（高中物理）專題·靜電場(chǎng)復(fù)習(xí)課

1、專題·靜電場(chǎng)復(fù)習(xí)課一、教學(xué)目標(biāo)1在物理知識(shí)方面要求加深理解電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)、電勢(shì)差、電勢(shì)能、電容等重點(diǎn)概念2在熟練掌握上述概念的根底上，能夠分析和解決一些物理問題3通過復(fù)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生歸納知識(shí)和進(jìn)一步運(yùn)用知識(shí)的能力，學(xué)習(xí)一定的研究問題的科學(xué)方法二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析概念的綜合性運(yùn)用三、教具投影片(或小黑板)四、教學(xué)過程設(shè)計(jì)(一)引入新課1提問：靜電場(chǎng)一章中的概念有哪些？它們?nèi)绾伪硎觯克鼈冎g有什么聯(lián)系？2歸納上述內(nèi)容如下表(見投影片)適當(dāng)講述后，應(yīng)著重講清每個(gè)概念的物理含義以及概念間的聯(lián)系和區(qū)別(二)主要教學(xué)過程設(shè)計(jì)1靜電場(chǎng)特性的研究研究方法(一)用電場(chǎng)強(qiáng)度e(矢量)從力的角度研究電場(chǎng)，電場(chǎng)

2、強(qiáng)度e是電場(chǎng)本身的一種特性，與檢驗(yàn)電荷存在與否無關(guān)e是矢量要區(qū)別公式e=f/q(定義式)、e=kq/r2(點(diǎn)電荷電場(chǎng))、e=u/d(勻強(qiáng)電場(chǎng))的物理意義和適用范圍e既然是矢量，那么如何比較電場(chǎng)中任兩點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小和方向呢？啟發(fā)學(xué)生用多種方法判斷然后將學(xué)生答復(fù)內(nèi)容歸納可能方法有：(1)判斷電場(chǎng)強(qiáng)度大小的方法根據(jù)定義式e=f/q；點(diǎn)電荷電場(chǎng)，e=kq/r2；勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)處處相等，且滿足e=u/d；電場(chǎng)線密(疏)處場(chǎng)強(qiáng)大(小)(2)判斷電場(chǎng)強(qiáng)度方向的方法正電荷所受電場(chǎng)力的方向即是該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向；電場(chǎng)線上每一點(diǎn)的切線方向即是該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向；電勢(shì)降低最快的方向就是場(chǎng)強(qiáng)的方向是非題(投影片)(由學(xué)生口答并

3、簡(jiǎn)要說明理由)：(a)假設(shè)將放在電場(chǎng)中某點(diǎn)的電荷q改為-q，那么該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小不變，方向與原來相反(×)(b)假設(shè)取走放在電場(chǎng)中某點(diǎn)的電荷，那么該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度變?yōu)榱?×)(c)無論什么電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)的方向總是由高電勢(shì)面指向低電勢(shì)面()(d) a、b為某一電場(chǎng)線(直線)上的兩點(diǎn)，由此可知，a、b兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向相同，但ea和eb的大小無法比較()(e)沿電場(chǎng)線方向，場(chǎng)強(qiáng)一定越來越小(×)(f)假設(shè)電荷q在a處受到的電場(chǎng)力比在b點(diǎn)時(shí)大，那么a點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度比b點(diǎn)的大()(g)電場(chǎng)中某點(diǎn)電場(chǎng)線的方向，就是放在該點(diǎn)的電荷所受電場(chǎng)力的方向(×)研究方法(二)：用電勢(shì)

4、u(標(biāo)量)從能的角度研究電場(chǎng)，電勢(shì)u是電場(chǎng)本身的一種特性，與檢驗(yàn)電荷存在與否無關(guān)u是標(biāo)量規(guī)定：無限遠(yuǎn)處的電勢(shì)為零電勢(shì)的正負(fù)和大小是相對(duì)的，電勢(shì)差的值是絕對(duì)的實(shí)例：在+q(-q)的電場(chǎng)中，u0(0)電勢(shì)能是電荷和電場(chǎng)所組成的系統(tǒng)共有的規(guī)定：無限遠(yuǎn)處的電勢(shì)能為零電勢(shì)能的正負(fù)和大小是相對(duì)的，電勢(shì)能的差值是絕對(duì)的實(shí)例：+q在+q(-q)的電場(chǎng)中，p0(0)；-q在+q(-q)的電場(chǎng)中，p0(0)提出的問題：(1)如何判斷電勢(shì)的上下？啟發(fā)學(xué)生用多種方法判斷然后將學(xué)生答復(fù)內(nèi)容歸納可能方法有：根據(jù)電勢(shì)的定義式u=w/q，將+q從無窮遠(yuǎn)處移至+q電場(chǎng)中的某點(diǎn)，外力克服電場(chǎng)力做功越多，那么該點(diǎn)的電勢(shì)越高；將q、

