人教版選修3-1 物理1.6 電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系 教案

1、電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系【教學(xué)目標(biāo)】一、知識與技能1理解勻強(qiáng)電場中電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系U=Ed，并且能夠推導(dǎo)出這個關(guān)系式。2會用關(guān)系式U=Ed進(jìn)行有關(guān)的計算。3理解電勢與場強(qiáng)無直接的關(guān)系。二、過程與方法通過推導(dǎo)電場強(qiáng)度與電勢差的關(guān)系，使學(xué)生的分析能力和推理能力得到進(jìn)一步培養(yǎng)三、情感、態(tài)度與價值觀通過從不同角度認(rèn)識電場強(qiáng)度與電勢、電勢差的關(guān)系，使學(xué)生在遇到具體問題時要注意分析，不要武斷地下結(jié)論，使學(xué)生養(yǎng)成多角度多方面看問題的學(xué)習(xí)品質(zhì)?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】U=Ed及其成立條件。【教學(xué)難點(diǎn)】電勢與場強(qiáng)無直接的關(guān)系；會用關(guān)系式U=Ed進(jìn)行有關(guān)的計算?！窘虒W(xué)方法】分析歸納法?！窘虒W(xué)過程】一、引入新課提問你學(xué)過哪

2、些描述電場性質(zhì)的物理量？學(xué)生答電場的兩大性質(zhì)：力的性質(zhì)，由電場強(qiáng)度描述，可用電場線形象表示；能的性質(zhì)：由電勢、電勢差描述，可用等勢面形象表示。提問等勢面有哪些特點(diǎn)？學(xué)生答等勢面的特點(diǎn)：沿等勢面移動電荷電場力不做功；等勢面與電場線垂直，且電場線從高電勢指向低電勢；任兩個等勢面不相交。過渡既然場強(qiáng)、電勢、電勢差都描述電場的性質(zhì)，它們之間一定存在關(guān)系、什么關(guān)系呢？下面我們就來推導(dǎo)它們間的關(guān)系。二、進(jìn)行新課1電場強(qiáng)度與電勢的關(guān)系教師：提出下列問題，學(xué)生討論（1）電場強(qiáng)度大的地方電勢是否一定高？反之？（2）電場強(qiáng)度為零的點(diǎn)電勢一定為零嗎？反之？學(xué)生：思考并回答上面的問題。E的值是客觀存在的，而電勢的值與

3、零電勢點(diǎn)選取有關(guān)，所以上述問題不可能有肯定答復(fù)。教師：那一般地，規(guī)定了無窮遠(yuǎn)處為零電勢點(diǎn)，上述問題如何？提示學(xué)生可從直觀表示它們的電場線和等勢面的分布圖討論。學(xué)生分析一些同學(xué)舉到了正點(diǎn)電荷電場的例子分析（1）：A點(diǎn)比B點(diǎn)所在處電場線密，EEAB而沿電場線方向電勢逐漸降低AB故E大處一定高。提醒學(xué)生注意不能從若干特殊例子隨便概括出帶有一般性的結(jié)論。要想肯定一個命題，必須做一般性的證明，要想否定一個命題，只要舉出一個反例即可。學(xué)生舉例有同學(xué)會想到負(fù)點(diǎn)電荷的電場。由圖可知：EECD而CD反之，學(xué)生由以上兩例分析得：高處E也不一定大。教師：總結(jié)，E大處不一定高，高處E也不一定大。引導(dǎo)對（2）的分析可從

4、等量同種、異種點(diǎn)電荷分析等量同種點(diǎn)電荷連線中點(diǎn)：根據(jù)場強(qiáng)的疊加，此點(diǎn)E=0，而選取一條無限接近該點(diǎn)的電場線可知：沿電場線方向電勢降低，至無窮遠(yuǎn)處為0，則該點(diǎn)0.UAB=WqEABqqAB等量異種點(diǎn)電荷連線中點(diǎn)：由圖知，兩點(diǎn)電荷連線的中垂線為一等勢面而伸向無窮遠(yuǎn)，此點(diǎn)=0，而由圖可得，此點(diǎn)E0.總結(jié)，E為零處不一定為零，為零處E不一定為零。結(jié)論：場強(qiáng)與電勢無直接關(guān)系。2電場強(qiáng)度與電勢差的關(guān)系教師：場強(qiáng)與電勢差也無直接關(guān)系嗎？如何進(jìn)行討論呢？學(xué)生思考后分析可仍從電場的等勢面和電場線的分布圖討論：等勢面上，每相鄰兩個等勢面間距表示它們間的電勢差，故可用等勢面的疏密來表示電勢差。由圖知，電場線密處，等

5、勢面也密，即場強(qiáng)大處，電勢差也大。教師：場強(qiáng)與電勢差有何定量關(guān)系？引導(dǎo)學(xué)生討論在勻強(qiáng)電場中它們間的關(guān)系。根據(jù)電勢差的定義式，得EAB師生互動，得出總結(jié)用d表示AB在場強(qiáng)方向上的距離AB，則上式可寫為：UAB=Ed教師：上式是在勻強(qiáng)電場中推出的，它適用于非勻強(qiáng)電場嗎？學(xué)生：思考、討論后回答：不適用。因為在非勻強(qiáng)電場中，電荷從A移至B的過程中，受的電場力為變力，W電場不能寫成Fs。電場強(qiáng)度與電勢差的關(guān)系：UAB=Ed。但要注意：只適用于勻強(qiáng)電場d：沿電場方向的距離問題由U=Ed，得到：EAB是什么？UAB，這個式子表示什么含義？從式子中可看出E的單位d引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)1V/m=1N/C，1V/m=1J

