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2019-2020年滬科版物理高二上8-B《電荷的相互作用 電場》教案1 一、 教學(xué)任務(wù)分析 本節(jié)內(nèi)容屬于電場的基礎(chǔ)知識，也是“場”的起點知識。其中關(guān)于“電場”的概念、規(guī)律與研究方法不僅本身是電場的核心內(nèi)容，而且也是以后學(xué)習(xí)理解磁場等其他場的基礎(chǔ)。 學(xué)習(xí)本設(shè)計內(nèi)容需要以力的知識、初中靜電的相關(guān)知識等為基礎(chǔ)。 本設(shè)計從定性探究實驗入手，通過創(chuàng)設(shè)情景、設(shè)問和探究性實驗，定性得到電荷間的相互作用力的規(guī)律及影響其大小的相關(guān)因素；然后通過對電荷間的相互作用力產(chǎn)生原因的思考、相關(guān)物理史實的介紹，建立電場的概念。為形象描述電場的強(qiáng)弱，利用電場對電荷的作用進(jìn)行探究，通過用圖線的方法來描述這種作用效果，從而建立電場線的概念，并學(xué)會使用電場線形象地描述電場的強(qiáng)弱。為進(jìn)一步精確描述電場的強(qiáng)弱，繼續(xù)由電場力入手，通過比值定義的方法建立了電場強(qiáng)度的概念。最后通過電場強(qiáng)度與電場力的比較，深入理解本設(shè)計所涉及的各重要概念。 通過對電場強(qiáng)弱的兩種描述方法的學(xué)習(xí)，使學(xué)生學(xué)會正確描繪客觀世界的方法，從形象粗略描述到精確逐點描述，感受人類對未知事物循序漸進(jìn)、由淺入深的認(rèn)知過程。在建立點電荷、電場線、電場強(qiáng)度等概念時，感受到物理概念的建立不是憑空的，而是以客觀事實為基礎(chǔ)，抓住事實的本質(zhì)，通過科學(xué)的抽象、理想化和數(shù)學(xué)方法等歸納得出。在學(xué)習(xí)“場”的概念的過程中，從實驗到物理史實的介紹，讓學(xué)生從客觀、主觀兩方面真切感受到這種特殊物質(zhì)的存在，感受到研究事物不能僅憑感官，還需依靠邏輯推理、分析判斷、實驗驗證等多種方法，從而建立辯證唯物主義的物質(zhì)觀。 二、教學(xué)目標(biāo) 1．知識與技能 (1) 知道點電荷，知道點電荷是一個理想模型。 (2) 理解電荷間的相互作用，知道靜電力大小與哪些因素有關(guān)。 (3) 知道電場；知道電荷間的相互作用是通過電場發(fā)生的。 (4) 理解電場線，知道電場線可以形象地表示電場的強(qiáng)弱和方向。 (5) 理解電場強(qiáng)度的概念及其定義式，知道電場強(qiáng)度是描述電場力的性質(zhì)的物理量。 2．過程與方法 (1) 通過點電荷概念的建立，感受理想化方法；通過電場線的學(xué)習(xí)，認(rèn)識物理建模的方法。 (2) 通過對電場強(qiáng)度的學(xué)習(xí)，感受科學(xué)的抽象、理想化、數(shù)學(xué)方法和歸納等科學(xué)方法。 (3) 通過尋找合適的物理量描述電場強(qiáng)弱的過程，進(jìn)一步認(rèn)識比值定義物理量的方法。 3．情感、態(tài)度與價值觀 通過對電場的學(xué)習(xí)，知道場也是一種物質(zhì)的存在形式，建立辯證唯物主義的物質(zhì)觀。 三、教學(xué)重點與難點 重點：電荷間相互作用力的大小與哪些因素有關(guān)，能用電場線和電場強(qiáng)度描繪電場。 難點：電場概念和電場強(qiáng)度概念的建立。 四、教學(xué)資源 1、器材：金屬球、鋁箔球（或通草球）、范德格拉夫起電器、絲綢、玻璃棒、鐵架臺、電場線投影器（或驗電羽）、實物展示臺。 2、課件：點電荷電場的電場線分布圖；電場強(qiáng)度概念的建立的課件。 3、錄像：電場在生活中的應(yīng)用。 