5、p帶符號(hào)代入u=p/q計(jì)算，假設(shè)u0(0)，那么電勢(shì)變高(低)；根據(jù)電場(chǎng)線方向，順(逆)著電場(chǎng)線方向，電勢(shì)越來越低(高)；根據(jù)電勢(shì)差，假設(shè)uab0(o)，那么uaub(uaub)；根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)方向，場(chǎng)強(qiáng)方向即為電勢(shì)降低最快的方向(2)怎樣比較電勢(shì)能的多少？啟發(fā)學(xué)生用多種方法判斷，將學(xué)生答復(fù)歸納，可能方法有：可根據(jù)電場(chǎng)力做功的正負(fù)判斷，假設(shè)電場(chǎng)力對(duì)移動(dòng)電荷做正(負(fù))功，那么電勢(shì)能減少(增加)；將q、u帶符號(hào)代入p=qu計(jì)算，假設(shè)p0(0)，那么電勢(shì)能增加(減少)判斷題(投影片)現(xiàn)將一個(gè)正電荷從無窮遠(yuǎn)處移入電場(chǎng)中m點(diǎn)，電場(chǎng)力做功為×10-7j將另一個(gè)等量的負(fù)電荷從無窮遠(yuǎn)處移入電場(chǎng)中n點(diǎn)，電場(chǎng)

6、力做功為-8×10-7j，那么正確的結(jié)果是     啟發(fā)學(xué)生分析：首先，從電場(chǎng)力做功的正負(fù)判斷該電場(chǎng)的性質(zhì)及其方向；然后，從電勢(shì)的物理意義確定m、n點(diǎn)的位置，可得正確答案為c判斷題(投影片)1以下說法中至少有一個(gè)是正確的a將一電荷勻速地從電場(chǎng)中的a點(diǎn)移至b點(diǎn)，外力所做的功等于該電荷電勢(shì)能的變化量b電荷在電場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)，假設(shè)電場(chǎng)力對(duì)電荷做正功，電荷的電勢(shì)能一定減小，但電荷的動(dòng)能不一定減小c把兩個(gè)異號(hào)電荷靠近時(shí)，電荷電勢(shì)能增大d假設(shè)電場(chǎng)中a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為零，那么同一點(diǎn)電荷在a、b兩點(diǎn)所具有的電勢(shì)能必定相同2如圖1所示，在點(diǎn)電荷+q形成的電場(chǎng)中有一個(gè)帶電粒

7、子通過，其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖中實(shí)線所示，虛線表示電場(chǎng)的兩個(gè)等勢(shì)面，那么a等勢(shì)面電勢(shì)uaub，粒子動(dòng)能ekaekbb等勢(shì)面電勢(shì)uaub，粒子動(dòng)能ekaekbc等勢(shì)面電勢(shì)uaub，粒子動(dòng)能ekaekbd等勢(shì)面電勢(shì)uaub，粒子動(dòng)能ekaekb啟發(fā)學(xué)生分析、討論，應(yīng)使每個(gè)問題的答復(fù)，有一定的理論依據(jù)，其中答案：1a、b、d，2a2靜電場(chǎng)的應(yīng)用舉例請(qǐng)學(xué)生舉例，然后歸納，最后重點(diǎn)討論以下內(nèi)容：(1)帶電粒子在電場(chǎng)中的平衡問題；(2)帶電粒子在電場(chǎng)中的非平衡問題；(3)電容器師生共同分析討論：(1)平衡問題注意：共點(diǎn)力平衡條件；有固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸物體平衡條件例題(投影片)用兩根輕質(zhì)細(xì)線把兩個(gè)質(zhì)量未知的帶電小球懸掛起來

