专题·静电场复习课·教案_3

专题静电场复习课教案 一、教学目标 1在物理知识方面要求 加深理解电场强度、电势、电势差、电势能、电容等重点概念 2在熟练掌握上述概念的基础上，能够分析和解决一些物理问题 3通过复习，培养学生归纳知识和进一步运用知识的能力，学习一定的研究问题的科学方法 二、重点、难点分析 概念的综合性运用 三、教具 投影片(或小黑板) 四、教学过程设计 (一)引入新课 1提问： 静电场一章中的概念有哪些？它们如何表述？它们之间有什么联系？ 2归纳上述内容如下表(见投影片) 适当讲述后，应着重讲清每个概念的物理含义以及概念间的联系和区别 (二)主要教学过程设计 1静电场特性的研究 研究方法(一)用电场强度 E(矢量) 从力的角度研究电场，电场强度 E 是电场本身的一种特性，与检验电荷存在与否无关E 是矢量要区别公式 E=F/q(定义式)、E=kQ/r 2(点电荷电场)、E=U/d(匀强电场)的物理意义和适用范围E 既然是矢量，那么如何比较 电场中任两点的场强大小和方向呢？ 启发学生用多种方法判断然后将学生回答内容归纳可能方法有： (1)判断电场强度大小的方法 根据定义式 E=F/q； 点电荷电场，E=kQ/r 2； 匀强电场，场强处处相等，且满足 E=U/d； 电场线密(疏)处场强大(小) (2)判断电场强度方向的方法 正电荷所受电场力的方向即是该点的场强方向； 电场线上每一点的切线方向即是该点的场强方向； 电势降低最快的方向就是场强的方向是非题(投影片)(由学生口答并简要说明理由)： (A)若将放在电场中某点的电荷 q 改为-q，则该点的电场强度大小不变，方向与原来相反() (B)若取走放在电场中某点的电荷，则该点的电场强度变为零() (C)无论什么电场，场强的方向总是由高电势面指向低电势面() (D)已知 A、B 为某一电场线(直线)上的两点，由此可知，A、B 两点的电场强度方向相同，但 EA和 EB的大小无 法比较() (E)沿电场线方向，场强一定越来越小() (F)若电荷 q 在 A 处受到的电场力比在 B 点时大，则 A 点电场强度比 B 点的大() (G)电场中某点电场线的方向，就是放在该点的电荷所受电场力的方向() 研究方法(二)：用电势 U(标量) 从能的角度研究电场，电势 U 是电场本身的一种特性，与检验电荷存在与否无关U 是标量规定：无限远处 的电势为零电势的正负和大小是相对的，电势差的值是绝对的实例：在+Q(-Q)的电场中，U0(0) 电势能是电荷和电场所组成的系统共有的规定：无限远处的电势能为零电势能的正负和大小是相对的， 电势能的差值是绝对的实例：+q 在+Q(-Q)的电场中， P0(0)；-q 在+Q(-Q)的电场中， P0(0) 提出的问题： (1)如何判断电势的高低？ 启发学生用多种方法判断然后将学生回答内容归纳可能方法有： 根据电势的定义式 U=W/q，将+q 从无穷远处移至+Q 电场中的某点，外力克服电场力做功越多，则该点的电 势越高； 将 q、 P带符号代入 U= P/q 计算，若 U0(0)，则电势变高(低)； 根据电场线方向，顺(逆)着电场线方向，电势越来越低(高)； 根据电势差，若 UAB0(O)，则 UAU B(UAU B)； 根据场强方向，场强方向即为电势降低最快的方向 (2)怎样比较电势能的多少？ 