第1章-静电场-选修3-1-人教版-物理.ppt

高中物理 人教版 选修3 1 本课件为基于精确校对的word书稿制作的 逐字编辑 课件 如需要修改课件 请双击对应内容 进入可编辑状态 如果有的公式双击后无法进入可编辑状态 请单击选中此公式 点击右键 切换域代码 即可进入编辑状态 修改后再点击右键 切换域代码 即可退出编辑状态 课件编辑说明 1电荷及其守恒定律2库仑定律3电场强度4电势能和电势5电势差6电势差与电场强度的关系7静电现象的应用8电容器的电容9带电粒子在电场中的运动本章总结提升 第一章静电场 目录 第一章静电场 1电荷及其守恒定律 1电荷及其守恒定律 1电荷及其守恒定律 三维目标 三维目标 1 知道两种电荷及其相互作用 知道电量的概念 2 知道摩擦起电 知道摩擦起电不是创造了电荷 而是使物体中的正负电荷分开 3 知道静电感应现象 知道静电感应起电不是创造了电荷 而是使物体中的电荷分开 4 知道电荷守恒定律 5 知道什么是元电荷 2 过程与方法 1 通过对初中知识的复习使学生进一步认识自然界中的两种电荷 2 通过对原子核式结构的学习使学生明确摩擦起电和感应起电不是创造了电荷 而是使物体中的电荷分开 但对于一个与外界没有电荷交换的系统 电荷的代数和不变 3 情感 态度与价值观通过对本节的学习培养学生从微观的角度认识物体带电的本质 1电荷及其守恒定律 三维目标 1电荷及其守恒定律 重点难点 重点 电荷守恒定律的初识和应用 难点 对物体带电产生的原因的理解 重点难点 1电荷及其守恒定律 教学建议 电荷是电磁场中一种重要的研究对象 也是研究微观世界的原子物理及核物理中不可避免要出现的 在高中的必修1和必修2 学生未曾接触过有关电荷及电磁场方面的学习 因而 它既是对初中所学的电学知识的深化和加强 也为即将学习的电磁场以及电荷在电磁场中的运动奠定了知识基础 物理教学是以实验为基础的 重在启发思维 教会方法 让学生在教师的指导下 亲身体验摩擦生电及静电产生电荷的实验研究过程 理解电荷转移的规律及方法 了解运用电荷守恒定律消除静电的规律 体会实验在发现自然规律中的作用 通 教学建议 过和学生共同处理实验教会他们动脑分析和动手操作实验的过程及处理技巧 体会动手在研究物理问题中的重要性 在学生深刻理解摩擦生电和静电感应这两个产生电荷的过程以后 通过例题的讲解 提高学生分析解决物理问题的能力 学生是课堂教学的主体 现代教育更重视在教学过程中对学生的学法指导 本节课的教学过程中要注意引导学生以学过的初中电学概念为基础 在实验中总结出电荷在电中性导体和介质中运动的规律 巧用提问 激活学生的积极性 调动起课堂气氛 让学生在轻松 自主 讨论的学习环境下完成学习任务 最后让一部分学生自由发言 举出生活中一些静电产生的例子 并引导另一部分同学来帮这部分同学想一想该如何消除静电 从实践到理论 再从理论到实践 强化学生对电荷的初识 1电荷及其守恒定律 教学建议 1电荷及其守恒定律 新课导入 导入一 本章将学习静电学 将从物质的微观角度认识物体带电的本质 电荷相互作用的基本规律 以及与静止电荷相联系的静电场的基本性质 板书 第一章静电场 演示 摩擦过的物体具有了吸引轻小物体的性质 这种现象叫摩擦起电 这样的物体就带了电 演示 用丝绸摩擦过的玻璃棒之间相互排斥 用毛皮摩擦过 新课导入 的硬橡胶棒之间也相互排斥 而玻璃棒和硬橡胶棒之间却相互吸引 所以自然界存在两种电荷 同种电荷相互排斥 异种电荷相互吸引 复习 1 自然界中的两种电荷2 电荷及其相互作用 板书 一 自然界中的两种电荷1 自然界中的两种电荷2 电荷及其相互作用 1电荷及其守恒定律 新课导入 引申 除了丝绸摩擦过的玻璃棒 毛皮摩擦过的硬橡胶棒能带电外 在生活还有其他物体摩擦也能带电 你能举出实例吗 梳子梳头时头发和梳子也带上了电 复习 接触起电 摩擦起电 板书 3 起电 起电的方式 问题 1 为什么能通过接触 摩擦的方法使物体带电呢 2 不带电的物体内部有没有电荷 1电荷及其守恒定律 新课导入 导入二 小明去机场迎接从外地来京的朋友 在双方握手的瞬间 