6、11學(xué)生答在勻強(qiáng)電場中，電場強(qiáng)度在數(shù)值上等于沿電場方向每單位距離上的電勢差。由EUAB，可得E的單位為V/m，即1V/m=1N/CdJNAsmCmC【課堂小結(jié)】教師活動：讓學(xué)生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。請一個同學(xué)到黑板上總結(jié)，其他同學(xué)在筆記本上總結(jié)，然后請同學(xué)評價黑板上的小結(jié)內(nèi)容。學(xué)生活動：認(rèn)真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己這節(jié)課的體會寫下來、比較黑板上的小結(jié)和自己的小結(jié)，看誰的更好，好在什么地方。點(diǎn)評：總結(jié)課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生概括總結(jié)能力。教師要放開，讓學(xué)生自己總結(jié)所學(xué)內(nèi)容，允許內(nèi)容的順序不同，從而構(gòu)建他們自己的知識框架?！締栴}探究】【例1】如圖，在勻強(qiáng)電場中的M、N兩點(diǎn)距離為2cm，兩點(diǎn)間的電勢差為5

7、V，M、N連線與場強(qiáng)方向成60角，則此電場的電場強(qiáng)度多大？U解：根據(jù)EMN，得dEUMNMNcos605=500V/m。21020.5【例2】如圖所示，在場強(qiáng)為E40103N/C的勻強(qiáng)電場中有相距5cm的AB兩點(diǎn)，兩點(diǎn)連線與電場強(qiáng)度成30角。求AB兩點(diǎn)間的電勢差。解析：AB連線不沿電場方向，不能直接用公式UEd計算AB兩點(diǎn)間的電勢差。根據(jù)AB勻強(qiáng)電場的等勢面是與場強(qiáng)方向垂直的平面這一性質(zhì)，可過B點(diǎn)作一等勢面，在等勢面上找一點(diǎn)B，使AB的連線沿場強(qiáng)方向，求UAB即可。解：過B點(diǎn)作一垂直于電場線的平面即等勢面，過A點(diǎn)作電場線的平行線，二者交于B點(diǎn)，如圖，顯然,UBBABUABU2ABEABEABc

8、os304.01030.053N/C=17102N/C說明：用本節(jié)的兩個公式解題一定要注意適用條件，還要注意必須使用國際單位。通過此題可以看出場強(qiáng)方向是電勢降落最快的方向，即是通過相同距離電勢降落最大的方向。這個結(jié)論對非勻強(qiáng)電場也成立?！纠?】圖中，ABC三點(diǎn)都在勻強(qiáng)電場中，已知ACBC，ABC=60，BC20cm。把一個電量q=10-5C的正電荷從A移到B，靜電力做功為零；從B移到C，靜電力做功為1.73103J，則該勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大小和方向是（）。A865V/m，垂直AC向左B865V/m，垂直AC向右C1000V/m，垂直AB斜向上D1000V/m，垂直AB斜向下解析：把電荷q從A移到B

9、電場力不做功，說明AB兩點(diǎn)在同一等勢面上。因該電場為勻強(qiáng)電場，等勢面應(yīng)為平面，故圖中直線AB即為等勢線，電場方向應(yīng)垂直于等勢面，可見，選項AB不正確。UBCW1.73103BCq105V=-173V，B點(diǎn)電勢比C點(diǎn)低173V，因電場線指向電勢降低方向，所以場強(qiáng)方向必垂直于AB斜向下。場強(qiáng)大小E1730.23UUdBCsin60CBCB=2V/m=1000V/m。說明：本題涉及到較多的知識點(diǎn)，如電場線、等勢面、靜電力做功、電勢差、電場強(qiáng)度與電勢差的關(guān)系，等等。解題時要把握準(zhǔn)特點(diǎn)，如等勢面的特點(diǎn)：在等勢面上移動電荷靜電力不做功、勻強(qiáng)電場的等勢面是一族平面、電場線與等勢面垂直等；搞清楚關(guān)系，如電場線與等勢面的關(guān)系、電場強(qiáng)度與電勢差的關(guān)系、靜電力做功與電勢差的關(guān)系等。對這些知識及其內(nèi)在聯(lián)系的學(xué)習(xí)和理解，是解決復(fù)雜問題的基礎(chǔ)。【拓展延伸】場強(qiáng)與電勢的比較：電場強(qiáng)度E電勢1描述電場的力的性質(zhì)描述電場的能的性質(zhì)電場中某點(diǎn)的場強(qiáng)等于放在該點(diǎn)的電場中某點(diǎn)的電勢等于該點(diǎn)跟選定的點(diǎn)電荷所受的電場力F跟點(diǎn)電荷電標(biāo)準(zhǔn)位置（零電勢點(diǎn)）間的電勢差。2量q的比值，EFq，E在數(shù)值上，在數(shù)值上等于單位正電荷q34等于單位正電荷所受的電場力矢量單位：N/C；V/m所具有的電勢能標(biāo)量伏（1V1J/C)5電勢沿著電場強(qiáng)度的方向降落【教學(xué)反思】電勢差和電場強(qiáng)度是重要的概念，因為它們分別描述了電