五、教學(xué)設(shè)計思路 本設(shè)計的內(nèi)容包括四個方面：一是定性探究影響電荷間相互作用力大小的因素，二是建立電場的概念，三是學(xué)會用電場線來形象描述電場的強(qiáng)弱，四是利用比值定義法建立電場強(qiáng)度的概念來精確地描述電場的強(qiáng)弱。 本設(shè)計的基本思路是：從定性探究實驗入手，先研究影響電荷間相互作用力大小的因素；然后從電荷相互作用的原因引出電場概念的建立。學(xué)生第一次接觸場的概念，對這類特殊物質(zhì)幾乎沒有任何認(rèn)識，如何正確描繪場這類不可見物質(zhì)更是從來沒有接觸過的知識，因此為降低學(xué)生對抽象事物的認(rèn)知困難，對電場的描述分為形象粗略描述和精確逐點描述兩個層次。為形象描述電場的強(qiáng)弱，仍利用電場對電荷的作用進(jìn)行探究，由實驗圖像抽象成了簡潔明了的電場線；為進(jìn)一步精確描述電場的強(qiáng)弱，繼續(xù)由電場力入手，通過比值定義法建立了電場強(qiáng)度的概念。最后通過電場強(qiáng)度與電場力的比較，深入理解本設(shè)計所涉及的重要概念。 本設(shè)計要突出的重點是：電荷間相互作用力的大小與哪些因素有關(guān)，能用電場線和電場強(qiáng)度描繪電場。方法是：通過演示實驗、學(xué)生活動、小組討論交流等多種方式讓學(xué)生經(jīng)歷概念從引出到建立的過程，感受物理學(xué)中研究問題是從需求出發(fā)。然后將概念的掌握分解成幾個階段，如電場線的建立過程經(jīng)歷了實驗呈現(xiàn)物理圖景、抽象成曲線、在線條上加上箭頭表示方向成為具有物理含義的線條等三個過程，這樣做是為了呈現(xiàn)知識的生成過程，而不是簡單地告知結(jié)論，讓學(xué)生對抽象概念的理解準(zhǔn)確深入。并在任何一個概念建立的過程中，都始終引導(dǎo)學(xué)生從受力分析的角度去研究這些問題，這樣不僅容易讓學(xué)生從學(xué)過的知識遷移到新概念中去，而且體會到了分析場的力的性質(zhì)時受力分析始終是基本方法，從而學(xué)會對些抽象概念的分析方法。 本設(shè)計要突破的難點是：電場概念和電場強(qiáng)度概念的建立。方法是：由于這兩個概念比較抽象，學(xué)生在理解概念上感覺困難，因而從實驗入手，強(qiáng)調(diào)概念建立的依據(jù)及如何從實驗事實分析提煉。教學(xué)過程中首先加深學(xué)生對不可見的“場”的感知，在此基礎(chǔ)上先由幾個逐漸深入的問題激發(fā)出學(xué)生對未知事物的探究興趣，然后再由學(xué)生之間的討論交流、教師引導(dǎo)解釋逐漸理清思路，明確概念。最后概念建立后，再通過一系列的辨析思考問題繼續(xù)加深對概念的準(zhǔn)確理解。 本設(shè)計強(qiáng)調(diào)用激疑、演示實驗、學(xué)生探究實驗、學(xué)生活動、討論交流等多種活動形式來研究未知事物，包括一些抽象概念。通過學(xué)生親身主動的參與，減少學(xué)生對抽象概念的畏難心理，激發(fā)他們的探究學(xué)習(xí)興趣，在一系列的探究問題中不斷思考深入，逐漸理解概念。 完成本設(shè)計的內(nèi)容約需2課時。 六、教學(xué)流程： 1、教學(xué)流程圖 情景 演示實驗1 設(shè)問1 活動Ⅰ 探究實驗1 點電荷 電荷間有相互作用力 靜電力與電荷間距離有關(guān) 靜電力與電荷帶電量有關(guān) 問題Ⅰ 設(shè)問2 電場 問題Ⅱ 設(shè)問3 活動Ⅱ 學(xué)生活動1、2、3 電場線 問題Ⅲ 設(shè)問4 活動Ⅲ 探究實驗2、3 電場 強(qiáng)度 活動Ⅳ 學(xué)生活動4 電場強(qiáng)度與電場力的區(qū)別 2．流程圖說明 情景 演示實驗1 請一位同學(xué)站在絕緣地板上，手摸著起電器的金屬球，隨著金屬球帶電量的增多，同學(xué)的頭發(fā)會豎起來。通過思考產(chǎn)生“電發(fā)”的原因，引入電荷間的相互作用。 活動Ⅰ 探究實驗1 比較小球B在同一帶電小球A作用下，不同位置所受電場力的大?。