朋友就跳了起来 连呼小明手中有电 令小明很疑惑 为什么呢 老张投诉出租车带电 因为他一拉车门就被电了一下 然而司机说汽车不漏电 这是怎么回事呢 学完本节后自己解释 1电荷及其守恒定律 新课导入 1电荷及其守恒定律 温故知新 温故知新 摩擦过的物体具有了吸引轻小物体的性质 这种现象叫摩擦起电 这样的物体就带了电 用丝绸摩擦过的玻璃棒之间相互排斥 用毛皮摩擦过的硬橡胶棒之间也相互排斥 而玻璃棒和硬橡胶棒之间却相互吸引 自然界存在两种电荷 同种电荷相互排斥 异种电荷相互吸引 两种电荷及其相互作用 电荷量的概念 摩擦起电的知识 这些在初中都已经讲过 本节重点是讲述静电感应现象 起电的过程是使物体中正 负电荷分开的过程 电荷守恒定律的内容是什么 1电荷及其守恒定律 温故知新 答案 电荷既不会创生 也不会消灭 它只能从一个物体转移到另一个物体 或者从物体的一部分转移到另一部分 在转移过程中 电荷的总量保持不变 1电荷及其守恒定律 自主探究 自主探究 知识点一电荷 1 电荷的种类自然界中只存在两种电荷 一种是物体失去电子后所带的电荷 叫 另一种是物体得到电子后所带的电荷 叫 2 电荷间的作用同种电荷相互 异种电荷相互 正电荷 负电荷 排斥 吸引 1电荷及其守恒定律 自主探究 3 电荷多少的量度物体所带电荷的 叫做电荷量 用符号 表示 电荷量的单位是 简称库 符号C 多少 Q 或q 库仑 1电荷及其守恒定律 自主探究 答案 用验电器来验证 把物体接触或靠近验电器的金属球 验电器的金属箔张开一个角则说明物体带电 用轻小的物体来检验 因为带电体能够吸引轻小物体 所以使轻小物体受力则物体带电 根据电荷间的作用规律来验证 把物体靠近带电体 若相互排斥则物体带电 注意 若相互吸引也有不带电的可能 想一想 如何验证物体是否带电 4 与电荷相关的两个概念 1 元电荷 电子所带电荷量的数值e 这个电荷量叫做元电荷 1电荷及其守恒定律 自主探究 1 60 10 19C 1电荷及其守恒定律 自主探究 答案 要注意元电荷不是电荷 而是最小的电荷量单位 所有宏观带电体的电荷量或者等于e或者是e的整数倍 元电荷正由此而得名 电荷量不能连续变化 对于微观粒子 其电荷量就可能不是元电荷的整数倍 如夸克 想一想 元电荷是电荷吗 1电荷及其守恒定律 自主探究 电荷量e 质量me 1电荷及其守恒定律 自主探究 知识点二三种起电方式 1 摩擦起电通过 的方式实现电子的转移 从而使物体带电的方式叫摩擦起电 得到电子的物体带 失去电子的物体带 2 感应起电 摩擦 负电 正电 1电荷及其守恒定律 自主探究 当一个带电体靠近不带电的导体时 由于电荷间相互 导体中的自由电荷便会趋向或远离带电体 使导体靠近带电体的一端带 电荷 远离的一端带 电荷 这种现象叫静电感应 利用这种方式使物体带电 叫感应起电 3 接触起电通过 的方式实现电子的转移 使电荷重新分布 从而使物体带电的方式叫接触起电 吸引或排斥 异号 同号 接触 1电荷及其守恒定律 自主探究 知识点三电荷守恒定律 1 带电的实质物体带电实质是 的转移 即通过摩擦 接触或感应的方式使电子从一个物体转移到另一个物体上 或者从物体的一部分转移到另一部分 该过程遵循电荷守恒定律 2 电荷守恒定律电荷既不会 也不会 它只能从一个物体 另一个物体 或者从物体的一部分 另一部分 在转移过程中 的总量保持不变 电子 创生 消灭 转移到 转移到 电荷 1电荷及其守恒定律 典例类析 类型一对物体带电的理解和分析 典例类析 通过摩擦的方式使物体带电 两物体带的是等量的异种电荷 物体带电的正负与其得失电子的能力有关 比如 与丝绸摩擦过的玻璃棒带正电是因为玻璃棒束缚电子的能力不如丝绸 通过感应的方式可以使物体的一部分带正电 另一部分带等量负电 通过接触的方式使物体带电 两物体带的是同种电荷 带电荷量的多少与物体的大小 形状有关 例1使带电的金属球靠近不带电的验电器 验电器的箔片张开 图1 1 1中表示验电器上感应电荷的分布情况 其中正确的是 1电荷及其守恒定律 典例类析 图1 1 1 B 解析 