人教版 (2019)3 电势差与电场强度的关系教案

这是一份人教版 (2019)3 电势差与电场强度的关系教案，共6页。


《电势差与电场强度的关系》是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》必修课程必修3模块中“静电场”主题下的内容。课程标准要求为：知道匀强电场中电势差与电场强度的关系。《普通高中物理课程标准(2017年版)解读》对课程的标准的解读为：通过对匀强电场中电势差与电场强度关系的分析研究，知道电场力做功与电势差的定量关系。会用等势面描绘静电场，了解电场线和等势面的关系。知道匀强电场中电势差与电场强度的定量关系，了解非匀强电场中电势差与电场强度的定性关系。通过分析电场线和等势面之间的关系、电势差与电场强度的关系，体会科学研究应该从不同角度展开。
教材先引入电场强度描述电场力的特性，再引入电势描述电场的能的特性，建立起电势差与电场强度间的关系，构建电场的“力”与“能”两方面间的联系，帮助学生整体认识电场。本节重点是从静电力做功推导U=Ed关系，难点是理解电场强度新的物理意义：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。
在知识层面，学生学习了描述电场力性质的物理量——电场强度和描述电场能的性质的物理量——电势，知道静电力做功WAB=UABq。学生理解功的含义等于力和沿力方向位移的乘积。以匀强电场为例，学生推理分析UAB=Ed，需要注意d是沿电场方向的距离，UAB大于零。非匀强电场中不能直接利用UAB=Ed，但仍可定性分析。学生多次接触微元法，可用微元法选取极短距离，近似认为电场强度不变，当电势差不变时，电场强度越小，等势面的距离增大。
1.学生经历探究匀强电场中电势差与电场强度的定量关系的过程，理解关系式的意义。
2.学生知道电场强度另一个单位“伏每米”的物理意义。
教学重点：在匀强电场中推导U=Ed
教学难点：电场强度的物理意义：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.
教学方法：讲授法、实验探究法、启发式教学
情境：展示导体的等势面和电场线。
师：带电体相邻等势面间的电势差相等。观察等势面疏密和电场线疏密，你有何发现？
生：电场线稠密处，等势面的间距较小，等势面稠密；电场线稀疏处，等势面间的距离较大。
师：电场线和等势面的疏密情况规律相同。电场强度和电势分别从力和能的角度描述电场的性质。电场强度和电势有什么联系？这是本节要学习的内容。
展示下图投影：
能量
功
力
电势φ
电场强度E
电场
位移
？
师：能量的变化以做功方式实现，功是力和位移的乘积，功和能量间通过位移联系。在电场中，电势描述电荷的能量，电场强度描述电荷受到的力。将能量和力的关系应用到电场中，电势和电场强度必然存在联系，这种联系和“距离”物理量有关。
思考与讨论：如何寻找电势和电场强度的关系？基本思路是什么？
学生活动：学生交流分享彼此的想法。电势和电势能有关，电势能减少量等于静电力做功。静电力做功等于静电力与位移的乘积。静电力等于电场强度与电荷量的乘积.通过静电力做功分析电势和电场强度的关系。
1.电势差与电场强度关系
情境：空间有一匀强电场E，将带正电的点电荷q从电场中的A点移动到B点。
A
E
B
l
α
问题1：根据功的含义，电场对点电荷做多少功？
问题2：若A、B两点的电势差为UAB，静电力做多少功？
问题3：对比功的表达式，你能得到什么结论？
归纳总结：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距离的乘积/
U=Ed
其中d为电场强度方向的距离。
问题4：由E= eq \f(U,d) ，电场强度的单位是什么？你能证明该单位与N/C相等吗？
1V/m=1N/C
证明：1V/m=1 eq \f(J,C·m) =1N/C
【例题】真空中平行金属板MN间距d=0.04m，质量为2×10-15kg的带正电粒子位于M板旁，电荷量q=8×10-15C.两板电压U=200V.
(1)带电粒子受到的静电力是多大?
(2)带电粒子从M板由静止开始运动，到达N板时的速度是多大?
(3)如果金属板间距变为原来的2倍，(1)(2)问的答案如何变化？
非匀强电场电势差与电场强度的关系
非匀强电场中电场强度大小改变，可在A点附近取另一点B，AB间距为∆x，∆x很小。由于距离很小，可近似认为AB间的电场都近似等于A点的电场强度EA。AB两点间的电势差为
UAB=EA∆x
问题：试比较UAB与UCD的大小关系。
思考与讨论：绘制等势面时，相邻等势面间的电势差相等。点电荷相邻等势面间的距离逐渐增大。你能解释为什么吗？
学生活动：根据点电荷电场强度变化规律，离点电荷越远，电场强度越小。相邻等势面电势差相等，故离点电荷越远，相邻等势面间的距离越大。
2.电场中的图像
情境：空间有一匀强电场E，电场中有A、B两点，间距为x，规定B点电势为零。
问题1：A点电势φ是多少？
问题2：若以A到B的距离x为横轴，A点电势φ为纵轴，画出φ-x图像。
问题3：结合数学表达式，图像的斜率代表什么？
问题4：空间中某条电场线为直线，电势随距离变化图像如图1所示。试分析电场强度如何变化？

图1 图2
问题5：某条电场线为直线，其电势随距离变化如图2.电场强度如何变化？
归纳总结：φ-x图像切线斜率绝对值表示电场强度大小. 根据沿着电场线电势降低，判断电场强度方向。
E-x图像：
匀强电场： UOA=Ex0
E-x图像面积表示电势差大小。
非匀强电场：E-x图像面积表示电势差大小。（微元法）
电势差与电场强度关系
匀强电场 U=Ed
非匀强电场 ：U=E∆x 微元法
静电场中的图像
φ-x图像 ：切线斜率表示电场强度大小.
E-x图像 ：面积表示电势差
作业：“练习与应用” 第2题
“复习与提高”A组第4题
§ 10.3电势差与电场强度的关系
匀强电场
U=Ed d为沿电场方向的距离
1V/m=1N/C
φ-x图像：切线斜率大小表示电场强度大小
E-x图像：面积表示电势差
本节课的重点是对公式U=Ed的理解，尤其是d不再电场强度方向的处理方法。在讲解时要把握好电场强度与电势差的关系、电场力做功与电势能的变化之间的关系，这两个关系是静电场的重要内容，应逐步渗透，在学习中逐步让学生加深对这些内容的理解，不可操之过急。