启发学生用多种方法判断，将学生回答归纳，可能方法有： 可根据电场力做功的正负判断，若电场力对移动电荷做正(负)功，则电势能减少(增加)； 将 q、U 带符号代入 P=qU 计算，若 P0(0)，则电势能增加(减少) 判断题(投影片)现将一个正电荷从无穷远处移入电场中 M 点，电场力做功为 6.010-7J将另一个等量的负电 荷从无穷远处移入电场中 N 点，电场力做功为-810 -7J，则正确的结果是 启发学生分析：首先，从电场力做功的正负判断该电场的性质及其方向；然后，从电势的物理意义确定 M、N 点的位置，可得正确答案为 C 判断题(投影片) 1以下说法中至少有一个是正确的 A将一电荷匀速地从电场中的 A 点移至 B 点，外力所做的功等于该电荷电势能的变化量 B电荷在电场中移动时，若电场力对电荷做正功，电荷的电势能一定减小，但电荷的动能不一定减小 C把两个异号电荷靠近时，电荷电势能增大 D若电场中 A、B 两点间的电势差为零，则同一点电荷在 A、B 两点所具有的电势能必定相同 2如图 1 所示，在点电荷+Q 形成的电场中有一个带电粒子通过，其运动轨迹如图中实线所示，虚线表示电场 的两个等势面，则 A等势面电势 UAU B，粒子动能 EKAE KB B等势面电势 UAU B，粒子动能 EKAE KB C等势面电势 UAU B，粒子动能 EKAE KB D等势面电势 UAU B，粒子动能 EKAE KB 启发学生分析、讨论，应使每个问题的回答，有一定的理论依据，其中答案：1A、B、D，2A 2静电场的应用举例 请学生举例，然后归纳，最后重点讨论以下内容： (1)带电粒子在电场中的平衡问题； (2)带电粒子在电场中的非平衡问题； (3)电容器 师生共同分析讨论： (1)平衡问题 注意：共点力平衡条件； 有固定转动轴物体平衡条件 例题(投影片)用两根轻质细线把两个质量未知的带电小球悬挂起来，a 球带电+q，b 球带电-2q，且两球间的 库仑力小于 b 球受的重力，即两根线都处于竖直绷紧状态若突然增加一个如图 2 中所示的水平向左的匀强电场， 待最后平衡时，表示平衡状态的图可能是 分析及解答： 先要求学生回答对 a、b 单独分析有时易错可启发，a 和 b 组成的系统为研究对象，进行分析最为简 捷正确答案应选 D图 3 为 D 状态时的受力图，以示验证其余留课后验证 (2)非平衡问题 例题(投影片) 把一个带正电荷 q 的小球用细线悬挂在两块面积很大的竖直平行板间的 O 点小球质量 m=2g，悬线长 L=6cm，两板间距离 d=8cm当两板间加上 U=2103V 的电压时，小球自悬线水平的 A 点由静止开始向下运动到 达 O 点正下方的 B 点时的速度刚好为零如图 4 所示以后一直在 A、B 间来回摆动(取 g=10m/s2) 求： (1)小球所带的电量 (2)摆动过程中小球的最大速度 分析及解答：首先留给学生一定时间分析思考；然后可组织学生互相讨论启发，以寻找解答本题的初步思路； 最后由教师归纳学生的多种思路，进行合理评价，提出正确方案 (1)取小球作研究对象重力 mg 竖直向下，电场力 Eq 水平向左，绳的拉力 T 当小球由 A 向 B 运动过程中，重力 mg 对小球做正功 mgL，电场力 Eq 对小球做负功-EqL，拉力 T 随时变化，但 因拉力 T 与运动方向垂直，故不做功因此，小球做变速运动起初于 A 点时速度为零，到达 B 点速度又是为 零 根据动能定理W=E K有 mg L-Eq L0 联立两式可得 (2)设在下落角为 的 C 点处小球速度达最大值 v，如图 5(a)所示因在小球运动过程中，张力为变力，但 此张力对小球所做的功恒等于零，故采用功能定理时可不考虑张力 对小球自 A 至 C 的过程运用动能定理，有 当 mv2/2 达极大值时，左式也达极大值如图 5(b)所示，在MNO 中， 代入*式，则其左式变为 显然，当 +=/2 时，左式达极大值，即NMO=tan -1(mg/qE)，代入数据，得 =/4；再代入*式解得 v0.7m/s 引导学生分析总结带电粒子在电场中的平衡问题与平衡问题的解题思路与方法 为此，请看下例(投影片) 一场强 E 大小未知的水平匀强电场，场强 E 随时间 t 变化的情况如图 6 所示t=0 时，一正离子在未知电场中 由静止开始运动，经 2t1时间，正离子刚好回到最初 t=0 时的位置，此时它的动能为 E，求在 0t 和 t12t 1两段 时间内，电场力对正离子做的功各是多少？ 