带电的金属球靠近不带电的验电器时 在验电器的金属球上感应出的电荷和带电球体异号 验电器的金属箔片上感应出的电荷和带电球体同号 在带电金属球靠近而不接触验电器的情况下 整个验电器是不带电的 1电荷及其守恒定律 典例类析 点评 验电器的箔片张开一个张角说明验电器的金属箔片上带了电荷 需要注意的是金属箔片不一定与金属球带同种电荷 可见用验电器来验证一个物体是否带电可以直接把带电体与验电器的金属球接触 也可以仅使两者相互靠近 变式A B C是三个塑料小球 A和B B和C C和A之间都是互相吸引的 如果A球带正电 则 A B C两球都带负电B B球带负电 C球带正电C B C两球中必有一个带负电 另一个不带电D B C两球都不带电 1电荷及其守恒定律 典例类析 C 解析 B C不可能都带负电 因为B和C相吸 故A选项错 B选项也不对 因为C和A球也相吸 若B C两球都不带电 则B与C不能相吸 故D选项也错 所以只有C选项正确 1电荷及其守恒定律 典例类析 1电荷及其守恒定律 典例类析 类型二电荷守恒定律的应用 体带了电 则必然有另外的物体带等量的异种电荷 若原来带电的物体带的电荷减少了 则必然有另外的物体带了该带电体所减少的电荷 这样 我们可以总结得出两个完全相同的物体接触后其间电荷的分配规律 1 若两个完全相同的物体原来带同种电荷或其中之一不带电 则接触后所带的电荷的总量直接平分 2 若两个完全相同的物体原来带异种电荷 则接触后先中和再平分剩余的电荷 1电荷及其守恒定律 典例类析 例2已知 介子 介子都是由一个夸克 夸克u或夸克d 和一个反夸克 反夸克或反夸克 组成的 它们所带的电荷量如下表所示 表中e为元电荷 下列说法正确的是 AD 1电荷及其守恒定律 典例类析 1电荷及其守恒定律 典例类析 变式A B两个完全相同的金属小球分别带有电荷量qA 6 4 10 9C和qB 3 2 10 9C 让A B两小球接触 在接触过程中 电子如何转移 转移了多少 答案 电子由B球转移到A球 转移了3 1010个 1电荷及其守恒定律 典例类析 2库仑定律 2库仑定律 2库仑定律 三维目标 三维目标 1 知识与技能 1 掌握库仑定律 要求知道点电荷的概念 2 理解库仑定律的含义及其公式表达 知道静电力常量 3 会用库仑定律的公式进行有关的计算 2 过程与方法通过观察演示实验 概括出两种电荷间的作用规律 培养学生观察 概括能力 3 情感 态度与价值观渗透物理学方法的教育 建立理想化模型 点电荷 研究真空中静止点电荷间的互相作用力 库仑定律 2库仑定律 三维目标 2库仑定律 重点难点 重点 掌握真空中点电荷间作用力大小的计算及方向的判定 库仑定律 难点 库仑定律的实际应用 重点难点 2库仑定律 教学建议 本节作为一堂物理规律课的教学 重点是对概念和规律的建立与理解 为了使学生的感性认识真正上升到理性认识 必须使学生参与科学的抽象过程 使他们在这个过程中区别和辨别本质的东西与非本质的东西 在此基础上让他们试作概括 并由他们自己得出结论 为此本课可以采用教师的演示实验 学生在老师的启发和帮助下通过实验操作来发现问题 解决问题来获取新的知识 利用实验来验证结论的探究发展的课堂教学模式 在教学过程中 积极引导学生主动探究 突出课堂教学中学生的主体地位 教学建议 2库仑定律 新课导入 导入一 教师 上节课我们学习了电荷及电荷守恒定律 了解了物质内部的微观结构 掌握了物体带电的实质 通过静电感应现象知道了电荷间存在相互作用力 那么电荷间相互作用力的大小跟什么有关 存在怎样的规律 这节课我们就来深入学习这方面的知识 导入二 复习准备 引入新知 新课导入 在课的开始让学生先观察2组演示实验 并通过学生对旧知识的回顾 进一步了解电学的基本知识 为学生对库仑定律及应用的学习做好知识和思路方面的准备 演示1 摩擦起电提出问题 摩擦起电的原因是什么 如何判断物体是否带电 演示2 电荷间的相互作用两种电荷 自然界只存在正 负两种电荷 1 正电荷 用丝绸摩擦过的玻璃棒上带的电荷叫正电荷 2 负电荷 用毛皮摩擦过的硬橡胶棒上带的电荷叫负电荷 2库仑定律 