜测这个数。这时教师可以引导：1、当然，我依然希望 ，这是最简单的。2、同时，科学家们也信仰“自然界的规律是统一的”，即认为自然界的所有规律都

是由某一最根本的规律支配着。科学家总是为之努力着，例如，牛顿之所以发现万有引力规律，这与他坚信地下的运动规律与天上的运动规律是一致的可能有着重要关系。现在依然有不少科学家在追求所谓“大统一理论”而执着追求着。但不管作出何种猜测，最终都应该用实验来验证。

教师：对，当时的著名物理学家卡文迪许等科学家就这样猜测。他们也有这种信仰：两带电物体之间的作用力与两物体之间的万有引力，在形式上可能具有相似性。那么实际上会是2吗？接下来我们应该怎么做？

学生：设计实验验证。设计的思路（原理）是：保持两带电物体的电荷量不变，改变它们之间的距离，测定两物体之间的作用力与距离（或者距离的平方）是否成反比关系。 教师：很好，我们有了设计实验的思路（原理），接下来就设计具体的实验方案来验证它。现在摆在我们面前的是：我们还没有度量电荷量的实验器具，那么我们怎样去度量电荷量的变化关系呢？ 学生：先采用感应起电的办法使金属小球带上一定电荷，然后再用相同的不带电金属小球接触它，这样它的电荷量就变成原来的一半。如此下去，我们能得到q 、q/2 、q/4 等不同电荷量关系。

设计说明：库仑发现这个关系，应该说艰难的，具有偶然性。因此我们在上一节中分析接触带电时，有意埋下伏笔。

教师：我们利用了接触带电的带电方法，以便建立电荷量之间的关系。实验上的重要难题已经克服了，其它实验问题应该都不难克服了。显然，我们实验方案可以多种多样，每一个人都可以设计出自己的实验方案，有兴趣的同学可以课后去试试。这里老师给出一种实验方案（引用第七届全国中学物理青年教师教学大赛高中赛组江西南昌一中余龙的《电荷、库仑定律》）。讲解实验原理并演示实验，请学生记录相关实验数据。由学生从实验数据中获得实验结果。

实验方案说明：教师应该事先准备好实验器材，并按图示实验原理图安装好实验装置。并分析实验原理。

2 分析库仑定律内容

教师：我们已经得到：两个带电物体之间的作用力，与它们所带电荷量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比。据此，是不是说：两个带电小球靠得非常近，例如距离接近零，那么他们之间的作用力将无穷大？我们做实验看看，带电小球有相互作用力吗？可能是无穷大吗？

学生：有相互作用力，但作用力不是无穷大。

教师：这说明，我们得出的结论是初步的，为了得到逻辑严密，描述精确的物理规律，我们

还必须用我们人类聪明的大脑，凭借智慧才能把它描述出来。阅读教材，库仑定律的内容是怎样叙述的。请你画出你认为非常关键的字眼。 学生：阅读并画关键词。

教师：你画出的关键词汇有哪些？ 学生：真空、静止、点电荷。

教师：也就是说，我们所表达的 数学关系，是有条件的。任何规律的成立，都有其成立的特定条件。所以，在以后使用这些规律分析问题时，千万要注意：所研究问题是否与所使用规律的条件相符。现在我们来分析这些条件。

真空：我们的大气中存在大量的气体物质和物质颗粒，而且还有不少自由带电微粒的存在。它们几乎都在做无规则的运动着，自然对我们所研究的带电物体的作用力有影响。所以我们把这些排开在外。但是，一般境况下，这些因素的影响很小。所以在空气中，我们依然使用 近似处理。

静止：与运动相对。运动着的电荷难道会影响它们之间的相互作用？关于此，科学家们也不是很快才弄明白的。同学们，当你们学习逐渐深入，你们会明白其中原因的。不要等到上大学，在高二阶段，你们就会明白。然而，其中一个电荷静止，另外一个电荷运动，我们依然可以使用库仑定律近似处理。 点电荷：这个请同学们来分析。