8、，a球帶電+q，b球帶電-2q，且兩球間的庫侖力小于b球受的重力，即兩根線都處于豎直繃緊狀態(tài)假設(shè)突然增加一個(gè)如圖2中所示的水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)，待最后平衡時(shí)，表示平衡狀態(tài)的圖可能是分析及解答：先要求學(xué)生答復(fù)對(duì)a、b單獨(dú)分析有時(shí)易錯(cuò)可啟發(fā)，a和b組成的系統(tǒng)為研究對(duì)象，進(jìn)行分析最為簡(jiǎn)捷正確答案應(yīng)選d圖3為d狀態(tài)時(shí)的受力圖，以示驗(yàn)證其余留課后驗(yàn)證(2)非平衡問題例題(投影片)把一個(gè)帶正電荷q的小球用細(xì)線懸掛在兩塊面積很大的豎直平行板間的o點(diǎn)小球質(zhì)量m=2g，懸線長(zhǎng)l=6cm，兩板間距離d=8cm當(dāng)兩板間加上u=2×103v的電壓時(shí)，小球自懸線水平的a點(diǎn)由靜止開始向下運(yùn)動(dòng)到達(dá)o點(diǎn)正下方的b點(diǎn)時(shí)

9、的速度剛好為零如圖4所示以后一直在a、b 間來回?cái)[動(dòng)(取g=10m/s2)求：(1)小球所帶的電量(2)擺動(dòng)過程中小球的最大速度(1)取小球作研究對(duì)象重力mg豎直向下，電場(chǎng)力eq水平向左，繩的拉力t當(dāng)小球由a向b運(yùn)動(dòng)過程中，重力mg對(duì)小球做正功mgl，電場(chǎng)力eq對(duì)小球做負(fù)功-eql，拉力t隨時(shí)變化，但因拉力t與運(yùn)動(dòng)方向垂直，故不做功因此，小球做變速運(yùn)動(dòng)起初于a點(diǎn)時(shí)速度為零，到達(dá)b點(diǎn)速度又是為零根據(jù)動(dòng)能定理w=ek有mg l-eq l0聯(lián)立兩式可得(2)設(shè)在下落角為的c點(diǎn)處小球速度達(dá)最大值v，如圖5(a)所示因在小球運(yùn)動(dòng)過程中，張力為變力，但此張力對(duì)小球所做的功恒等于零，故采用功能定理時(shí)可不考慮

10、張力對(duì)小球自a至c的過程運(yùn)用動(dòng)能定理，有當(dāng)mv2/2達(dá)極大值時(shí)，左式也達(dá)極大值如圖5(b)所示，在mno中，代入*式，那么其左式變?yōu)轱@然，當(dāng)+=/2時(shí)，左式達(dá)極大值，即nmo=tan-1(mg/qe)，代入數(shù)據(jù)，得=/4；再代入*式解得v/s引導(dǎo)學(xué)生分析總結(jié)帶電粒子在電場(chǎng)中的平衡問題與平衡問題的解題思路與方法為此，請(qǐng)看下例(投影片)一場(chǎng)強(qiáng)e大小未知的水平勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)e隨時(shí)間t變化的情況如圖6所示t=0時(shí)，一正離子在未知電場(chǎng)中由靜止開始運(yùn)動(dòng)，經(jīng)2t1時(shí)間，正離子剛好回到最初t=0時(shí)的位置，此時(shí)它的動(dòng)能為e，求在0t和t12t1兩段時(shí)間內(nèi)，電場(chǎng)力對(duì)正離子做的功各是多少？解：處理帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)

11、動(dòng)的再一條思路是：從沖量的觀點(diǎn)分析帶電粒子的運(yùn)動(dòng)，運(yùn)用動(dòng)量定理的知識(shí)，求解帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的問題把上述思路用于此題，在0t1時(shí)間內(nèi)，設(shè)正離子的質(zhì)量為m，受到的電場(chǎng)力大小為f1，發(fā)生的位移大小為s，所到達(dá)的速度大小為v1，在這段時(shí)間t1內(nèi)，電場(chǎng)力f1對(duì)正離子做正功，同時(shí)對(duì)正離子施以了沖量，據(jù)動(dòng)能定理和動(dòng)量定理分別有在t12t2時(shí)間內(nèi)，設(shè)正離子受到的電場(chǎng)力大小為f2，回到最初位置時(shí)速度的大小為v2，在這段時(shí)間內(nèi)，正離子的位移為-s，與它受到的電場(chǎng)力f2方向相同，故電場(chǎng)力f2對(duì)正離子仍做正功，同時(shí)對(duì)正離子也施以了沖量同理有由式解得：f2=3f1，(f1+f2)s=e，據(jù)此兩段時(shí)間內(nèi)電場(chǎng)力對(duì)正離子