新课导入 3 电量 带电体上所带电荷的多少叫电量 物体的带电方式有三种 1 摩擦起电 2 接触起电 3 感应起电 电荷守恒定律 电荷既不能创造 也不能消灭 任何起电方式都是电荷的转移 它只能从一个物体转移到另一个物体或从物体的一部分转移到另一部分 在同一隔离系统中正 负电量代数和不变 电荷间的相互作用规律 电荷间有相互作用力 同种电荷相互排斥 异种电荷相互吸引 两个电荷间的相互作用力大小相等 方向相反 作用在同一直线上 2库仑定律 新课导入 2库仑定律 温故知新 温故知新 上节重点讲解了摩擦起电现象和静电感应现象 起电的过程是使物体中正 负电荷分开的过程 满足电荷守恒定律 电荷的多少叫做电荷量 电子所带的电荷量叫做元电荷 所有带电体的电荷量或者等于元电荷 或者等于元电荷的整数倍 同种电荷相互排斥 异种电荷相互吸引 那么电荷之间的相互作用力与什么因素有关 2库仑定律 温故知新 答案 电荷之间的相互作用力的大小与电荷量及电荷间的距离有关 作用力的方向与电荷的电性有关 2库仑定律 自主探究 自主探究 知识点一点电荷 点电荷是只有 而没有 的理想化模型 电荷量 大小 形状 2库仑定律 自主探究 想一想 什么样的带电体可以看作点电荷呢 答案 点电荷是一种理想化的物理模型 并不是带电体的体积足够小就可以看成点电荷 一个带电体能否看成点电荷决定于自身的大小 形状与所研究问题之间的关系 如果带电体的形状与大小对所研究的问题没有影响或影响小到可以忽略不计 那就可以看作是点电荷 这是一种抓主要因素忽略次要因素的研究方法 2库仑定律 自主探究 知识点二库仑定律 1 内容 中两个静止点电荷之间的相互作用力的大小 与它们的电荷量的乘积成 与它们的距离的二次方成 作用力的方向在它们的 这一规律称为库仑定律 真空 正比 反比 连线上 2库仑定律 自主探究 2 表达式 其中k是静电力常量 k 其意义为 两个电荷量为1C的点电荷 相距 时 相互作用力的大小为 3 库仑定律的适用条件 9 0 109N m2 C2 在真空中 1m 9 0 109N 真空中 点电荷 2库仑定律 自主探究 知识点三静电力常量的测量 1 测量静电力常量的困难 1 这种作用力 没有足够精密的测量器具 2 无法比较电荷的 3 难以确定相互作用的电荷之间的 2 库仑采用了 装置发现了点电荷间的作用力与 及 的关系 并由实验确定了k的数值 非常小 多少 距离 扭秤 距离 电荷量 2库仑定律 典例类析 类型一库仑定律及其适用范围 典例类析 在应用库仑定律时 q1 q2可只代入绝对值算出库仑力的大小 再由 同种电荷相互排斥 异种电荷相互吸引 来判断方向 2库仑定律 典例类析 D 2库仑定律 典例类析 2库仑定律 典例类析 B 2库仑定律 典例类析 2库仑定律 典例类析 类型二库仑力的叠加 当多个点电荷同时存在时 任意两个点电荷间的作用仍遵守库仑定律 任一点电荷所受的库仑力可利用矢量合成的平行四边形定则求出其合力 2库仑定律 典例类析 例2如图1 2 2所示 完全相同的三个金属小球a b c位于等边三角形的三个顶点上 a和c带正电 b带负电 a所带电荷量的大小比b的小 已知c受到a和b的静电力的合力可用图中四条有向线段中的一条来表示 它应是 A F1B F2C F3D F4 B 2库仑定律 典例类析 解析 金属小球c受a的斥力F斥和b的引力F引作用 由于a所带电荷量的大小比b的小 由库仑定律可知F引 F斥 所以c球受到a和b的静电力的合力应为F2 2库仑定律 典例类析 点评 库仑力是性质力 同样具有一切力的共性 如矢量性 相互性 并遵循力的平行四边形定则 2库仑定律 典例类析 类型三带电体的平衡 带电体 的平衡问题与 不带电 物体的平衡问题大致相同 不同的是 带电体 在电场中时常受到库仑引 或斥 力作用 因此 我们必须首先弄清各种力的大小和方向以及是否为恒 或变 力 再按照力的合成与分解进行分析 2库仑定律 典例类析 例3把质量为2 0 10 3kg的带电小球B用细线悬挂起来 如图1 2 3所示 若将带电量为4 0 10 8C的小球A靠近B 