教學(xué)目標(biāo)
知識(shí)目標(biāo)
1.知道什么是電場；
2、理解電場強(qiáng)度的概念勻強(qiáng)電場，掌握電場強(qiáng)度點(diǎn)的定義、電場強(qiáng)度方向的單位及規(guī)定；
能力目標(biāo)
能夠認(rèn)識(shí)電場的物質(zhì)性，理解物理學(xué)中用比率定義物理量的方法；
情感目標(biāo)
電場雖然看不見摸不著，但確實(shí)存在，我們可以通過它所表現(xiàn)出的性質(zhì)去研究和理解它，這是物理學(xué)中常用的研究方法，研究它也可以有助于建立科學(xué)的方法論。
教學(xué)建議
重點(diǎn)難點(diǎn)分析
1、重點(diǎn)讓學(xué)生理解電場強(qiáng)度的概念，掌握電場強(qiáng)度的計(jì)算方法。
2. 電場強(qiáng)度是描述電場性質(zhì)的物理量之一，是本節(jié)的難點(diǎn)，初學(xué)者應(yīng)注意不要將電場強(qiáng)度與電場力混淆。
教材關(guān)于電場強(qiáng)度定義的分析
電場強(qiáng)度雖然是用測試電荷所受電場力與電荷量的比值來定義的一個(gè)物理量，但它與測試電荷是沒有任何關(guān)系的。場強(qiáng)度與測試電荷所受電場力既不成正比，也不與測試電荷的量成反比。也就是說，電場中某一點(diǎn)的電場強(qiáng)度與該點(diǎn)放置的測試電荷的大小、電荷的正負(fù)號(hào)、該點(diǎn)是否有測試電荷都沒有任何關(guān)系。電場強(qiáng)度與產(chǎn)生電場的源電荷以及該點(diǎn)在電場中的位置有關(guān)。
關(guān)于電場概念教學(xué)的建議
在解釋電場這個(gè)概念的時(shí)候，要注意強(qiáng)調(diào)電場的物質(zhì)性，即電荷之間的相互作用是通過電場這個(gè)介質(zhì)完成的。由于電場是看不見、摸不著的，所以它是客觀存在的。解釋的時(shí)候可以拿它和引力場做類比，也可以把它和現(xiàn)代科技聯(lián)系起來，比如衛(wèi)星信號(hào)的傳輸就是通過電磁場這個(gè)介質(zhì)完成的。
關(guān)于電場強(qiáng)度教學(xué)方法的建議
電場強(qiáng)度是電學(xué)知識(shí)中最基本的概念之一，是描述電場力的性質(zhì)的物理量，電場強(qiáng)度的研究是本章的難點(diǎn)內(nèi)容。
電場強(qiáng)度是描述電場性質(zhì)的重要物理量，是教學(xué)的重點(diǎn)。教材以點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場為例進(jìn)行說明和討論。同一個(gè)測試電荷在電場中的不同位置受到的電場力是不同的，電場強(qiáng)度定義為電場中不同位置的電場力與測試電荷的電荷量的比值。這也說明電場在電場中的不同位置對電荷的作用是不同的。教學(xué)中可以說明，在電場中的同一點(diǎn)，如果改變測試電荷的電荷量，則測試電荷受到的力也會(huì)成比例地變化。測試電荷受到的電場力與電荷量的比值是一個(gè)常數(shù)，由此引出了電場強(qiáng)度的概念。
注意電場強(qiáng)度與電場力的區(qū)別和聯(lián)系
項(xiàng)目
電場強(qiáng)度E
電力F
區(qū)別
物理意義
反映電場本身的力的性質(zhì)。
指電場中作用于電荷的力。
決定因素
在電場中某一點(diǎn)，E為常數(shù)，用E=F/q來衡量，由電場本身決定，與測試電荷的有無無關(guān)。
該力的大小由電場力所帶電荷q與電場中該點(diǎn)電場強(qiáng)度E的大小決定，即F=qE。
矢量的方向
場強(qiáng)的方向與置于電場中的正電荷所受電場力的方向相同。
正電荷上電力的方向與電場強(qiáng)度的方向相同，負(fù)電荷上電力的方向與電場強(qiáng)度的方向相反。
單元
牛頓/庫侖或伏特/米
牛
連接
F=等式
電場強(qiáng)度
1.教學(xué)目標(biāo)
1.理解電場的概念。
2.理解電場強(qiáng)度的概念。
3.掌握電場強(qiáng)度的計(jì)算方法。
2. 重點(diǎn)難點(diǎn)分析
1、重點(diǎn)讓學(xué)生理解電場強(qiáng)度的概念，掌握電場強(qiáng)度的計(jì)算方法。
