5、电场强度

激疑4：电场能够对处于场中的电荷施加电场力的作用，这是电场的基本性质之一。电场线可以形象地描绘电场的这种特性的大致分布，但这种描绘是非常粗略的。如何精确地、定量地描绘电场的力的特性呢？

为了不致改变原来的电场，可以选择一个带电量很小、线度也很小的电荷q，分别放入带电体Q所产生的电场中的不同位置，观察电荷q受到的电场力有何特点。

(1)带电体Q叫做场源电荷，电荷q叫做检验电荷。

探究实验2：如图所示，使有绝缘支柱的大金属球带电作为场源电荷，使丝线吊着的小铝箔球带少量电荷，用它作为检验电荷q。把铝箔球放在电场中不同的方位，注意观察丝线的倾斜方向。然后将铝箔球逐渐远离场源电荷，观察丝线偏离竖直方向的角度。

实验表明：在电场中不同点，电场对检验电荷施加的电场力的大小和方向一般是不同的。可见不同点电场的性质是不同的。

讨论交流：那么能否用检验电荷受到的电场力来定量的、精确的描述电场的这一性质吗？

探究实验3：把铝箔球放在电场中同一位置，减小它的带电量，注意观察丝线的偏角。

实验表明：在电场中同一点，检验电荷所受电场力随它所带电量的减小而减小，所以，电场力不能用于描述电场本身的性质。要描述电场，需要找一个与检验电荷的电量无关而只由电场决定的物理量。

讨论交流：什么样的物理量符合这一要求呢？

如果我们能够做更精确的实验，就会发现：在电场中同一点，电场力不仅随检验电荷的电量的减小而减小，随电场力的增大而增大，而且跟检验电荷的电量之间总是存在这样的定量关系：

也就是说，在电场中同一点，电场力F与检验电荷q的比值是一个与检验电荷、电场力大小无关的量；而在电场中不同点，比值一般不同，因而该比值反映电场的性质。

(2)电场强度。

① 放入电场中某点的电荷受到的电场力F与它电荷量q的比值，叫做该点的电场强度，简称场强。符号为E；

② (定义式)；

③ 单位：N/C；

④ 大小：电场中某点的场强在数值上等于单位电荷在该点受到的电场力；⑤电场强度是矢量，规定电场中某点场强的方向为正电荷在该点受到的电场力的方向。

学生活动4：书示例1与示例2

总结:电场强度为电场的本身属性，其大小、方向均与检验电荷无关；但电场力的大小与电场该点的强弱、放入该点的电荷有关。

讨论交流：电场力和电场强度的区别。

4、电场线

激疑3：电场看不见，摸不着，想个什么样的方法来形象地描述它呢？

可以利用电场的基本性质，即利用电场对放入其中的电荷有力的作用来对电场进行探究。

演示实验4：把头发屑放在蓖麻油中，然后加上不同形状的高压电极，观察头发屑受到电场力的作用而重新排列形成的结果。如书图8-15所示。

学生活动1：将观察到的结果用简单的线条来进行描绘，需注意线条的疏密要在图上有所体现。然后教师展示书图8-16的图形，并请学生将自己所画的图形与图8-16中的对实验结果理想化描绘的图形相对比，体会从具体的实验图形到理想化图线的抽象过程。

讨论交流：谈一谈图8-16中的图形与图8-15中的实验结果的对应关系以及这些图形的特点。引导学生从受力的角度分析得出电场线的弯曲、疏密等特点。

用曲线来大致描绘电场的分布，这种方法是英国物理学家法拉第提出来的。

(1)形象描绘电场分布的曲线叫电场线。电场线并不真实存在，只是人们用来形象描绘电场对电荷作用力的方向与大小。

(2)为了表示电场力的方向，规定电场线上任一点的切线方向为该点正电荷受力方向。

学生活动2：根据电场线的方向规定在图8-16的曲线上添上箭头，用来表示电场线的方向。然后与图8-17进行对比。

(3)电场线的疏密表示电场的强弱。

学生活动3：画出一负电荷周围的电场线。

小组交流：总结电场线具有哪些特点？

(4)电场线的特点：

①电场线是假想的，不是真实的；②电场线起于正电荷止于负电荷，电场线不闭合；③电场线的疏密表示电场的强弱；④电场线不能相交；⑤电场线不能相切。

3、电场

激疑2：我们过去学过的弹力、摩擦力都是当一个物体与另一个物体接触时产生的，但是，电荷之间的相互作用力并不要求带电体相互接触。那么，带电体到底通过什么发生相互作用呢？