解：处理带电粒子在电场中运动的再一条思路是：从冲量的观点分析带电粒子的运动，运用动量定理的知识， 求解带电粒子在电场中运动的问题 把上述思路用于本题，在 0t 1时间内，设正离子的质量为 m，受到的电场力大小为 F1，发生的位移大小为 s，所达到的速度大小为 v1，在这段时间 t1内，电场力 F1对正离子做正功，同时对正离子施以了冲量，据动能定理 和动量定理分别有 在 t12t 2时间内，设正离子受到的电场力大小为 F2，回到最初位置时速度的大小为 v2，在这段时间内，正离 子的位移为-s，与它受到的电场力 F2方向相同，故电场力 F2对正离子仍做正功，同时对正离子也施以了冲量同 理有 由式解得：F 2=3F1，(F 1+F2)s=E，据此两段时间内电场力对正离子做的功分别为 从本题还可看出，在运用冲量的观点分析带电粒子在电场中的运动时，往往需要同时运用能量的观点，即同 时运用动量定理和动能定理求解带电粒子在电场中运动的问题，对于这一运用特点和思路要注意领会和掌握 (3)平行板电容器 在单个平行板电容器的问题中，有一些不仅是涉及电容定义式和决定式综合运用的内容，而且还要涉及对两 板间电场中的场强、电势、电荷的电势能分析比较的内容，分析处理这类电容器问题的思路要点是： 先分析电容器的不变量这里所说的不变量是指：若电容器的两板始终接在电源的正负极上，加在电容器 两板间的电压 U 则是不变的；若电容器充电后与电源分离，电容器所带的电量 Q 则是不变的 电压 U 的变化(当 Q 不变时) E 的变化，分析 P 点电势时，先分析 P 点与接地极板间电势差 UPO=Ed(d为 P 点到接地极板的距离)的变化， 若 P 点电势高于零电势，再由 UPO=UP-UO分析 P 点电势 UP的变化；若 P 点电势低于零电势，则由 UPO=UO-UP分析 P 点 电势 UP的变化(请看投影片) 如图 7，平行板电容器充电后与电源分离，上板带负电，下板带正电且与大地相接，在两板间固定着一个负电 荷(电量很小)，现将电容器两板水平错开一段距离(两板间距保持不变)，则 A电容器两板间电压变大 B电容器两板间的场强变大 C负电荷所在处的电势升高 D负电荷的电势能变大 先组织讨论，然后归纳，根据上述思路，本题中电容器所带的电量 Q 不变，当电容器两板水平错开时，两极 板的正对面积 S 减小；由电容决定式判知，电容器的电容 C 变小，再由电容定义式判知，电容器两板 由“沿电场线方向电势降低”判知，负电荷所在处的电势低于零电势，故负电荷所在处的电势 Uq=-Ed，式 中 d为负电荷所在处到电容器下板(即电势零点)的距离由此式可判知，随着两板间场强 E 的变大，负电荷所在 处的电势降低，再由“负电荷放于电势低处比放于电势高处电势能大”判知，该负电荷的电势能变大 综上可知选项 A、B、D 正确 通过以上问题的分析、讨论，使学生基本能够搞清楚几个主要表达式之间的关系为了进一步说明电容器的 电容与相关量的变化规律，还可提出以下问题打出下一个投影片 如图 8 所示，当平行板电容器带电后，静电计的指针偏转一定角度若不改变 A、B 两极板带的电量而减少两 极板间的距离，同时在两极板间插入电介质，那么静电计指针的偏转角度 A一定减小 B一定增大 C一定不变 D可能不变 首先，组织学生讨论： 静电计指针偏转一定角度； 不改变 A、B 板带电量； 减少两板间距离； 在两板间插入电介质 以上内容，各表达了哪些物理量的变化情况？它们之间是如何影响的？ 学生通过思考，列方程、讨论分析结果，会找出答案，选 A 将上述内容归纳后看投影片 如图 9 所示，把电容为 C 的电容器接在电压为 U 的电路中，讨论在下列情况下，电容器的电容、带电量和电 势差的变