平衡时细线与竖直方向成45 角 A B在同一水平面上且相距0 3m 则B球带的电荷量为多大 图1 2 3 2库仑定律 典例类析 答案 5 10 6C 图1 2 2 3电场强度 3电场强度 3电场强度 三维目标 三维目标 1 知识与技能 1 了解电荷周围存在电场 电荷间的相互作用是通过电场来实现的 2 理解电场强度的定义 公式 单位和方向 掌握电场强度矢量的叠加 并进行简单计算 3 识别常见电场的电场线特征 理解匀强电场的定义及电场线分布特征 2 过程与方法通过类比方法 比值法定义物理量 提高学生研究问题的能力 3 情感 态度与价值观通过电场的教学 培养学生对物质的认识观 发展对物理学的好奇心与求知欲 乐于探究自然界的奥秘 树立科学的价值观 3电场强度 三维目标 3电场强度 重点难点 重点 掌握电场 电场强度 电场线 匀强电场的特征 难点 电场强度的叠加 点电荷的电场的理解与应用 重点难点 3电场强度 教学建议 教学建议 3电场强度 教学建议 3电场强度 新课导入 导入一 师 在我们所学习过的各种力中 有些力必须发生在相互接触的物体间 有些力可发生在不直接接触的物体间 请同学们回想一下 哪些力必须发生在相互接触的物体间 哪些力可发生在不直接接触的物体间 生 拉力 支持力 压力和摩擦力都是接触力 万有引力 磁力以及我们刚学的静电力不接触也能产生 新课导入 师 这些不直接接触的物体间的相互作用是如何发生的呢 历史上万有引力曾被认为是一种既不需要媒介 也不需经历时间 而是超越空间直接发生的作用力 并被称为超距作用 牛顿不赞成这种观点 认为这种想法荒唐之极 但他没有提出自己的具体观点 因而超距作用的坚持者仍把万有引力当成是超距作用的典范 上节课我们学习了真空中两个点电荷间相互作用的规律 库仑定律 它与万有引力定律极为相似 也遵循着平方反比的规律 两个电荷并没有相互接触 那么 它们是通过什么而发生相互作用的呢 是否像万有引力一样 也是一种超距力呢 尽管当时多数科学家难于接受这样的观点 但他们未 3电场强度 新课导入 能解决这个问题 使人们摆脱这一困境的是英国物理学家 化学家法拉第 法拉第在实验中发现 电作用和磁作用跟电荷或磁体之间的介质有关 在不同介质中进行同样的实验 作用效果不同 这引起法拉第对电磁作用本质的深思 他认为 电力和磁力不可能是超越空间并与介质无关的超距作用 并提出 电荷或磁体在空间产生电场或磁场 正是通过场 才把电作用或磁作用传递到别的电荷或磁体 本节课 我们来讨论电荷间的相互作用 导入二 一个物体没有与地球接触 也能受到重力作用 重力是由重力场传递的 带电的物体没有与其他电荷接触 也会产生静 3电场强度 新课导入 电作用力 那么静电力是如何发生的 是什么物质传递了静电作用力 实际上 在任何电荷周围都存在一种物质 电场 电场虽然看不见也摸不着 但可以通过它所表现的性质反映出来 电场有两个基本性质 一是对放入其中的电荷有力的作用 二是使放入其中的电荷具有电势能 本节主要学习描述电场的力的性质的物理量 电场强度及形象地描述电场的工具 电场线 3电场强度 新课导入 3电场强度 温故知新 温故知新 点电荷是一种理想化的物理模型 电荷之间的相互作用力满足库仑定律 电荷间的相互作用力是怎样产生的 什么是电场 如何描述电场的强弱 同一个电荷在电场中的不同点受到的静电力的大小是否相同 3电场强度 温故知新 答案 电荷间的相互作用力是通过电场产生的 电场对放入其中的电荷产生力的作用 通常用电场强度来描述电场的强弱 在电场中不同点 同一个电荷受到的静电力的大小不一定相同 3电场强度 自主探究 自主探究 知识点一电场的认识 1 电场的存在 电荷在其周围产生 电场是 周围存在的一种特殊物质 电荷间的相互作用是通过 发生的 2 电场最基本的性质 电场对放入其中的电荷产生 电场 电荷 电场 力的作用 3电场强度 自主探究 知识点二电场的定量描述 电场强度 1 试探电荷与场源电荷 1 试探电荷 为检验电场是否 以及电场的强弱程度而放入电场中的点电荷 2 场源电荷 产生 激发 的电荷称为场源电荷 或源电荷 存在 