槐３中∏駼位置不變，不斷改變帶電小球A的電量，觀察小球B的受力情況。 問題Ⅰ 設(shè)問2 電荷之間的相互作用力并不要求帶電體相互接觸。那么，帶電體到底通過什么發(fā)生相互作用呢？讓學(xué)生從實際的例子出發(fā)去思考看不見的物質(zhì)。 問題Ⅱ 設(shè)問3 電場看不見，摸不著，想個什么樣的方法來形象地描述它呢？從實際需要出發(fā)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)電場線的興趣。 活動Ⅱ 學(xué)生活動1、2、3 先是嘗試用線條描繪電場；然后將描繪的圖線去和實驗產(chǎn)生的實際圖形進(jìn)行比較，尋找電場線的特點；最后在學(xué)習(xí)了電場線的基礎(chǔ)上進(jìn)行練習(xí)。這3個層層遞進(jìn)的學(xué)生活動，模擬了電場線的產(chǎn)生過程，可以幫助學(xué)生對電場線的定義、特點產(chǎn)生較清晰的認(rèn)識，并學(xué)會形象的表示不可見事物的方法。 問題Ⅲ 設(shè)問4 如何精確地、定量地描繪電場的力的特性呢？在學(xué)習(xí)了電場線的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步引起對電場描述方法的思考。電場的概念較抽象，學(xué)生第一次接觸到對這類不可見事物的物理研究方法，因此通過問題首先激發(fā)他們對事物的研究學(xué)習(xí)興趣，同時在問題的引導(dǎo)下感受并學(xué)習(xí)這些一般研究方法。 活動Ⅲ 探究實驗2、3 為了找到精確描述電場強(qiáng)弱的方法，仍從電場力角度入手，研究檢驗電荷在電場不同位置的受力情況；改變場源電荷的帶電量，研究檢驗電荷在同一位置的受力情況。通過這些實驗，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)電場力是一個與場源電荷、檢驗電荷都有關(guān)的物理量，要表示電場的特性，必需尋找一個與檢驗電荷q無關(guān)的物理量。 活動Ⅳ 學(xué)生活動4 通過對書示例1與示例2的練習(xí)，知道電場強(qiáng)度是電場的本身屬性，其大小、方向均與檢驗電荷無關(guān)，從而進(jìn)一步理解電場強(qiáng)度的概念。 3、教學(xué)主要環(huán)節(jié) 本設(shè)計采用情景引入——問題激疑——探究實驗——建立概念——自主活動——加深理解的模式組織教學(xué)，整個教學(xué)過程可分為四個主要的教學(xué)環(huán)節(jié)： 第一環(huán)節(jié)，通過情景、提出問題和學(xué)生實驗探究，定性得到電荷間的相互作用力的規(guī)律及影響其大小的相關(guān)因素。 第二環(huán)節(jié)，通過對電荷間的相互作用力的原因的思考、物理史實的介紹，建立電場的概念。 第三環(huán)節(jié)，通過用圖線的方法描述電場力的作用效果，建立電場線的概念，并學(xué)會使用電場線形象地描述電場的強(qiáng)弱。 第四環(huán)節(jié)，利用比值定義法建立電場強(qiáng)度的概念，學(xué)會如何用場強(qiáng)的概念來精確地描述電場的強(qiáng)弱。 七、教案示例 1、情景引入 演示實驗1：請一位同學(xué)站在絕緣地板上，手摸著起電器的金屬球，隨著金屬球帶電量的增多，同學(xué)的頭發(fā)會豎起來。 激疑1：在實驗中，產(chǎn)生“電發(fā)”的原因是什么？ 演示實驗2：將兩個小通草球（或表面涂有石墨的泡沫塑料小球）用絲線懸掛起來。用絲綢摩擦玻璃棒，使玻璃棒帶電，并把玻璃棒上帶的電傳給其中一個小球。然后使兩個小球接觸，帶上同種電荷。觀察現(xiàn)象。 演示實驗3：仍將兩個小通草球懸掛起來，并使它們分別帶上正電荷和負(fù)電荷。觀察現(xiàn)象。 這些實驗現(xiàn)象又說明什么？ 電荷之間有相互作用力，同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。 