1.3《静电场 电场强度与电场线》课时教案-2025--2026年教科版高中物理必修第三册

1.3《静电场 电场强度与电场线》课时教案
学科 物理 年级册别 高二上册 共1课时
教材 教科版高中物理必修第三册 授课类型 新授课 第1课时
教材分析
教材分析
本节内容位于教科版高中物理必修第三册第一章第三节，是“静电场”单元的核心知识之一。教材从库仑定律出发，引出电场的概念，进而定义电场强度这一描述电场强弱和方向的物理量，并通过电场线形象化地展示电场分布。内容逻辑清晰，由现象到本质，体现了物理学中“场”这一抽象概念的构建过程。本节为后续学习电势、电容等打下基础，在整个电磁学体系中具有承上启下的关键作用。
学情分析
高二学生已具备一定的力学基础和矢量运算能力，对库仑定律有初步掌握，但“场”作为非接触性相互作用的载体仍较抽象。学生习惯于直观的实物模型，对空间分布的矢量场理解存在困难。生活中虽有静电体验，但缺乏系统认知。学生思维正从经验型向理论型过渡，具备一定探究能力和合作意识。教学中需借助类比、实验模拟和可视化手段降低认知门槛，引导学生建立科学的空间场观念。
课时教学目标
物理观念
1. 理解电场的基本概念，知道电场是客观存在的特殊物质形态，能够解释电荷间相互作用的传递机制。
2. 掌握电场强度的定义式E=F/q及其矢量性，能运用该公式进行简单计算，并理解其反映电场本身属性的本质。
科学思维
1. 通过类比重力场建立电场概念，发展类比推理能力；通过电场强度的比值定义法，体会用比值定义物理量的科学方法。
2. 能根据点电荷电场强度公式E=kQ/r 分析电场的空间分布特点，提升逻辑推理与模型建构能力。
科学探究
1. 能设计简易方案探究电场的存在与方向，观察并描述电场线的分布规律，培养实验观察能力与问题解决能力。
2. 在小组合作中完成电场线绘制任务，经历提出假设、验证结论的过程，增强探究实践能力。
科学态度与责任
1. 感受人类认识“场”这一非物质实体的智慧历程，激发探索自然奥秘的兴趣与求知欲。
2. 认识电场知识在科技（如静电除尘、复印机）与生活中的应用价值，树立将物理知识服务于社会的意识。
教学重点、难点
重点
1. 电场强度的定义及其矢量性，掌握E=F/q的含义与应用。
2. 电场线的特点及其在描述电场分布中的作用。
难点
1. 理解电场作为客观存在的特殊物质，突破“超距作用”的直觉误区。
2. 建立空间矢量场的立体图景，理解电场强度的叠加原理及电场线疏密与方向的物理意义。
教学方法与准备
教学方法
情境探究法、讲授法、合作探究法、实验演示法
教具准备
多媒体课件、静电演示仪、验电器、泡沫小球、丝线、电场线模拟软件、白板磁贴
教学环节 教师活动 学生活动
情境导入：静电奇观
【5分钟】 一、重现静电现象，引发认知冲突。 （一）、演示“隔空吸球”实验：
教师手持经丝绸摩擦后的玻璃棒，靠近悬挂在细丝线上的轻质泡沫小球（未接触），学生可明显观察到小球被吸引并发生偏转。随后，当玻璃棒靠近验电器金属球时，验电器箔片张开。
提问引导：“同学们，请仔细观察这两个现象——玻璃棒并未触碰小球，却能让它运动；也没有碰到验电器，但它的箔片却张开了。这说明了什么？电荷之间的力是如何跨越空间传递的？”
预设学生回答可能包括“有风”、“看不见的力”等。教师不急于否定，而是进一步追问：“如果是‘看不见的力’，那这种力存在于哪里？是以何种形式存在的？”
（二）、引入历史争论，激发探究欲望。
讲述牛顿与法拉第关于“超距作用”的观点分歧：牛顿认为引力可瞬时跨越真空作用，而法拉第则坚信必须通过某种媒介传递。他提出“场”的概念——电荷周围存在一种看不见的“电场”，其他电荷正是受到了这个场的作用才产生力。
