电势差与电场强度.docVIP

第六节 电势差和电场强度的关系【教材分析】 本章教材内容结构的设计形成了较紧密的“知识链”系统，相关知识点形成了紧密的链条，从力到电场强度，从电场力做功到电势能再到电势、电势差，那么电场强度与电势差之间是否存在某种关系呢？本节教材就探讨匀强电场中电势差与电场强度的关系。任何场的描述都要从两个角度来描述，一个是力的方面；另一个是能的方面。前面几节的内容已经从力和能的角度分别定义了描述电场的各个物理量电场强度和电势、电势差，电场强度是描述电场力的性质，电势差跟电场力移动电荷做功相互联系，所以电场强度与电势差之间存在着必然的联系。本节内容起一个桥梁、纽带的作用，将电场的两大性质联系起来，而电场力与电场力移动电荷做功之间的关系，是问题研究的切入点(如图)，在课堂预设时，教师应注意设置适当的问题引导，从而帮助学生把握其内部逻辑关系。本节课首先是在具体情境中，通过分析推理得出匀强电场的电势差与电场强度之间的关系。教学中应重视启发学生联想，分析物理量之间的关系，鼓励学生自己提出问题、分析问题、解决问题。要让学生不仅知道结论，并会推导得出结论，在一定的条件下正确应用结论。在得出电势差和电场强度在数值上的关系式UEd后，要强调理解公式的意义和适用条件，d是两点间在电场强度方向上的距离，UAB是所对应的两点间的电势差，它只对匀强电场才适用。因此对于匀强电场，要求学生理解并能应用电势差与电场强度的定量关系，即UEd，并通过公式变形EUAB/d，用比值的方法指出电场强度在数值上等于沿场强方向每单位距离上降低的电势。这在分析问题时是很有用的。对于非匀强电场中，电势差与场强的关系要复杂得多，我们虽然不能用公式UEd定量运算，但它的物理意义依然是“定性”地存在着，对于学有余力的同学可以适当引导。讨论电势差和电场强度方向的关系时，为了便于学生接受，可以举例说明，自山顶上从坡度不同的两个方向下到同一水平面，坡度陡的方向，单位长度的水平距离上高度下降大，即高度下降得快，再结合课本1.61、1.62的匀强电场讲解，沿不同的方向，电势下降的差值都相同时，沿电场线方向的距离最小，即电势降落得最快。因而得出：电场强度的方向是指电势降低最快的方向。本节课的教学安排非常符合认知过程和学生的理解实际，将物理知识形成了一个严谨的科学体系，同时也真正做到了对学生三维目标的达成。【教学目标】（一）、知识与技能1. 定性掌握电势差与场强的关系。2. 定量掌握匀强场中电势差与场强的关系。（二）、过程与方法1看前面知识结构图：复习巩固旧知识 引出新课通过知识网络图使学生掌握的知识更加牢固。2通过对电场力做功的两种不同方式的比较推导得出电势差与电场强度的关系3看图探讨得出一些常见结论（师生互动、探讨）（三）、情感态度与价值观1学习感知科学的价值和应用2培养对科学的兴趣、坚定学习思考探索的的信念领略物理方法的奥妙，体会科学的力量3养成良好的思考表述习惯和科学的价值观4从知识是相互关联、相互补充的思想中，培养同学们建立事物是相互联系的唯物主义观点【教学重点】1匀强场中电势差与电场强度的关系，即U=E d (d为沿场强方向两点所在等势面的距离)2场强方向是电势降低最快的方向【教学难点】:电势差与电场强度的关系在实际问题中应用。物质存在的两种方式：实物和场【教学方法】：探究、讲授、推理、归纳、总结、讨论、练习等多种形式。【教学过程】（一）引入新课提问你学过哪些描述电场性质的物理量？既然场强、电势、电势差都描述电场的性质，它们之间一定存在关系、什么关系呢？下面我们就来推导它们间的关系。（二）进行新课1、推导关系（通过下面的例子来推算） 情景一：若沿场强方向移动电荷ABE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： 从力的角度： = Fd = qEd 从能的角度： = qU 由 两式得: U = Ed 情景二：若不是沿场强方向移动电荷（学生推导）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角。则A、B两点间的电势差为U = EL，对不对？ ABELB解析 A、B两点连线L不沿场强方向，不能直接用U = EL计算A、B两点间的电势差。从力的角度： AB = FLcos = qELcos从能的角度： AB = qUAB 由上两式得： UAB = ELcos (Lcos为沿场强方向上的距离)结论：在匀强电场中，沿场强方向的两点间的电势差等于场强与这两点的距离的乘积。2、表达式：U = Ed 或：E = U/d注：1）只适用于匀强电场。2）d：沿电场方向的距离。3）对一些非匀强电场的问题也可以由公式进行定性的判断，例如：如图所示，MN是一负的点电荷电场中的一条电场线，场强方向由M指向N，ab=bc，a、b、c三点的场强和电势分别为Ea、Eb、Ec和a、b、c， 【解析】因为MN是负电荷电场中的一条电场线，所以沿电线方向是靠近负电荷的方向场强越来越大，EaEbEc，沿电场线方向电势一定降低，a-bb-c。设想将一正的点电荷q由a移到b再移到c，由于a、b间的场强小于b、c间的场强，所以由U = Ed 可推得a-bb-c。4）电场强度与电势无直接关系电场强度为零的地方电势不一定为零，电势为不为零取决于电势零点。电势为零的地方电场强度不一定为零。电场强度相等的地方电势不一定相等，电势相等的地方电场强度不一定相等。3、由UAB=Ed，得到：，这个式子表示什么含义？从式子中可看出E的单位是什么？在匀强电场中，电场强度在数值上等于沿电场方向每单位距离上的电势差。由，可得E的单位为V/m，即1 V/m=1 N/C。引导学生推导1 V/m=1 N/C（三）、例题解析【例1】如图，在匀强电场中的M、N两点距离为2 cm，两点间的电势差为5 V，M、N连线与场强方向成60角，则此电场的电场强度多大？解：根据，得=500 V/m.【例2】如图所示，在场强为E4.0103 N/C的匀强电场中有相距5.cm的A、B两点，两点连线与电场强度成30角。求A、B两点间的电势差。解析：A、B连线不沿电场方向，不能直接用公式UABEd计算A、B两点间的电势差。根据匀强电场的等势面是与场强方向垂直的平面这一性质，可过B点作一等势面，在等势面上找一点，使A、的连线沿场强方向，求即可.解：过B点作一垂直于电场线的平面即等势面，过A点作电场线的平行线，二者交于点，如图，显然N/C=1.7102 N/C【例3】图中，A、B、C三点都在匀强电场中，已知ACBC，ABC=60，BC20 cm.把一个电量q=10-5C的正电荷从A移到B，静电力做功为零；从B移到C，静电力做功为J，则该匀强电场的场强大小和方向是A.865 V/m，垂直AC向左 B.865 V/m，垂直AC向右C.1000 V/m，垂直AB斜向上 D.1000 V/m，垂直AB斜向下解析：把电荷q从A移到B电场力不做功，说明A、B两点在同一等势面上。因该电场为匀强电场，等势面应为平面，故图中直线AB即为等势线，电场方向应垂直于等势面，可见，选项A、B不正确。V=-173 V，B点电势比C点低173 V，因电场线指向电势降低的方向，所以场强方向必垂直于AB斜