1、探究电场的力的性质授课选手杨慧琴所在学校延安大学课程名称高二年级物理选用教材选修3-1，上海科技教育出版社，2007年第2版授课题目探究电场的力的性质授课章节第2章第1节教学用具磁铁、翼形磁针、起电机、铁架台、金属小球教学任务分析本章具有概念多，综合知识性强，概念比较抽象等特点。电场强度是电学中最基本的概念之一，是整个电磁学学习的基础。通过学习本节课，可以使学生认识电场的力的性质，掌握研究电场力的性质的方法，培养学生的抽象思维能力。根据新课程标准的要求：“通过实验认识电场，会用电场强度描述电场”，本节课教学设计是这样安排的：通过演示实验引入新课。对于讲授新课采用的是探究式教学方式，辅之以讨论法
2、和讲授法分为五个环节：1、创设情境、提出研究课题；2、猜想假设，设计探究方案；3、收集证据，验证探究假设；4、得出结论，交流探究体会；5、案例分析，融会贯通。这样设计不仅可以使学生掌握电场、电场强度的知识，而且可以学到诸如类比法、控制变量法、比值定义法等物理方法，通过实验设计和理论方案可以提高学生实验设计能力、逻辑思维能力以及计算能力，通过了解物理学史可以让学生学习科学家坚持不懈的探索精神和严谨的治学态度。学习心理分析学生已经掌握了库伦定律和磁场的知识，具备了一定的知识基础。高二学生已经具有观察能力、探究能力和实验操作能力，理论上具备了接受本节课知识的能力。在生活中，学生经常听到关于电场、电磁
3、波的信息，但是由于电场看不见又摸不着，学生对其基本原理并不是很清楚，但是学生有兴趣去探索本节课的知识，这就为本节课的教学提供了良好的心理基础。由于学生的抽象思维能力和实验设计能力还比较欠缺，理解电场概念时会产生思维障碍。因此在教学过程要充分利用学生已有的生活经验、知识和能力进行适当地迁移，帮助学生排除思维障碍，突破教学难点。教学目标教学目标知识与技能l 知道电场的概念。l 理解电场强度的概念及定义式。l 会推导点电荷电场强度的公式。过程与方法l 经历“探究描述电场强弱物理量”的过程，获得探究体验。l 领略物理方法及思想。情感态度与价值观l 感受科学家的钻研精神。l 通过电场强度概念的建立过程，
4、训练学生抽象思维能力。教学重点l 理解电场、电场强度的概念；探究描述电场强弱的物理量。教学难点l 建立电场、电场强度的概念。教学模式探究教学模式教学方法演示法、实验法、讨论法、探究教学法、教 学 过 程教学环节教学活动设计意图创设情境引入新课创设情境，引入新课 情境一:同学们，在我们生活中很多力的相互作用都是通过相互接触而产生的，请同学想一想，有没有两个物体没有接触却发生了力的作用呢？老师给大家做一个实验，请大家仔细观察。老师的手并没有接触磁针，磁针却发生了偏转，这是为什么呢？情境二： 现在老师给大家做另外一个实验。起电机与金属小球并没有接触，金属小球却发生了偏转，这是为什么呢？老师今天将带领
5、大家一起探索这个问题。用磁铁吸引磁针这样简单的实验引出两个力相互作用可以不通过相互接触。通过实验引入新课，可以引起学生浓厚的学习兴趣，诱发学生强烈的学习欲望。创设情境提出问题创设情境提出问题1、投影展示法拉第和安培的辩论赛情境一： 请同学们观看法拉第和安培的辩论赛。 问题1：法拉第和安培的观点各是什么？学生：安培认为电荷间的相互作用是一种超距作用，可以跨越空间，直接发生。法拉第认为电荷间的相互作用是通过电场发生的，有媒介。教师对学生的回答进行补充并介绍物理学史：这种媒介就是指电荷所产生的电场。由于电场是看不见也摸不着的，所以法拉第的观点是不能被人们所接受的，后来他遇到一位英国的物理学家麦克斯韦
6、，他非常赞同法拉第的思想，在此基础上建立了电磁场理论，并且预言了电磁波的存在。德国的一位物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在，法拉第场的观点才逐渐被人们所接受。 板书1：电场电场是客观存在的一种特殊物质请同学们观看Flash动画。从电场的概念中我们得知：电场是客观存在的一种物质，我们可以通过研究电场的性质来研究它。问题2：从安培和法拉第的辩论赛中可以知道电场的基本性质是什么？学生：对放入其中的电荷有力的作用板书2：电场的性质对放入其中的电荷有力的作用客观物质的性质可以在相互作用中直接或间接地表现出来。例如：通过布朗运动，研究液体分子的运动；通过小磁针的偏转，研究磁场的性质。研究电场的性质就需要