2、電荷間的相互作用 （1）這種靜止電荷之間的相互作用力叫做靜電力。 （2）用靜電力概念解釋帶電體吸引不帶電的輕小物體的原因。 （3）定性探究影響靜電力大小的因素 探究實驗1：將一個帶電小球放在O處，然后把另一個掛在絲線上的帶同種電荷的小球先后掛在P1、P2、P3等位置，比較小球在不同位置所受電場力的大小。保持小球處于P1位置不變，不斷增加放置在O處的帶電小球的電量，觀察懸掛小球的偏轉(zhuǎn)情況。 實驗結(jié)果：距離越近的小球,偏角越大；電量增加后，偏角也越大。 引導(dǎo)學(xué)生從受力分析入手，解釋實驗現(xiàn)象：F ＝ mg tanα，帶電體間距離越小，偏角越大，這表明電荷間作用力越大；若帶電體所帶電荷量增大，偏角越大，表明受靜電力作用越大。 結(jié)論：電荷之間相互作用力的大小與電荷間的距離有關(guān)，距離越小作用力越大；還與兩電荷的帶電量有關(guān)，電荷量越大作用力越大。 （4）點電荷 ① 帶電體的形狀、大小與兩個相互作用的帶電體之間的距離相比要小得多，其對相互作用力的影響可以忽略，那么帶電體可以看成為帶有電荷的點，這樣的帶電體叫做點電荷。 ② 點電荷間相互作用的作用力方向沿著兩點電荷的連線，具體方向由相斥或相吸來判斷。 ③ 點電荷是一種理想模型。 討論：一個帶電體的體積很小，就可以認(rèn)為它是一個點電荷，這種說法正確嗎？ 交流：點電荷是一種理想模型，實際上不存在?？闯牲c電荷的帶電體其大小具有相對的意義，帶電體的尺寸不一定很小。 3、電場 激疑2：我們過去學(xué)過的彈力、摩擦力都是當(dāng)一個物體與另一個物體接觸時產(chǎn)生的，但是，電荷之間的相互作用力并不要求帶電體相互接觸。那么，帶電體到底通過什么發(fā)生相互作用呢？ 人們對這個問題的認(rèn)識在歷史上曾有過兩種不同的觀點。在法拉第之前，人們認(rèn)為兩個電荷之間的相互作用力是一種超距作用，也就是一個電荷對另一個電荷的作用力是隔著一定空間直接給予的，不需要中間什么媒介作傳遞，這種方式可以表示為： 電荷 電荷 在19世紀(jì)30年代，法拉第提出一種觀點，認(rèn)為一個電荷周圍存在著由它產(chǎn)生的電場，另外一個電荷受這個電荷的作用力就是通過這個電場的作用發(fā)生的，這種作用方式可以表示為： 電荷 電場 電荷 （1）電場：電荷在其周圍空間產(chǎn)生的一種特殊物質(zhì)。 （2）靜電場：靜止的電荷產(chǎn)生的電場。靜電場是電場中的一類。 （3）電場的基本性質(zhì)就是對放入其中的電荷有力的作用，這種作用力叫做電場力。 （4）對場的概念的理解：近代物理學(xué)的理論和實踐已經(jīng)完全證明了場的觀點的正確性。場是“物質(zhì)”──它和由分子、原子組成的實物一樣具有能量、質(zhì)量和動量，電場、磁場已被證明是一種客觀存在的物質(zhì)形態(tài)，電視臺和無線電廣播電臺就是靠激發(fā)電磁場的方式發(fā)送各種節(jié)目信號的。雖然電磁場“看不見”“摸不著”，但是我們卻可以在遠(yuǎn)離發(fā)射塔的地方，用電視機(jī)和收音機(jī)接受到它們發(fā)送的節(jié)目信號，這就是電磁場客觀存在的很好例證。此外，重力場也是一種場。 4、電場線 激疑3：電場看不見，摸不著，想個什么樣的方法來形象地描述它呢？ 可以利用電場的基本性質(zhì)，即利用電場對放入其中的電荷有力的作用來對電場進(jìn)行探究。 演示實驗4：把頭發(fā)屑放在蓖麻油中，然后加上不同形狀的高壓電極，觀察頭發(fā)屑受到電場力的作用而重新排列形成的結(jié)果。如書圖8-15所示。 學(xué)生活動1：將觀察到的結(jié)果用簡單的線條來進(jìn)行描繪，需注意線條的疏密要在圖上有所體現(xiàn)。然后教師展示書圖8-16的圖形，并請學(xué)生將自己所畫的圖形與圖8-16中的對實驗結(jié)果理想化描繪的圖形相對比，體會從具體的實驗圖形到理想化圖線的抽象過程。 討論交流：談一談圖8-16中的圖形與圖8-15中的實驗結(jié)果的對應(yīng)關(guān)系以及這些圖形的特點。