2021学年第3节 电势差与电场强度的关系教案设计

这是一份2021学年第3节 电势差与电场强度的关系教案设计，共6页。教案主要包含了电势差与静电力做功等内容，欢迎下载使用。

1．理解电势差的概念，知道电势差与电势零点的选择无关。
2．掌握两点间电势差的表达式，知道两点之间电势差的正负与这两点的电势高低之间的对应关系。
3．会用UAB＝φA－φB及UAB＝进行有关计算。
4. 定性掌握电势差与场强的关系。
5．定量掌握匀强场中电势差与场强的关系。
教学重难点
教学重点
场强方向——电势降低最快的方向；E＝Fq、E＝kQ/r2和E＝U/d公式的区别和联系。
教学难点
U=E·d中d为沿场强方向的距离、电势差公式的综合应用。
教学准备
多媒体课件等。
教学过程
新课引入
教师活动：展示吊脚楼的图片。
教师口述：在对吊脚楼进行测量时，若测量起点改变，则吊脚楼上A点和B点的高度也相应改变，但A、B两点的高度差h是一定的。同样，在电场中，选择不同的位置作为零电势点，电场中同一点的电势是不同的，但电场中两点间电势的差值不会变。电势的差值又有什么意义呢？
讲授新课
一、电势差与静电力做功
教师活动：电势能和电势直观的描述了电场中能量和位置的关系，都需要提前确定零点，那么接下来我们来学习电场中描述位置变化且与零点无关的量—电势差。
定义：在电场中，两点之间电势的差值叫作电势差，电势差也叫作电压。
定义式：UAB=φA-φB
单位：伏特(V) 1V=1J/C
标量：正负代表一点比另一点电势高或低。(注：UAB大于0，说明A点电势大于B点电势，反之UAB小于0，说明A点电势小于B点电势。)
比值定义法：电荷q在电场中由一点A移动到另一点B时，电场力所做的功WAB与电荷量q的比值WAB/q，叫做A，B两点间的电势差。
UAB=WABq
决定因素：WAB跟路径无关，UAB也是跟路径无关；且跟WAB和q都无关，只是由电场本身和两点位置有关。
电场力做功：WAB=qUAB (注意：计算时将UAB和q的正负号代入。所以电场力做功与路径无关，只与两点间的电势差和电荷量有关。)
教师活动：能量除了焦耳，还有一个单位，叫电子伏特，符号为eV，1eV表示一个电子在电势差为1V的两点间移动时静电力所做的功的大小，1eV=1.6×10-19 J.
教师活动：我们前面学习了电势和电势能类比于高度和重力势能，那么电势差和什么类比呢？
学生回答：高度差。
教师带领学生一起总结类比来理解电势差。
高度差与电势差的比较
教师活动：通过上面的比较同学们想想，高度差、高度与零高度点的选择有关吗？
电势差、电势与零电势点的选择有关吗？
学生讨论回答：电势和高度都具有相对性，与参考点的选择有关，而电势差和高度差与参考点的选择无关。
二、匀强电场中电场强度与电势差的关系
老师：如果沿场强方向移动电荷，根据学过的内容能得出哪些关系。
如图，表示某一匀强电场的等势面和电场线。沿场强方向把正电荷q由A点移动到B点，设A、B两点间的距离为d，电势差为U，场强为E。则电场力所做的功为
从力的角度：Ｗ=Fd=qEd
从能的角度：Ｗ=qU
两式联立得：U=Ed
结论：匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点沿电场方向的距离的乘积。
表达式： U=Ed E=Ud
注意：U=Ed和E=U/d的适用条件是：
(1)匀强电场；
(2)d是沿场强方向的两点间的距离。
单位关系：1 V/m=1 N/C
通过上面的推导我们可以看出在匀强电场中，沿电场线移动电荷时，电势差是等于电场强度和移动距离的乘积的。
老师：要是不是沿电场线移动电荷，又该怎么推导呢？那位同学来帮大家推导一下。
学生：踊跃举手。
老师给出题目，挑选一个程度较好的学生上黑板推导。
如图，在匀强电场E中，有相距为L的A、B两点，两点连线与场强方向成α角。则A、B两点间的电势差为U=EL，对不对？
从力的角度：ＷAB =FLcsα=qELcsα
从能的角度：ＷAB = qUAB
由上两式得：UAB=ELcsα(Lcsα为沿场强方向上的距离)
老师总结：根据电场线跟等势面垂直这一性质，可过B点作一等势面，在等势面上找一点Bˊ，使A、Bˊ的连线沿场强方向。B、Bˊ的电势相等。
所以UAB=UABˊ=EdE。
所以UAB=ELcsα=EdE或E=UAB／dE(dE沿场强方向的距离)。
老师：在匀强电场中，电场强度的大小等于两点之间的电势差与两点沿电场强度方向的距离之比。也就是说，电场强度在数值上等于沿电场方向单位距离上降低的电势。
老师：到现在我们学习了电场的三个公式，那么这三个公式有什么相同和不同的地方呢？下面我们一起来总结一下。
老师：通过总结我们知道电场的三个公式有不同的含义和适用范围，对于不同的题型和条件使用不同的公式是解题的关键点。
典题剖析
例1 在电场强度为600N/C的匀强电场中，A、B两点相距5cm，若A、B两点连线是沿着电场方向时，则A、B两点的电势差是_______V。若A、B两点连线与电场方向成60°时，则A、B两点的电势差是________V；若A、B两点连线与电场方向垂直时，则A、B两点的电势差是________V。
例2 如图所示为一个水平的匀强电场，在电场内某水平面上做一个半径为10 cm的圆，在圆周上取如图所示的A、B、C三点，已知A、B两点间电势差为1350 V。
(1)求匀强电场的场强大小；
(2)若在圆心O处放置电荷量为1×10－8 C的正点电荷，求C点电场强度的大小和方向。(结果保留3位有效数字)
课堂小结
高度差
电势差
高度差hAB=hA-hB
电势差UAB=φA-φB
高度hA=hAO=hA -hO
φA=UAO=φA-φO
hA=hAO =WAO/G
φA=UAO=WAO/q
一般取地面或最低点为参考点
一般取无穷远或电场中接地点为参考点