人们对这个问题的认识在历史上曾有过两种不同的观点。在法拉第之前，人们认为两个电荷之间的相互作用力是一种超距作用，也就是一个电荷对另一个电荷的作用力是隔着一定空间直接给予的，不需要中间什么媒介作传递，这种方式可以表示为：

电荷 　电荷

在19世纪30年代，法拉第提出一种观点，认为一个电荷周围存在着由它产生的电场，另外一个电荷受这个电荷的作用力就是通过这个电场的作用发生的，这种作用方式可以表示为：

电荷 　电场 　电荷

(1)电场：电荷在其周围空间产生的一种特殊物质。

(2)静电场：静止的电荷产生的电场。静电场是电场中的一类。

(3)电场的基本性质就是对放入其中的电荷有力的作用，这种作用力叫做电场力。

(4)对场的概念的理解：近代物理学的理论和实践已经完全证明了场的观点的正确性。场是“物质”──它和由分子、原子组成的实物一样具有能量、质量和动量，电场、磁场已被证明是一种客观存在的物质形态，电视台和无线电广播电台就是靠激发电磁场的方式发送各种节目信号的。虽然电磁场“看不见”“摸不着”，但是我们却可以在远离发射塔的地方，用电视机和收音机接受到它们发送的节目信号，这就是电磁场客观存在的很好例证。此外，重力场也是一种场。

2、电荷间的相互作用

(1)这种静止电荷之间的相互作用力叫做静电力。

(2)用静电力概念解释带电体吸引不带电的轻小物体的原因。

(3)定性探究影响静电力大小的因素

探究实验1：将一个带电小球放在O处，然后把另一个挂在丝线上的带同种电荷的小球先后挂在P₁、P₂、P₃等位置，比较小球在不同位置所受电场力的大小。保持小球处于P₁位置不变，不断增加放置在O处的带电小球的电量，观察悬挂小球的偏转情况。

实验结果：距离越近的小球,偏角越大；电量增加后，偏角也越大。

引导学生从受力分析入手，解释实验现象：F ＝ mg tanα，带电体间距离越小，偏角越大，这表明电荷间作用力越大；若带电体所带电荷量增大，偏角越大，表明受静电力作用越大。

结论：电荷之间相互作用力的大小与电荷间的距离有关，距离越小作用力越大；还与两电荷的带电量有关，电荷量越大作用力越大。

(4)点电荷

① 带电体的形状、大小与两个相互作用的带电体之间的距离相比要小得多，其对相互作用力的影响可以忽略，那么带电体可以看成为带有电荷的点，这样的带电体叫做点电荷。

② 点电荷间相互作用的作用力方向沿着两点电荷的连线，具体方向由相斥或相吸来判断。

③ 点电荷是一种理想模型。

讨论：一个带电体的体积很小，就可以认为它是一个点电荷，这种说法正确吗？

交流：点电荷是一种理想模型，实际上不存在。看成点电荷的带电体其大小具有相对的意义，带电体的尺寸不一定很小。

1、情景引入

演示实验1：请一位同学站在绝缘地板上，手摸着起电器的金属球，随着金属球带电量的增多，同学的头发会竖起来。

激疑1：在实验中，产生“电发”的原因是什么？

演示实验2：将两个小通草球(或表面涂有石墨的泡沫塑料小球)用丝线悬挂起来。用丝绸摩擦玻璃棒，使玻璃棒带电，并把玻璃棒上带的电传给其中一个小球。然后使两个小球接触，带上同种电荷。观察现象。