7、在电场中放入一个电荷，通过电荷的受力情况来研究。问题3：可不可以随意地放入一个电荷？学生：电荷的电量要充分的小，不影响要研究的电场；电荷的体积也要小，便于研究电场中各点的情况。 满足这样要求的电荷叫做试探电荷，显然，试探电荷是一种理想化模型，有了试探电荷我们就可以研究电场的属性。提出问题，引出概念学生观看法拉第和安培的辩论赛，了解历史上关于电荷间相互作用力的争论，知道二人所持不同观点。介绍物理学史上法拉第观点被人接受的漫长历程，让学生学习科学家执着的探索精神和严谨的治学态度。Flash动画使抽象的电场形象化。通过提问，让学生再次回忆法拉第和安培辩论赛的内容，总结出电场的基本性质，培养学生的总结
8、能力和表达能力。举例分析研究客观物质性质的方法，知道研究电场力的性质的方法。学生理解什么是试探电荷，试探电荷应该具备什么样的条件。让学生再次接触理想化模型。猜想假设设计方案猜想假设设计方案猜想假设设计方案2、定性实验，引导学生进行猜想假设定性实验实验装置如图所示：同学们，通过刚才的学习，我们知道电场确实是客观存在的，那接下来我们就来研究这种特殊物质，我们先来做一个实验，这是一个起电机，当我转动它时，金属球上就会带上一定量的电荷，那么在它的周围就会存在着电场，我们今天就来研究该电荷周围存在的电场，我们就把这个金属球所带的电荷称之为场源电荷，大家已经知道电场是看不见摸不着的，那如何研究电场呢？对，
9、可以从放入电场中电荷受力情况来研究电场。为了使所有的学生都能看见实验操作，老师把实验录成视频，请大家观看老师做的实验，试探电荷在电场力的作用下发生了偏转，然后我们把试探电荷放在离场源电荷较远的位置，大家观察到什么现象？对，试探电荷的偏角变小了，试探电荷偏角变小说明试探电荷受到的力变小了，而这个力又是电场给它的，这就说明，在电场中的不同位置。电场的强弱不同问题1：同学们可以猜想下，各点的电场强弱可能与哪些因素有关？学生：电场的强弱可能与试探电荷量、场源电荷量、试探电荷距场源电荷的距离及试探电荷受到的电场力有关。3、 理论方案，摸清“脾气”请同学们根据自己的猜想，以及课本上的理论方案进行设计理论方
10、案。学生设计的理论方案在产生的电场中： 将同一试探电荷放置在电场的不同位置，计算试探电荷所受到的力。如图所示， 将不同试探电荷放在电场中的同一位置，计算试探电荷所受到的力以及力和试探电荷量的比值。如图所示计算的结果填入表格一表格一：理论方案结果试探电荷量在点受力在点受力通过演示实验，引导学生进行猜想假设，可以使学生对怎样描述电场有一个定性的认识。把同一试探电荷放在电场的不同位置，用来证明电场的强弱和距离有什么样的关系。学生经过理论分析，可以定量的理解影响电场强弱的物理量。通过这个表格的设计，可以直观的对比同一试探电荷在电场中不同位置，不同试探电荷在电场中的同一位置受力情况以及受力跟电荷量比值的
11、情况。收集证据验证假设4、 分析实验结果，揭开真实“面纱” 请同学们观察理论方案的表格，并得出相应的结论。 我们可以通过把表格中的数据反映到坐标轴上。 同学们仔细观察坐标轴，然后说说可以得到怎样的结论。学生1：同一试探电荷在不同位置所受到的力不相同。不同试探电荷在电场中的同一位置所受的力也不相同。学生2：同一位置的值相同，不同位置值不相同。教师：在电场中的同一点，放入电荷量不同的试探电荷，电场力不同，说明是不能用电场力来描述电场强弱的。学生通过观察坐标轴，发现在电场中的不同位置试探电荷受到的电场力和电荷量的比值不同，在电场中的同一位置试探电荷受到的电场力和电荷量的比值是相同的，得出可以用这个比
12、值来反映电场强弱。即电场的力的性质。使学生明确电场的强弱不能用电场力来描述。得出结论交流体会得出结论交流体会得出结论交流体会5、 得出结论，认清本质通过实验方案可以知道影响电场强弱的因素；通过理论方案可以知道在电场中的同一点，试探电荷受到的电场力和其电荷量的比值是一个定值，在电场的不同点，试探电荷受到的电场力和其电荷量的比值是不同的，这个比值是由试探电荷在电场中的位置来决定，跟试探电荷无关。因而，可以用这个比值来来定义反映电场强弱的物理量。用比值定义一个物理量，用来表示对象的某种性质，这种方法我们不是第一次学到。如果说2005年世界田径锦标赛上，刘翔以13秒08夺得110米栏亚军，而我们班一个
13、男生只跑了10秒，你认为该同学跑得比刘翔快吗？学生：无法判断，因为该生运动的位移并不清楚，仅通过比较时间是无法比较物体运动快慢的，只有确定相同的位移，再来比时间，才能判断运动的快慢。教师：这样我们用单位时间内物体的位移描述物体运动的快慢，从而引出了速度这一反映物体快慢的物理量。同样，如果直接用电场力的大小表示电场强弱是行不通的，因为比较的电荷量可能不同，为了能统一比较标准，我们就用单位电荷量的电荷受到的电场力来描述电场的强弱，并且给这个比值一个新的名称，即电场强度，简称场强。 板书：电场强度电场强度是放入电场某点的电荷所受静电力跟它的电荷量的比值，用来表示。请同学们自己写出电场强度的定义式及单
