教学设计 | 电场和电势的整体设计

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电场和电势是人教版必修三的第九、第十章核心内容，涉及库仑定律、电场强度、电场线、电势能、电势和等势面（线）等内容。这里突出和万有引力、重力势能的类比启发，强调比值定义法，在电场线的教学中注意从电场矢量过渡到电场线。

1. 库仑定律

强调“真空、静止和点电荷”，注意和万有引力类比，联系质点重点讨论点电荷理想化模型。介绍库仑扭秤实验通过悬丝扭转角度比较力大小的方法，通过对第三个小球作用力相等认识电荷分配法。

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试题研究 | 库仑的中和等分电荷分配规律

通过实验（王冬生老师操作，刘金山老师指导，笔者录制）认识导体和绝缘体在电荷分配时的区别。

铝箔纸团

塑料泡沫

从万有引力、库仑扭秤、库仑定律和卡文迪什测引力常量的时间跨度，和仅靠实验数据得出结论的局限性，获得一定的启发。

2. 电场强度

从场的引申义“特定的地点或范围”到“物质相互作用的范围”，通过篮球场、足球场拉进和学生的距离，再结合field的翻译（田地、力产生的区域），介绍场是一个能对物体产生影响的区域。介绍法拉第的观点，指出“电场看不见、摸不着，可通过电场施加的力和电场做的功来认识。”

静电力与试探电荷有关，不能描述电场本身的性质，通过比值的操作（除以q）就与试探电荷无关，比值本身与场源电荷成正比且与距离平方成反比，能够正确反映电场的强弱，自然给出电场强度的定义，强调电场（强度）矢量的方向规定为正电荷的受力方向，与负电荷的受力方向相反，同时得到点电荷电场的决定式。

利用有向线段直观反映电场矢量的大小和方向，从电场矢量过渡到电场线（参见费曼物理学讲义第二卷），再根据电场线返回去作出电场矢量，加深对电场线的理解。

通过类比认识实心均匀带电球内外的电场强度。

了解匀强电场的特点和产生方式。

3. 势能关系和电势能

从万有引力和静电力规律的相似性，联想到重力做功和静电力做功的相似性，得出静电力做功与路径无关。特意将示意图画得和重力做功基本一样，保持插图的一致性。接着讨论静电力做功与电势能相反的变化关系，突出仅在静电力做功的系统内动能和电势能相互转化，深化能量守恒思想。

4. 电势和电势差

参考电场强度的定义方法，通过试探电荷具有的电势能来认识电场的能的性质。为了和试探电荷无关反映电场本身的性质，将势能关系两边同时除以q。将单位电荷具有的电势能定义为电势，静电力对单位电荷做的功定义为电势差，进一步得到电势差等于电势之差。

讨论得出“沿着电场线电势降低”。

根据等势面的定义，在等势面上移动电荷，电势差为零，静电力不做功。因此静电力与速度垂直，电场力（沿电场线切线）也与速度垂直，即电场线总与等势面（线）垂直。

展示一个正负点电荷和一对点电荷的电场线和等势线，分析特点。

5. 电场强度和电势差的关系

比较两种计算静电力做功的方法，一种是利用力和位移的通用方法，第二种是利用电势差，得到电场强度等于电势差比沿电场线方向的距离d。等号的左边是一个矢量，右边是一个标量，一般只考虑矢量的大小，因此电势差要取正值，要先算正的电势差！（实际上，等号右边与电势差的梯度有关，也是一个矢量。强调这种顺序，为以后学习普通物理做准备）

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