电场 3电场强度 自主探究 想一想 试探电荷的特点是什么 答案 一是必须是点电荷 用以研究电场中每个点的情况 二是电荷量要足够小 不至于影响原电场的分布 3电场强度 自主探究 2 电场强度 1 定义 放入电场中某点的电荷所受的跟它的的比值 叫做该点的电场强度 通常简称 2 定义式 3 单位 4 矢量性 电场强度既有大小又有方向 物理学中规定 电场中某点的电场强度的方向跟正电荷在该点所受静电力的方向相同 按照这个规定 负电荷在电场中某点所受的静电力的方向跟该点的电场强度的方向相反 静电力F 电荷量q 场强 3电场强度 自主探究 想一想 E与F q成正比或反比吗 3电场强度 自主探究 知识点三点电荷的电场电场的叠加 1 点电荷的电场 1 公式 2 方向 以Q为中心 r为半径作一球面 则球面上各点的电场强度大小 当Q为正电荷时 E的方向 当Q为负电荷时 E的方向 2 电场强度的叠加电场中某点的电场强度为各个场源电荷在该点产生的电场强度的矢量和 这叫做电场强度的叠加 牛 库 N C 相等 沿半径向外 3电场强度 自主探究 知识点四电场的定性描述 电场线 1 概念 电场线是为了而引入的假想曲线 曲线上每一点的表示该点的场强方向 2 特点 1 电场线起始于 终止于 2 任意两条电场线在电场中 不闭合 3 在同一幅图中 电场强度较大的地方电场线 电场强度较小的地方电场线 因此 可以用电场线的疏密来表示电场强度的相对大小 沿半径向内 形象描述电场 切线方向 正电荷或无限远 无限远或负电荷 不相交 3电场强度 自主探究 想一想 电场线是不是带电粒子在电场中运动的轨迹 变 答案 首先 带电粒子在电场中的运动轨迹是实际存在的 而电场线是人们为了形象描述电场而引入的假想线 实际上并不存在 其次 带电粒子在电场中的运动轨迹是由带电粒子受的合外力与初速度情况共同决定的 运动轨迹上各点的切线方向反映粒子的速度方向 而电场线的切线方向即场强方向反映正电荷受力方向即加速度方向 很显然 速度方向与力的方向毫无关系 因此 电场线并不是带电粒子在电场中运动的轨迹 3电场强度 自主探究 3电场强度 自主探究 知识点五匀强电场 1 匀强电场 如果电场中各点的电场强度 这样的电场就叫做匀强电场 2 匀强电场的电场线分布特点 匀强电场的电场线是间隔相等的平行直线 相距很近 带有等量异种电荷的一对平行金属板之间的电场 除边缘附近外 可以看作是匀强电场 大小相等 方向相同 3电场强度 典例类析 类型一对电场强度的理解 典例类析 电场强度是描述电场强弱和方向的物理量 是由电场本身所决定的 与试探电荷无关 3电场强度 典例类析 BC 3电场强度 典例类析 解析 电场强度是由电场本身所决定的物理量 是客观存在的 与所放的试探电荷无关 选项A错误 B正确 电场的基本性质是对放入其中的电荷有静电力的作用 F Eq 若电场中某点的场强E 0 则F 0 若小球不带电 即q 0 则F也一定等于零 选项C正确 D错误 3电场强度 典例类析 BD 3电场强度 典例类析 3电场强度 典例类析 类型二电场强度的计算 3电场强度 典例类析 例2把一个电荷量为q 10 6C的点电荷依次放在带正电的点电荷Q周围的A B两处 如图1 3 2所示 受到的静电力大小分别是FA 5 10 3N FB 3 10 3N 1 画出电荷q在A B两处的受力方向 2 求出A B两处的电场强度 3 若在A B两处分别放上另一电荷量为q 10 5C的点电荷 受到的静电力各为多大 图1 3 2 3电场强度 典例类析 答案 1 如图1 3 3所示 2 5 103N C 方向沿Q与A连线向外3 103N C 方向沿Q与B连线向外 3 5 10 2N3 10 2N 3电场强度 典例类析 3电场强度 典例类析 3电场强度 典例类析 类型三电场的叠加 电场强度是矢量 场强的叠加本质是矢量叠加 所以叠加应该遵循平行四边形定则 3电场强度 典例类析 例3如图1 3 4所示 真空中 带电荷量分别为 Q和 Q的两个点电荷A B相距为r 求 1 两点电荷连线的中点O处的场强 2 在两电荷连线的中垂线上距A