14、位板书：电场强度的定义式： 电场强度的单位：教师：通过实验探究我们知道电场是有方向的，所以电场强度是一个矢量。问题一：电场强度的方向如何确定学生：电场中某点的场强方向为放在该点的正电荷受到的静电力方向。 板书：电场强度的方向：电场中某点的场强方向规定为放在该点的正电荷受到的静电力方向。如图所示：从电场强度的方向规定来看，我们也可以把电场强度的方向规定为负电荷受到的静电力方向的反方向。如图所示：从理论方案中，我们知道电场强度和试探电荷是没有关系的，就像 ，与和都没有关系，只是和它本身有关。问题二：电场强度大小取决于什么播放Flash视频，电场强度是由电场本身决定的物理量，它跟电场中是否有试探电荷
15、，试探电荷的电量及试探电荷受到的电场力均无关。教师：在整个探究的过程中，同学们都能积极参与，认真思考，勤于实践，体现出追求科学真理的态度。反思全过程，大家觉得在设计的探究方案或在研究过程中有哪些不足？你有何改进意见？你有哪些收获和体会？学生：.通过以上的分析，我们知道了电场强度的概念、定义式、方向以及取决因素，那么如何来确定点电荷的场强呢？请同学们通过库伦定律和场强定义式推导出点电荷场强的表达式。板书：点电荷电场的表达式：问题三：点电荷电场强度的方向如何确定？学生：某点的场强方向是在该点正点电荷受力的方向。正电荷与正电荷之间是斥力，所以正电荷的场强方向是从电荷指向外面。负电荷与正电荷之间是斥力
16、，所以负电荷的场强方向从外面指向电荷。进行总结，让学生加深理解。通过举例，可以使学生回忆以前学过的比值定义法，用旧的方法定义新的物理量。用比值定义法定义描述电场强弱的物理量，引出电场强度的概念。通过学生自己推导电场强度的定义式，可以培养学生的动手能力和思维能力。通过PPT展示电场强度的方向，可以刺激学生的视觉，便于学生记忆。通过类比影响电阻大小的因素，便于学生总结出影响电场强度大小的因素。通过播放Flash动画，使学生清楚电场强度是描述电场本身的物理量，即电场的力的性质。肯定学生的探究过程，激发学生的探究欲望，对学生的探究方案和研究过程给以评价并让学生自己总结不足和改进意见，有利于培养学生的探
17、究能力。学生在教师的指导下推导点电荷电场的表达式，有利于培养学生的动手能力和思维能力。案例分析融会贯通6、通过案例分析，深入理解 判断题一：根据电场强度的定义式，电场强度的大小跟试探电荷所受到的力成正比，跟试探电荷的电量成反比，对不对？学生：这是错误的，因为电场强度的大小与试探电荷是没有关系的，只是跟电场本身有关。判断题二：根据点电荷电场强度表达式， 与成正比，和成反比，对不对？学生：这是正确的。教师：因为电场强度是由和决定的，所以我们说这个式子是点电荷周围电场强度的决定式。通过判断题一让学生加深对电场强度概念的理解，更加清楚的知道电场强度的大小只是和电场本身有关。通过判断题二，使学生更加了解
18、电场强度大小的决定因素。课堂小结这节课主要从知识和方法两方面进行总结。知识：理解电场和电场强度。方法：掌握控制变量法、类比法、比值定义法以及描点法。通过总结，可以使学生巩固本节课所学的内容。板书设计见附录1作业布置课后练习题30页2、3；阅读关于法拉第的事迹；观看大卫科波菲尔穿越长城的魔术，并查找资料，解释原因。通过作业可以加深学生对知识的理解，通过了解物理学史，培养学生的科学素养。设计反思1新课程更注重的是基础知识的建立和应用，对于新的抽象概念的学习，尽量启用学生的知识储备中已知的相类似知识，通过类比、分析，使得抽象概念能够较顺利地建立，本节内容通过教学实践证实是切实可行，既发挥了学生主观能
19、动性，又能够较准确吸引重要知识点，着重渗透物理学的思想方法，并为后续的教学作了很多铺垫；2要改进过去的以教为主的教学方式，调动学生积极思考，发挥主观能动作用，体现学生主体地位；3突出实验教学在课堂中的地位，利用实验分析，定性与定量相互结合，使具体现象直观表达抽象概念，并充分运用学生实验操作与多媒体动画课件辅助，动画模拟扩大实验成效。附录1 板书设计主板书副板书2.1 探究电场的力的性质一、电场1、电场是客观存在的一种特殊物质2、电场的特性是对放入其中的电荷有力的作用二、电场强度1、概念：放入电场某点的电荷所受静电力跟它的电荷量的比值，用来表示2、定义式：3、方向： 电场中某点场强的方向为放在该点的正电荷受到的静电力的方向 5、点电荷电场强度的表达式：用于复习回顾第 11 页 共 11 页