2、電場強(qiáng)度是描述電場性質(zhì)的物理量之一，這是難點(diǎn)，初學(xué)者容易將電場強(qiáng)度與電場力混淆。
3. 主要教學(xué)過程
1. 回顧庫侖定律
真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的力與它們電荷的乘積成正比，與它們距離的平方成反比。力的方向在它們連線上。這就是庫侖定律。
2. 新課程介紹
任何力的作用都是獨(dú)立于物質(zhì)的。當(dāng)你踢球的時(shí)候，腳的力直接作用在球上；當(dāng)狗拉雪橇的時(shí)候，狗對雪橇的拉力是通過繩索起作用的；地球?qū)乇砦镔|(zhì)的作用力，是通過引力場—物質(zhì)起作用的；地球和月球之間的引力，也是由于引力場—物質(zhì)的作用；兩個(gè)電荷相互作用的時(shí)候，它們并不是直接接觸，它們的相互作用也是通過其他物質(zhì)的作用，也就是電場。
3.教學(xué)過程設(shè)計(jì)
（1）電場
a. 電荷周圍有特殊物質(zhì)
問：既然場是物質(zhì)，為什么我們看不見它？
答案：物理形態(tài)
例如可見光有波長，但還有很多其他波長的光是我們看不見的，但這并不代表它們不存在。我們不能以人的感官作為判斷場是否存在的標(biāo)準(zhǔn)。場客觀存在的證明是它具有力和能量的特性。例如引力場對有質(zhì)量的物體有作用力，能對物體做功，說明它有能量。電場對置于其中的電荷Q也有作用力，能對Q做功，說明它有能量。
b.電場的基本性質(zhì)：電場對置于其中的電荷有強(qiáng)烈的作用，這種力叫電場力。
c.靜電場：靜止電荷的電場。
場具有能量和力的特性。我們先來看一下電場中的力的性質(zhì)，這是本章的重要部分。我們以點(diǎn)電荷為例。
如圖1所示，電荷 、 、 放置在+Q電場中的A點(diǎn)。它們所受的電場力為：
觀察上式可發(fā)現(xiàn)，場電荷Q對不同的測試電荷q有不同的電場力，但只要A點(diǎn)位置不變，F(xiàn)與q的比值不變。
如果我們移動(dòng)到 B 點(diǎn)，那么
從上面的分析可以看出：若Q一定，則電場的空間分布也是一定的。對于場中某一固定點(diǎn)，其值只與Q和r有關(guān)，與測試電荷無關(guān)。它反映了電場的性質(zhì)，反映了電場的強(qiáng)度，稱為場強(qiáng)。
（2）電場強(qiáng)度
a.定義：電場中某一點(diǎn)電荷所受的電場力與其所帶電荷量的比值，叫做該點(diǎn)的電場強(qiáng)度，簡稱場強(qiáng)。
b.定義：
F——電場力的國際單位：牛頓（N）
q——電量國際單位：立方（C）
E——電場強(qiáng)度的國際單位：牛頓/℃（N/C）
物理意義；
電場中某一點(diǎn)的電場強(qiáng)度，在數(shù)值上等于該點(diǎn)上單位正電荷所受的電場力。
d.電場強(qiáng)度是一個(gè)矢量，場強(qiáng)的方向定義為該點(diǎn)正電荷所受電場力的方向。在電場中同一點(diǎn)，+q和-q處力的方向不同。場強(qiáng)只能有一個(gè)方向，+q處力的方向定義為正。
例：在圖2中，標(biāo)出A，B，C，D點(diǎn)的電場強(qiáng)度方向。
正點(diǎn)電荷電場中某一點(diǎn)的電場強(qiáng)度方向沿連線遠(yuǎn)離+Q；負(fù)點(diǎn)電荷電場中某一點(diǎn)的電場強(qiáng)度方向
按照指向 -Q 的線進(jìn)行操作。
e. 單位：牛/隔間 N/C
它是從點(diǎn)電荷的場強(qiáng)推導(dǎo)出來的，可以應(yīng)用于任何電場。
（3）點(diǎn)電荷的電場強(qiáng)度
a.在真空中：（與試驗(yàn)電荷q無關(guān)，只與場電荷Q和r有關(guān)）
b.方向：該點(diǎn)處正電荷所受電場力的方向（以后大家會(huì)遇到均勻電場，各點(diǎn)的場強(qiáng)和方向都相同）
（4）兩個(gè)點(diǎn)電荷產(chǎn)生電場的疊加原理