B两点都为r的O 点处的场强 图1 3 4 3电场强度 典例类析 3电场强度 典例类析 3电场强度 典例类析 3电场强度 典例类析 点评 因为场强是矢量 所以求场强时应该既求出大小 又指明方向 对于某一直线上的场强叠加 可直接相加减 对于不在同一直线上的场强叠加 应根据平行四边形定则进行运算 3电场强度 典例类析 变式如图1 3 6所示 空间有一水平方向的匀强电场 场强大小为E 9 103N C 在电场内一水平面上作半径为10cm的圆O 圆周上取A B C三点 AC是直径且沿场强方向 BO AO 另在圆心O处放一电荷量为q 10 8C的正电荷 求A B C三点处的场强大小和方向 图1 3 6 3电场强度 典例类析 3电场强度 典例类析 3电场强度 典例类析 类型四电场线的应用 3电场强度 典例类析 两电荷连线上的中心点O的场强为零 两电荷连线的中垂线上有两个场强最大的点且关于O点对称 2 等量异种电荷的电场线分布特点 对称性 关于中心点O对称的各点的场强大小和方向均相同 如图1 3 9中的A B两点 图1 3 9 3电场强度 典例类析 两电荷连线的中垂线上各点的场强方向均相同 但大小不等 其中心点O的场强是两电荷连线上场强最小的点 却是两电荷连线的中垂线上场强最大的点 3电场强度 典例类析 例4如图1 3 10所示 实线是匀强电场的电场线 虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹 a b是轨迹上的两点 若带电粒子在运动中只受静电力作用 则由此图可做出的正确判断是 A 带电粒子带负电B 带电粒子带正电C 带电粒子所受的静电力的方向向左D 带电粒子做匀变速运动 ACD 3电场强度 典例类析 图1 3 10 3电场强度 典例类析 解析 由运动轨迹的弯曲特点可知 带电粒子受水平向左的静电力作用 故粒子带负电 由粒子在匀强电场中运动 则粒子所受的静电力是恒定的 故粒子运动的加速度大小不变 即带电粒子在做匀变速运动 3电场强度 典例类析 变式如图1 3 11所示 一电子沿等量异种电荷的中垂线由A O B匀速飞过 电子重力不计 则电子所受的另一力的大小和方向变化情况是 A 先变大后变小 方向水平向左B 先变大后变小 方向水平向右C 先变小后变大 方向水平向左D 先变小后变大 方向水平向右 B 图1 3 11 3电场强度 典例类析 解析 由于电子从A到B一直做匀速运动 即合力为零 所以另一力一定与电子所受的静电力等大反向 故可以通过过程中静电力的变化来间接判断另一力的变化情况 由等量异种电荷的电场线分布特点及场强情况可知 中垂线上各点的场强方向均相同且水平向右 负电荷所受的静电力方向与场强方向相反 所以电子所受的静电力始终水平向左 另一力的方向一定水平向右 又因O点的场强是中垂线上场强最大的点 故静电力先增大后减小 则另一力也一定先变大后变小 4电势能和电势 4电势能和电势 4电势能和电势 三维目标 三维目标 1 知识与技能 1 理解静电力做功的特点 电势能的概念 电势能与电场力做功的关系 2 理解电势的概念 知道电势是描述电场的能的性质的物理量 明确电势能 电势 静电力的功 电势能的关系 了解电势与电场线的关系 了解等势面的意义及与电场线的关系 2 过程与方法通过与前面知识的结合 理解电势能与静电力做的功的关系 从而更好地了解电势能和电势的概念 3 情感 态度与价值观尝试运用物理原理和研究方法解决一些与生产和生活相关的实际问题 增强科学探究的价值观 4电势能和电势 三维目标 4电势能和电势 重点难点 重点 理解掌握电势能 电势 等势面的概念及意义 难点 掌握电势能与做功的关系 并能用此解决相关问题 重点难点 4电势能和电势 教学建议 电势 电势能的概念比较抽象 在讲解时可以通过引入重力场的有关概念进行类比 以增强知识的可感知性 这样有助于学生的理解 但还需要注意的是 在讲解中不仅要掌握好教学的深度 同时要加强学生从不同的知识角度 能的角度 功能关系的角度学习本节知识 从一个更高的全面的基准点对已学知识进行综合 