引導(dǎo)學(xué)生從受力的角度分析得出電場線的彎曲、疏密等特點。 用曲線來大致描繪電場的分布，這種方法是英國物理學(xué)家法拉第提出來的。 （1）形象描繪電場分布的曲線叫電場線。電場線并不真實存在，只是人們用來形象描繪電場對電荷作用力的方向與大小。 （2）為了表示電場力的方向，規(guī)定電場線上任一點的切線方向為該點正電荷受力方向。 學(xué)生活動2：根據(jù)電場線的方向規(guī)定在圖8-16的曲線上添上箭頭，用來表示電場線的方向。然后與圖8-17進(jìn)行對比。 （3）電場線的疏密表示電場的強(qiáng)弱。 學(xué)生活動3：畫出一負(fù)電荷周圍的電場線。 小組交流：總結(jié)電場線具有哪些特點？ （4）電場線的特點： ①電場線是假想的，不是真實的；②電場線起于正電荷止于負(fù)電荷，電場線不閉合；③電場線的疏密表示電場的強(qiáng)弱；④電場線不能相交；⑤電場線不能相切。 5、電場強(qiáng)度 激疑4：電場能夠?qū)μ幱趫鲋械碾姾墒┘与妶隽Φ淖饔茫@是電場的基本性質(zhì)之一。電場線可以形象地描繪電場的這種特性的大致分布，但這種描繪是非常粗略的。如何精確地、定量地描繪電場的力的特性呢？ 為了不致改變原來的電場，可以選擇一個帶電量很小、線度也很小的電荷q，分別放入帶電體Q所產(chǎn)生的電場中的不同位置，觀察電荷q受到的電場力有何特點。 （1）帶電體Q叫做場源電荷，電荷q叫做檢驗電荷。 探究實驗2：如圖所示，使有絕緣支柱的大金屬球帶電作為場源電荷，使絲線吊著的小鋁箔球帶少量電荷，用它作為檢驗電荷q。把鋁箔球放在電場中不同的方位，注意觀察絲線的傾斜方向。然后將鋁箔球逐漸遠(yuǎn)離場源電荷，觀察絲線偏離豎直方向的角度。 實驗表明：在電場中不同點，電場對檢驗電荷施加的電場力的大小和方向一般是不同的?？梢姴煌c電場的性質(zhì)是不同的。 討論交流：那么能否用檢驗電荷受到的電場力來定量的、精確的描述電場的這一性質(zhì)嗎？ 探究實驗3：把鋁箔球放在電場中同一位置，減小它的帶電量，注意觀察絲線的偏角。 實驗表明：在電場中同一點，檢驗電荷所受電場力隨它所帶電量的減小而減小，所以，電場力不能用于描述電場本身的性質(zhì)。要描述電場，需要找一個與檢驗電荷的電量無關(guān)而只由電場決定的物理量。 討論交流：什么樣的物理量符合這一要求呢？ 如果我們能夠做更精確的實驗，就會發(fā)現(xiàn)：在電場中同一點，電場力不僅隨檢驗電荷的電量的減小而減小，隨電場力的增大而增大，而且跟檢驗電荷的電量之間總是存在這樣的定量關(guān)系： 也就是說，在電場中同一點，電場力F與檢驗電荷q的比值是一個與檢驗電荷、電場力大小無關(guān)的量；而在電場中不同點，比值一般不同，因而該比值反映電場的性質(zhì)。 （2）電場強(qiáng)度。 ① 放入電場中某點的電荷受到的電場力F與它電荷量q的比值，叫做該點的電場強(qiáng)度，簡稱場強(qiáng)。符號為E； ② (定義式)； ③ 單位：N/C； ④ 大?。弘妶鲋心滁c的場強(qiáng)在數(shù)值上等于單位電荷在該點受到的電場力；⑤電場強(qiáng)度是矢量，規(guī)定電場中某點場強(qiáng)的方向為正電荷在該點受到的電場力的方向。 學(xué)生活動4：書示例1與示例2 總結(jié):電場強(qiáng)度為電場的本身屬性，其大小、方向均與檢驗電荷無關(guān)；但電場力的大小與電場該點的強(qiáng)弱、放入該點的電荷有關(guān)。 討論交流：電場力和電場強(qiáng)度的區(qū)別。 物理量 比較內(nèi)容 電場力 電場強(qiáng)度 區(qū) 別 物理意義 電荷在電場中所受的力 反映電場的力的屬性 決定因素 由電荷和電場共同決定 僅由電場自身決定 大小 F=qE E=F/q 方向 正電荷受力與E同向 負(fù)電荷受力與E同向 規(guī)定E的方向為正電荷在該點的受力方向 單位 N N/C 聯(lián)系 F=qE（普遍適用） 6、作業(yè)布置（略）