演示实验3：仍将两个小通草球悬挂起来，并使它们分别带上正电荷和负电荷。观察现象。

这些实验现象又说明什么？

电荷之间有相互作用力，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。

3、教学主要环节　 本设计采用情景引入--问题激疑--探究实验--建立概念--自主活动--加深理解的模式组织教学，整个教学过程可分为四个主要的教学环节：

第一环节，通过情景、提出问题和学生实验探究，定性得到电荷间的相互作用力的规律及影响其大小的相关因素。

第二环节，通过对电荷间的相互作用力的原因的思考、物理史实的介绍，建立电场的概念。

第三环节，通过用图线的方法描述电场力的作用效果，建立电场线的概念，并学会使用电场线形象地描述电场的强弱。

第四环节，利用比值定义法建立电场强度的概念，学会如何用场强的概念来精确地描述电场的强弱。

2．流程图说明

情景　 演示实验1

请一位同学站在绝缘地板上，手摸着起电器的金属球，随着金属球带电量的增多，同学的头发会竖起来。通过思考产生“电发”的原因，引入电荷间的相互作用。

活动Ⅰ　 探究实验1

比较小球B在同一带电小球A作用下，不同位置所受电场力的大小；保持小球B位置不变，不断改变带电小球A的电量，观察小球B的受力情况。

问题Ⅰ　 设问2

电荷之间的相互作用力并不要求带电体相互接触。那么，带电体到底通过什么发生相互作用呢？让学生从实际的例子出发去思考看不见的物质。

问题Ⅱ　 设问3

　 电场看不见，摸不着，想个什么样的方法来形象地描述它呢？从实际需要出发，激发学生学习电场线的兴趣。

活动Ⅱ　 学生活动1、2、3

　 先是尝试用线条描绘电场；然后将描绘的图线去和实验产生的实际图形进行比较，寻找电场线的特点；最后在学习了电场线的基础上进行练习。这3个层层递进的学生活动，模拟了电场线的产生过程，可以帮助学生对电场线的定义、特点产生较清晰的认识，并学会形象的表示不可见事物的方法。

问题Ⅲ　 设问4

　 如何精确地、定量地描绘电场的力的特性呢？在学习了电场线的基础上，进一步引起对电场描述方法的思考。电场的概念较抽象，学生第一次接触到对这类不可见事物的物理研究方法，因此通过问题首先激发他们对事物的研究学习兴趣，同时在问题的引导下感受并学习这些一般研究方法。

活动Ⅲ　 探究实验2、3

　 为了找到精确描述电场强弱的方法，仍从电场力角度入手，研究检验电荷在电场不同位置的受力情况；改变场源电荷的带电量，研究检验电荷在同一位置的受力情况。通过这些实验，引导学生发现电场力是一个与场源电荷、检验电荷都有关的物理量，要表示电场的特性，必需寻找一个与检验电荷q无关的物理量。

活动Ⅳ　 学生活动4

通过对书示例1与示例2的练习，知道电场强度是电场的本身属性，其大小、方向均与检验电荷无关，从而进一步理解电场强度的概念。

1、教学流程图

本设计的内容包括四个方面：一是定性探究影响电荷间相互作用力大小的因素，二是建立电场的概念，三是学会用电场线来形象描述电场的强弱，四是利用比值定义法建立电场强度的概念来精确地描述电场的强弱。

本设计的基本思路是：从定性探究实验入手，先研究影响电荷间相互作用力大小的因素；然后从电荷相互作用的原因引出电场概念的建立。学生第一次接触场的概念，对这类特殊物质几乎没有任何认识，如何正确描绘场这类不可见物质更是从来没有接触过的知识，因此为降低学生对抽象事物的认知困难，对电场的描述分为形象粗略描述和精确逐点描述两个层次。为形象描述电场的强弱，仍利用电场对电荷的作用进行探究，由实验图像抽象成了简洁明了的电场线；为进一步精确描述电场的强弱，继续由电场力入手，通过比值定义法建立了电场强度的概念。最后通过电场强度与电场力的比较，深入理解本设计所涉及的重要概念。

本设计要突出的重点是：电荷间相互作用力的大小与哪些因素有关，能用电场线和电场强度描绘电场。方法是：通过演示实验、学生活动、小组讨论交流等多种方式让学生经历概念从引出到建立的过程，感受物理学中研究问题是从需求出发。然后将概念的掌握分解成几个阶段，如电场线的建立过程经历了实验呈现物理图景、抽象成曲线、在线条上加上箭头表示方向成为具有物理含义的线条等三个过程，这样做是为了呈现知识的生成过程，而不是简单地告知结论，让学生对抽象概念的理解准确深入。并在任何一个概念建立的过程中，都始终引导学生从受力分析的角度去研究这些问题，这样不仅容易让学生从学过的知识迁移到新概念中去，而且体会到了分析场的力的性质时受力分析始终是基本方法，从而学会对些抽象概念的分析方法。

本设计要突破的难点是：电场概念和电场强度概念的建立。方法是：由于这两个概念比较抽象，学生在理解概念上感觉困难，因而从实验入手，强调概念建立的依据及如何从实验事实分析提炼。教学过程中首先加深学生对不可见的“场”的感知，在此基础上先由几个逐渐深入的问题激发出学生对未知事物的探究兴趣，然后再由学生之间的讨论交流、教师引导解释逐渐理清思路，明确概念。最后概念建立后，再通过一系列的辨析思考问题继续加深对概念的准确理解。

本设计强调用激疑、演示实验、学生探究实验、学生活动、讨论交流等多种活动形式来研究未知事物，包括一些抽象概念。通过学生亲身主动的参与，减少学生对抽象概念的畏难心理，激发他们的探究学习兴趣，在一系列的探究问题中不断思考深入，逐渐理解概念。

完成本设计的内容约需2课时。

3、录像：电场在生活中的应用。