学生：分析两个带电物体的相互作用时，如果它们的形状大小对此影响很小，也就是库仑定律公式能够近似处理，那么这两个物体就可以认为是点电荷。

教师：也就是说，点电荷也是一种理想化的物理模型。一般情况下，带电物体的大小与它们之间的距离比较起来，可以忽略不计，此时物体就可以看作点电荷。 3 库仑的实验（学生自学，观看相关实验教学视频）

教师：上节课我们介绍库仑时，知道了库仑在材料方面颇有建树，他就是利用材料学的相关原理制作了他的扭称装置来验证库仑定律的。观察这个装置，我们应该发现，库仑已经注意到减小空气方面的影响。同学们，物理是一门实验科学，任何规律都应该经得起实验的考验。然而物理学的发展更离不开我们人类那聪明的大脑，离不开我们的智慧。同学们，请热爱我们的物理学吧，学习物理，我们不企图通过它获得谋生的技能，而是通过它开启我们的大脑，挖取我们的潜能，启迪我们的智慧。

设计说明：当今很多学生讨厌物理，根本原因是受社会上的“实用主义”的影响。确实，随着自动化、智能化、信息化的深入，通过简单的高中物理知识获得谋生的技能简直是妄想。所以，作为中学物理教师，首先应该摆脱“实用主义”的影响，充分认识到学习高中物理启迪思维的重要作用。据此，我们老师最容易陷入的误区就是：学习物理知识就是为了“做题”，特别是应付高考。如果这样，我们教出来的学生，将不会真正地热爱物理这门学科的。 4 举例：

例1 两个带同种电荷的金属小球，它们的电荷量分别为 q1、q2 ，如果两金属小球的半径大小相对于它们之间的距离 r不可忽略不计，那么它们之间的实际库仑力大小可能

A、 B 、

C、

D、条件不足、无法确定

设计说明：1、进一步理解库仑定律适用条件；2、进一步理解导体、绝缘体、自由电荷等概念，特别是领会导体、绝缘体的微观结构；3、引导学生做变式训练。如：带异种电荷的金属小球；均匀带电的玻璃小球。 例2 3 分析教材上的两个例题。

设计说明：例2，揭示了万有引力与库仑力在原子内质子与电子之间的作用力的大小关系，其实也揭示了两个重要规律的多样性一面；例3，说明了库仑力这种新性质力遵循力学规律（平行四边形法则），而且暗示，它遵循所有力学规律（如牛顿运动三定律、动能定理等），另外这个例题也为讨论电场强度概念埋下伏笔，学生通过此可以更加容易的接受电场强度的叠加原理。

（三）结束新课

教师：通过这节课，你学到了些什么？ 学生：谈自己的学习体会。 （二）第二课时 电场线 1 新课引入

教师：上节课，通过芳香场的类比方法，很好地帮助了我们理解电场及其有关性质。请同学们回顾上节课内容，完成下面填空或问题。 1 电场是一种看不到也摸不着的特殊物质；

2 电场强度是描述电场性质的物理量，由电场本身性质决定，与检验电荷受到的电场力无关，与检验电荷的电荷量无关；

3 电场强度是矢量（填矢量或标量），大小为 E=F/q（定义式）；电场中某点的电场强度的方向跟放入该点的正电荷所受到的电场力的方向相同；

4 点电荷的电场强度大小为E=kQ/r^2 ，方向又如何？

5 多个点电荷的产生的电场中某点的电场强度为各个点电荷在该点产生的电场的电场强度的矢量和。

学生：回顾。

教师：电场是一种看不到也摸不着的特殊物质。这是一个非常抽象的物理观点，最初有些科学家对此都很难接受理解。为此，电场观念创始人法拉第发明了一套直观形象方法，帮助我们对电场及其性质的理解。这一方法就是电场线方法。接下来我们探究学习这一方法，及其性质。