12、做的功分別為從此題還可看出，在運(yùn)用沖量的觀點(diǎn)分析帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)，往往需要同時(shí)運(yùn)用能量的觀點(diǎn)，即同時(shí)運(yùn)用動(dòng)量定理和動(dòng)能定理求解帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的問題，對(duì)于這一運(yùn)用特點(diǎn)和思路要注意領(lǐng)會(huì)和掌握(3)平行板電容器在單個(gè)平行板電容器的問題中，有一些不僅是涉及電容定義式和決定式綜合運(yùn)用的內(nèi)容，而且還要涉及對(duì)兩板間電場(chǎng)中的場(chǎng)強(qiáng)、電勢(shì)、電荷的電勢(shì)能分析比較的內(nèi)容，分析處理這類電容器問題的思路要點(diǎn)是：先分析電容器的不變量這里所說的不變量是指：假設(shè)電容器的兩板始終接在電源的正負(fù)極上，加在電容器兩板間的電壓u那么是不變的；假設(shè)電容器充電后與電源別離，電容器所帶的電量q那么是不變的電壓u的變化(當(dāng)q不變

13、時(shí))e的變化，分析p點(diǎn)電勢(shì)時(shí)，先分析p點(diǎn)與接地極板間電勢(shì)差upo=ed(d為p點(diǎn)到接地極板的距離)的變化，假設(shè)p點(diǎn)電勢(shì)高于零電勢(shì)，再由upo=up-uo分析p點(diǎn)電勢(shì)up的變化；假設(shè)p點(diǎn)電勢(shì)低于零電勢(shì)，那么由upo=uo-up分析p點(diǎn)電勢(shì)up的變化(請(qǐng)看投影片)如圖7，平行板電容器充電后與電源別離，上板帶負(fù)電，下板帶正電且與大地相接，在兩板間固定著一個(gè)負(fù)電荷(電量很小)，現(xiàn)將電容器兩板水平錯(cuò)開一段距離(兩板間距保持不變)，那么          a電容器兩板間電壓變大b電容器兩板間的場(chǎng)強(qiáng)變大c負(fù)電荷所在處的電勢(shì)升高d

14、負(fù)電荷的電勢(shì)能變大先組織討論，然后歸納，根據(jù)上述思路，此題中電容器所帶的電量q不變，當(dāng)電容器兩板水平錯(cuò)開時(shí)，兩極板的正對(duì)面積s減??；由電容決定式判知，電容器的電容c變小，再由電容定義式判知，電容器兩板由“沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低判知，負(fù)電荷所在處的電勢(shì)低于零電勢(shì)，故負(fù)電荷所在處的電勢(shì)uq=-ed，式中d為負(fù)電荷所在處到電容器下板(即電勢(shì)零點(diǎn))的距離由此式可判知，隨著兩板間場(chǎng)強(qiáng)e的變大，負(fù)電荷所在處的電勢(shì)降低，再由“負(fù)電荷放于電勢(shì)低處比放于電勢(shì)高處電勢(shì)能大判知，該負(fù)電荷的電勢(shì)能變大綜上可知選項(xiàng)a、b、d正確通過以上問題的分析、討論，使學(xué)生根本能夠搞清楚幾個(gè)主要表達(dá)式之間的關(guān)系為了進(jìn)一步說明電容器的電

15、容與相關(guān)量的變化規(guī)律，還可提出以下問題打出下一個(gè)投影片如圖8所示，當(dāng)平行板電容器帶電后，靜電計(jì)的指針偏轉(zhuǎn)一定角度假設(shè)不改變a、b兩極板帶的電量而減少兩極板間的距離，同時(shí)在兩極板間插入電介質(zhì)，那么靜電計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)角度           a一定減小b一定增大c一定不變d可能不變首先，組織學(xué)生討論：靜電計(jì)指針偏轉(zhuǎn)一定角度；不改變a、b板帶電量；減少兩板間距離；在兩板間插入電介質(zhì)以上內(nèi)容，各表達(dá)了哪些物理量的變化情況？它們之間是如何影響的？學(xué)生通過思考，列方程、討論分析結(jié)果，會(huì)找出答案，選a將上述內(nèi)容歸納后看投影片如圖9所示，把電容為c的電容器接在電壓為u的電路中，討論在以下情況下，電容器的電容、帶電量和電勢(shì)差的變化(1)接通s，使電容器的兩極板間距離減為原來的一半(2)s接通后再斷開，使電容器兩極板的正對(duì)面積減為原來的一半首先，請(qǐng)同學(xué)思考，然后同桌互相交流啟發(fā)，最后找兩個(gè)學(xué)生將討論過程及結(jié)果寫在黑板上(1)u不變由c1/d，且d=d/2，故c=2c由cq知，q