过渡语：“时代的一粒尘，落到一个人身上那就是一座山；而一个电荷的微光，却能在空间织就一张无形的网——这张网，就是我们今天要揭开神秘面纱的‘电场’。” 1. 观察实验现象，描述所见变化。
2. 思考电荷间作用的传递方式。
3. 尝试解释“隔空发力”的原因。
4. 聆听科学史故事，感受思想碰撞。
评价任务 现象描述：☆☆☆
问题提出：☆☆☆
兴趣激发：☆☆☆
设计意图 通过直观实验打破学生“必须接触才能有力”的日常经验，制造认知冲突；结合科学史介绍，让学生意识到“场”概念的诞生源于对自然规律的深刻思考，而非凭空想象，从而激发探究动机，为抽象概念的学习铺设情感与思维基础。
概念建构：电场与电场强度
【15分钟】 一、类比重力场，理解电场存在。 （一）、建立类比模型：
教师在黑板上画出地球，并在其周围标注重力加速度g的方向。“我们都知道，地球周围存在重力场，任何质量物体放入其中都会受到重力G=mg的作用。这个g就是重力场强度，它只由地球本身决定，与是否放物体无关。”
紧接着，在另一侧画出一个正电荷+Q，“同理，这个电荷也会在周围空间激发电场。一旦有另一个试探电荷q放入其中，就会受到电场力F的作用。这个电场是真实存在的，就像风虽然看不见，但我们能通过树叶摇动感知它一样。”
强调：“电场是一种特殊物质，它不依赖于试探电荷是否存在，只要源电荷存在，电场就存在。”
（二）、定义电场强度E：
提问：“如何量化这个电场的强弱呢？能否像g=G/m一样，找一个比值来表示？”
引导学生思考：若在某点放入不同电量的试探电荷q 、q ……测得受力分别为F 、F ……发现F/q是一个常数！
由此引出电场强度的定义：电场中某点的电场强度E等于试探电荷在该点所受电场力F与其电荷量q的比值，即E = F/q。
强调三点：① E是矢量，方向与正电荷受力方向相同；② E由电场本身决定，与q无关；③ 单位：N/C。
举例说明：若某点放q=2×10 C的电荷，受力F=6×10 N，则E=F/q=30 N/C，方向与F一致。
二、推导点电荷场强，认识空间分布。 （一）、结合库仑定律推导：
“现在我们来研究最简单的电场——点电荷Q产生的电场。”
设在距离Q为r处有一点P，放入试探电荷q，则根据库仑定律，q受力大小为F = k|Qq|/r 。
代入E=F/q得：E = k|Q|/r 。
讲解公式含义：电场强度大小与源电荷Q成正比，与距离平方成反比；方向沿径向，正电荷向外，负电荷向内。
通过动画演示不同位置E的大小与方向变化，帮助学生建立空间感。
（二）、多电荷叠加原理初探：
出示两个等量同号点电荷的分布图，提问：“P点的总电场强度如何求？”
引导学生回忆矢量合成法则：“每个电荷独立产生电场，P点的实际电场强度是各电荷单独存在时在该点产生场强的矢量和。”
简要演示合成过程，为后续学习埋下伏笔。 1. 类比重力场理解电场概念。
2. 参与讨论，理解E=F/q的定义。
3. 记录公式，明确E的矢量性。
4. 观察动画，形成空间分布印象。
评价任务 概念理解：☆☆☆
公式掌握：☆☆☆
方向判断：☆☆☆
设计意图 通过重力场的熟悉模型进行类比迁移，降低“电场”概念的陌生感；采用“比值定义法”揭示E的本质属性，培养学生科学定义物理量的能力；结合库仑定律自然导出场强公式，体现知识内在联系；利用动态演示强化空间感知，逐步突破难点。
可视化探究：电场线的奥秘
【15分钟】 一、观察模拟实验，归纳电场线特征。 （一）、播放电场线模拟视频：
使用电场线模拟软件，分别展示孤立正电荷、孤立负电荷、等量异种电荷、等量同种电荷周围的电场线分布。每播放一种，暂停画面，引导学生观察：
“请大家注意电场线的起点与终点、疏密程度、是否相交、切线方向等特点。”
组织小组讨论，填写观察记录表：
- 正电荷：起始于电荷，终止于无穷远；向外发散；越近越密。