如圖3所示，在正點(diǎn)電荷和負(fù)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場中，有一點(diǎn)A。計(jì)算A點(diǎn)的電場強(qiáng)度。由電場強(qiáng)度的定義可知，其值為+1C點(diǎn)電荷在A點(diǎn)的電場力。現(xiàn)在在A點(diǎn)放上C，q會(huì)同時(shí)受到和的作用。每個(gè)力都可以單獨(dú)利用庫侖定律計(jì)算出來，就好像另一個(gè)電荷不存在一樣。q受到的合力是分力的矢量和。因?yàn)閝是1C正電荷，所以它受到的電場力在數(shù)值上等于場強(qiáng)。也就是說，A點(diǎn)的合場強(qiáng)是單獨(dú)在A點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)的矢量和。這就是電場強(qiáng)度的疊加原理。
利用電場強(qiáng)度的疊加原理，可以計(jì)算任意多個(gè)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場強(qiáng)度。
無論其電荷分布如何復(fù)雜，它都可以被認(rèn)為是由很多個(gè)點(diǎn)電荷所組成，因此其場強(qiáng)可以用場的疊加原理來計(jì)算。
可以看出，真空中任意數(shù)量的點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場強(qiáng)度只由兩個(gè)因素決定：場電荷和在電場中的位置。
測試電荷的值由元素決定，與測試電荷無關(guān)。
（5）比較：
a.這是場強(qiáng)的定義，適用于任何電場。
b.點(diǎn)電荷場強(qiáng)的計(jì)算公式。
（6）電場強(qiáng)度總結(jié)
a.電場中某一點(diǎn)的場強(qiáng)大小和方向，與該點(diǎn)是否放有試驗(yàn)電荷、放有何種電荷、試驗(yàn)電荷有多大等都無關(guān)，是電場本身的性質(zhì)，與外界因素?zé)o關(guān)。對于一定的電場，當(dāng)在某一點(diǎn)放有單位正電荷時(shí)，它所受到的電場力的大小和方向是一定的。
b. 場強(qiáng)
（7）示例
例1：場電荷C為正點(diǎn)電荷，試驗(yàn)電荷C為負(fù)電荷，二者相距m，在真空中靜止，如圖4所示。求：
（1） q 上的電場力。
（2）q所在點(diǎn)B處的電場強(qiáng)度。
（3）將q代入C點(diǎn)的正電荷，計(jì)算B點(diǎn)處的力和場強(qiáng)。
（4）除去帶電力后，計(jì)算B點(diǎn)處的場強(qiáng)。
解答 （1）庫侖定律：N的方向在A、B連線上，指向A。
（2）根據(jù)電場強(qiáng)度的定義：所以N/C的方向是從A到B。
（3）根據(jù)庫侖定律：N從A指向B，N/C從A指向B。
（4）由于E與q無關(guān)，不會(huì)影響E的大小和方向，所以去掉q后，場強(qiáng)保持不變。
例2 如圖5(a)所示，點(diǎn)電荷q和9q在真空中靜止，兩點(diǎn)電荷間距離為r，均為正電荷。求：
（1） 線路中間A點(diǎn)的場強(qiáng)；
（2）找出場強(qiáng)為0點(diǎn)的位置。
解（l）將C置于A點(diǎn)，其受力情況如圖5（c）所示，F(xiàn)為作用于q上的力勻強(qiáng)電場，9F為
9q 是 上的作用力，凈力為 8F，指向 q，所以
（2）首先分析該點(diǎn)可能的位置范圍。當(dāng)+1C放在該點(diǎn)時(shí)，它所受的力為零。因此，q和9q對+1C所施加的力必定大小相等，方向相反，且兩個(gè)力共線。因此可以得出該點(diǎn)在q和9q連線上。當(dāng)+1C放在q左邊、9q右邊的連線上時(shí)，它所受的兩個(gè)力方向相同，不能抵消。因此，該點(diǎn)必定在兩個(gè)點(diǎn)電荷連線上。
設(shè)O點(diǎn)與C點(diǎn)間的距離為q，如圖（b）所示，O點(diǎn)處+1C電荷所受力為零，則有
（無意義，丟棄）
答：（1）方向?yàn)閝。
（2）該點(diǎn)位于q和9q之間，與q的距離為r/4。
四、說明
1.注意對電場強(qiáng)度概念的理解：
（1）電場強(qiáng)度的定義
不管測試電荷是正電荷還是負(fù)電荷，E的方向都被定義為+q力的方向，類似于電流的方向被定義為正電荷的移動(dòng)方向，不管是誰移動(dòng)形成電流。
（2）電場強(qiáng)度是本征屬性，與測試電荷無關(guān)。
2、我們研究的電荷都是處于真空中的，如果電荷在空氣中，可以近似的認(rèn)為是處于真空中。
電場強(qiáng)度