2 进入新课

板书 一 电场线的定义及其性质

教师：我们阅读以下教材内容，了解法拉第给出的电场线的定义。

学生：阅读。

教师：请同学们结合这个定义，在草稿纸上分别画出正点电荷和负电荷所产生电场的电场线。注意画图时力争对称美观。

学生：操作。

教师：点评分析同学们的练习。从同学们“作品”中选出最美观的一副，并引导同学们观察，从中我们能得出什么结论。

学生：思考。

设计说明：这个环节要探究完成下面结论：（1）电场线从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷；（2）在同一幅图中（这需要强调说明，并给出理由），电场线较大的地方，电场线交密，电场线较小的地方电场线交疏。

教师：实际上，上面第二条结论，对电场强度大小的描述，加上对电场强度方向的描述，才是电场线完整的定义。所以，以后我们要用电场线直观形象地描绘某一电场的电场强度大小和方向时，就要认真仔细，尽量根据电场强度的大小按相同比例地画出电场线的疏密程度，也注意准确描绘出电场线的方向。

板书：二 等量异号电荷的电场线

教师：我们已经正电荷或负点电荷的电场线，那么两个等量异种电荷电场线又如何呢？请同学们在草稿纸上画出。 学生：操作

教师：给出课本上的电子图片，引导学生注意以下几个要点：（1）两电荷的连线上，电场强度先变小后变大，方向由正电荷指向负电荷；（2）两电荷的连线的中垂线上，电场强度的方向相同，从两线交点至无限远，大小越来越小；（3）与连线或中垂线为轴对称的任何两点的电场强度大小相等。（除上面要点外，还请同学们注意图片箭头的所组成的形状特征——为等势面。特别指出，虽是点到为止，意在留下深刻影响。）

学生：在教师引导线观察电场线的特征。

板书：三 等量同种电荷的电场线

教师：那么等量同种电荷的电场线呢？（以正电荷为例）也请同学们在草稿纸上试着画出。

学生：操作

教师：给出课本上的电子图片，引导学生注意以下几个要点：（1）两电荷的连线上电场强度先变小后变大，中心处电荷为零，方向在中心处发上改变（与等量异种电荷电场线比较：电场强度有最小值，当不是零；方向也不发生变化）；（2）两电荷的连线的中垂线上，从两线交点至无限远，电场强度先变大后变小，方向分别指向无限远（也注意比较）；（3）与连线或中垂线为轴对称的任何两点的电场强度大小相等（除上面要点外，还请同学们注意图片箭头的所组成的形状特征——为等势面。特别指出，虽是点到为止，意在留下深刻影响）。

学生：在教师引导下观察。

教师：那么如果是两个负电荷呢？

学生：电场线分布特征完全一样，就是方向在相应的地方发生改变。

教师：有些电场是由多个点电荷，甚至是面电荷，体电荷激发的。用电场线所描绘电场强度，是“合”电场强度，而不是某个点电荷的电场强度。也就是说，任何电场的任何一个点的电场强度都是唯一的。根据这一点，我们又可以得出电场线的一个很重要的性质，这条性质是？

学生：思考（可作答也可不作答）

教师：（数秒后）电场线在电场中不相交。

教师：电场线还有几条很重要的性质，我们这里先不给出。等我们学习进一步深入，我们会慢慢地接触到。那时，同学们一定要做好汇总，写到你的笔记本上去。这是很重要的学习方法之一哦。

板书：四 匀强电场

教师：如果电场各点的电场强度的大小相等，方向相同，这个电场就叫做匀强电场。请同学们根据电场线的定义，画出匀强电场的电场线。

学生：操作。

教师：匀强电场也是一种理想化的模型，什么样的场源能近似产生匀强电场呢？显然，少数几个分离的点电荷是不可能产生的，那么我们提到的面电荷可不可以呢？

学生：思考，不必作答。

教师：给出如右图，并引导同学们观察，并分析其特征。

3 课堂思考题

思考题1 一条电场线能描述出电场强度大小吗？

思考题2 辨析：某一带电物体在某一电场的作用下，从静止开始运动起来，物体的运动轨迹与电场线必定重合。

4 课堂总结，结束新课

教师：同学们，通过这节课，你学到了些什么？

学生：叙述自己的收获。

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