- 负电荷：起始于无穷远，终止于电荷；向内汇聚。
- 异种电荷：从正到负；中间密集，两侧稀疏；不相交。
- 同种电荷：彼此排斥；中间稀疏，外侧密集；存在对称轴。
（二）、总结电场线基本性质：
师生共同归纳：
1. 电场线起于正电荷（或无穷远），止于负电荷（或无穷远）；
2. 任意两条电场线不相交（否则交点处场强方向不唯一）；
3. 电场线的切线方向表示该点场强方向；
4. 电场线的疏密程度表示场强大小——越密越大，越疏越小；
5. 电场线是人为引入的假想曲线，用于形象描述电场，并非真实存在。
教师强调：“电场线就像气象图上的风向线，虽非实物，却能精准传达风的走向与强弱。” 二、动手绘制电场线，深化空间认知。 （一）、分组合作绘图任务：
将学生分为四组，每组领取一幅未完成的电荷分布图（含单个正电荷、单个负电荷、等量异号、等量同号），要求用彩色笔在大白纸上绘制电场线。
提出具体要求：
① 线条流畅，方向正确；
② 注意疏密对比，体现场强变化；
③ 标注箭头指示方向；
④ 组内分工协作，一人执笔，他人建议。
教师巡视指导，纠正错误倾向，如让电场线相交、忽略对称性等。
（二）、成果展示与点评：
邀请各组代表上台展示作品，简述绘制思路。其他组可提问或补充。
教师使用投影对比标准图像，肯定优点，指出改进之处，特别强调“不相交”与“疏密表强弱”的核心要点。 1. 观看模拟，记录特征。
2. 小组讨论，归纳规律。
3. 动手绘制，协作完成。
4. 展示交流，接受评价。
评价任务 特征归纳：☆☆☆
绘图准确：☆☆☆
合作参与：☆☆☆
设计意图 利用数字化模拟突破实验限制，直观呈现复杂电场分布；通过观察—归纳—表达的学习路径，提升学生的信息提取与概括能力；动手绘图活动将抽象思维具象化，促进空间想象力发展；小组合作增强互动性与责任感，实现“做中学”的深度学习。
巩固应用：走进生活与科技
【7分钟】 一、解析生活实例，体会应用价值。 （一）、分析避雷针工作原理：
展示避雷针结构图，提问：“为何尖端更容易放电？这与电场线有何关系？”
引导学生思考：导体尖端处电荷密集，电场线异常密集，场强极大，易使空气电离形成放电通道，从而将雷电流引入大地。
（二）、了解静电复印技术：
简要介绍复印机中利用光导材料在光照下改变电导率的特性，通过电晕放电使硒鼓表面均匀带电，再由原稿反射光形成“静电潜像”，最后吸附碳粉转印到纸张上。
强调：“看似简单的静电现象，背后是电场强度与分布的精密控制。” 二、课堂小练习，检测学习效果。 （一）、出示两道选择题：
1. 关于电场强度E，下列说法正确的是（ ）
A. E与试探电荷q成反比
B. E的方向总是与F方向相同
C. E由电场本身决定，与q无关
D. E是标量，只有大小没有方向
2. 在等量异种电荷连线中垂线上，电场强度方向（ ）
A. 平行于连线指向负电荷
B. 垂直于连线向外
C. 垂直于连线指向负电荷一侧
D. 处处为零
学生独立作答后，教师快速反馈，重点讲解易错点。 1. 联系实际，理解应用。
2. 独立完成练习，自我检测。
3. 听取讲解，订正错误。
4. 反思收获，整理笔记。
评价任务 应用理解：☆☆☆
答题正确：☆☆☆
反思调整：☆☆☆
设计意图 通过贴近生活的科技案例，展现物理知识的实际意义，增强学习动力；精选典型习题进行即时检测，帮助学生查漏补缺，巩固核心概念；实现“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念。
升华总结：场的世界
【3分钟】 一、回顾主线，结构化梳理。 （一）、串联知识脉络：
“今天我们踏上了一场探寻‘无形之力’的旅程：从静电现象出发，提出‘场’的存在；通过比值定义法，确立了电场强度E=F/q这一核心物理量；再借助电场线这一形象工具，描绘出电场的空间画卷。”
板书同步呈现三大模块：电场（存在）→ 电场强度（量化）→ 电场线（可视化）。
二、激励展望，情感升华。 （一）、寄语未来探索：
“爱因斯坦曾说：‘宇宙最不可理解之处，就在于它是可以理解的。’今天我们揭开了电场的一角面纱，但这仅仅是电磁世界壮丽图景的开始。下节课我们将继续深入，探讨电场中的能量——电势，看看电荷如何在这张无形的网上‘滑行’。愿你们始终保持好奇之心，像法拉第那样，敢于质疑，勇于构建，用理性之光照亮未知的领域。” 1. 跟随回顾，构建框架。
2. 聆听寄语，感悟哲理。
3. 整理思路，内化知识。
4. 展望后续，保持期待。
评价任务 知识整合：☆☆☆
情感共鸣：☆☆☆
学习期待：☆☆☆
设计意图 通过结构化回顾帮助学生形成清晰的知识网络；引用科学家名言进行激励性总结，提升科学情怀；自然衔接下一课时内容，保持学习连续性，实现认知与情感的双重升华。
作业设计
一、基础巩固
1. 判断下列说法是否正确，错误的请改正：
（1）电场强度E与试探电荷q成反比。（ ）
（2）电场线是真实存在的曲线。（ ）
（3）电场线越密的地方，电场强度越大。（ ）
（4）负电荷在电场中某点所受电场力的方向与该点电场强度方向相反。（ ）
2. 已知真空中一点电荷Q = +3.0 × 10 C，在距离其 0.3 m 的A点放置一试探电荷 q = +2.0 × 10 C。
（1）求A点的电场强度大小和方向。
（2）求试探电荷q在A点所受电场力的大小。
（k = 9.0 × 10 N·m /C ）
二、拓展探究
查阅资料或观看科普视频，了解以下任一设备的工作原理，并用本节课所学的电场知识进行简要解释（不少于100字）：
① 静电除尘器
② 电容式触摸屏
③ 粒子加速器中的电场加速段
【答案解析】
一、基础巩固
1. （1）错误。E由电场本身决定，与q无关。
（2）错误。电场线是假想的曲线，用于形象描述电场。
（3）正确。
（4）正确。
2. （1）E = kQ/r = (9.0×10 ) × (3.0×10 ) / (0.3) = 3.0×10 N/C，方向沿半径向外。
（2）F = qE = (2.0×10 ) × (3.0×10 ) = 6.0×10 N。
二、拓展探究
示例（静电除尘器）：含尘气体通过高压电极时，电极附近电场极强，使空气分子电离。粉尘颗粒吸附离子带电，在电场力作用下向集尘极移动并沉积，从而实现净化。此过程利用了强电场使气体电离及电场力驱动带电粒子的原理。
板书设计
§1.3 静电场 电场强度与电场线
一、电场（Electric Field）
● 定义：电荷周围存在的一种特殊物质
● 特性：客观存在，传递电荷间相互作用
二、电场强度（E）
● 定义式：E = F/q （矢量，单位：N/C）
● 方向：正电荷受力方向
● 点电荷场强：E = k|Q|/r
三、电场线（Electric Field Lines）
● 作用：形象描述电场分布
● 特点：
① 起于正电荷，止于负电荷
② 不相交
③ 切线方向 → E方向
④ 疏密程度 → E大小
[右侧留白区域用于配合讲解绘制典型电场线图示]
教学反思
成功之处
1. 实验导入有效激发兴趣，科学史融入提升了课堂文化厚度，学生参与度高。
2. 类比重力场成功搭建认知桥梁，电场强度的比值定义过程清晰，多数学生能理解其本质。
3. 电场线绘图活动充分调动学生主动性，合作氛围良好，作品完成度较高，空间观念得到有效训练。
不足之处
1. 对“电场是物质”的哲学层面阐释略显薄弱，部分学生仍存疑虑。
2. 电场强度叠加原理仅作提及，未深入展开，可能影响后续学习衔接。
3. 个别小组绘图时忽视对称性原则，教师巡视未能及时全面纠正。