加强学生自身知识的再更新能力 这也是教师急需要注意的问题 在讲解中 知识点上需要明确的是 教学建议 1 除了需要说明电势的单位以及标量性 还需要强调电势公式是定义式 电场中某一点的电势与电荷在电场中的电势能无关 与电荷的多寡无关 而电场中某点的电势与产生电场的源电荷有关 与该点在电场中的位置有关 2 使用电势公式时 注意公式中物理量的正负 理解正负只是表示电势的高低而不是方向 3 关于电势的讲解 一是需要注意的是零电势的选取 理论上以距离电场无限远处为零电势 实际上以大地的电势为零电势 二是电势沿着电场线的方向逐渐降低 4电势能和电势 教学建议 4电势能和电势 新课导入 导入一 复习前面相关知识1 静电力 电场强度的概念 指出前面我们从力的性质研究电场 从本节起将从能量的角度研究电场 2 复习功和能量的关系 从静电力做功使试探电荷获得动能入手 提出问题 是什么能转化为试探电荷的动能 引入新课 新课导入 导入二 高山耸立 峭壁嶙峋 攀岩者若要登上陡峭的山峰 不仅需要熟练的攀岩技巧 而且需要过人的体力 攀岩者攀岩时 攀岩者克服重力做功 也一步步地增大了自己的重力势能 而做自由落体运动的物体 由于重力做功 使得势能转化成了动能 电子在电场力的作用下沿着与电场强度相反的方向运动时 电场力做功吗 电子在电场中有势能吗 如果有 这个势能与电场力所做的功有什么关系 这个势能与重力势能有无相似之处 4电势能和电势 新课导入 4电势能和电势 温故知新 温故知新 为了表示电场强弱 引入电场强度的概念 我们用比值定义电场强度 电场强度是矢量 满足矢量的运算 为了形象描述电场 同时引入了电场线的概念 电场线不是实际存在的线 电场不仅具有力的性质 也具有能的性质 从本节起将从能量的角度研究电场 4电势能和电势 自主探究 自主探究 知识点一静电力的功 静电力做功的特点 在任何静电场中 静电力对移动电荷所做的功只与有关 而与电荷无关 起始位置和终止位置 经过的路径 4电势能和电势 自主探究 知识点二电势能 1 定义 电荷在所具有的能叫电势能 用Ep表示 单位是J 2 静电力做功与电势能变化的关系静电力对电荷做正功 电荷的电势能 的电势能等于静电力 静电力对电荷做负功 电荷的电势能 的电势能等于克服静电力 其关系可以表示为 电场中 减少 增加 所做的功 增加 减少 所做的功 WAB Ep EpA EpB 4电势能和电势 自主探究 由此式可以看出 电荷在某点的电势能 等于把它从该点移动到零势能位置时静电力所做的功 3 电势能是 但有 其正负反映比零电势能大还是小 标量 正负 4电势能和电势 自主探究 想一想 如何判断电势能的大小 答案 在电场中的A B两点间移动电荷时 若静电力做正功 则电荷的电势能减少 即EpA EpB 若静电力做负功 则电荷的电势能增加 即EpA EpB 4电势能和电势 自主探究 知识点三电势 1 电势 1 定义 电荷在电场中某点的与它的的比值 叫做这一点的电势 用字母 表示 2 表达式 3 单位 伏特V 1V J C 4 意义 电势是描述电场的的物理量 电场中某一点的电势在数值上等于在该点所具有的电势能 电势能 电荷量 1 能的性质 单位正电荷 4电势能和电势 自主探究 想一想 如何判断电势的高低 答案 1 利用电场线来判断 电场线指向电势降低的方向 顺着电场线的方向电势越来越低 2 利用电势与电势能的关系来判断 先由静电力做功的情况判断电势能的变化 再由电势与电势能之间的关系判断电势的升降 需要注意的是 对于正电荷 电势越高则电势能越大 对于负电荷 电势越高则电势能越小 2 电势和电势能的关系 EpA q A 4电势能和电势 自主探究 知识点四等势面 1 等势面物理学中把电场中电势构成的面叫等势面 若在平面内研究电场 相应的等势面应为等势线 2 常见的等势面 1 点电荷的电场中的等势面是以点电荷一簇球面 如图1 4 1甲所示 2 等量同种点电荷的电场中的等势面如图1 4 1乙所示 相同的点 为球心的 4电势能和电势 自主探究 3 等量异种点电荷的电场中的等势面如图1 4 1丙所示 特别要注意两点电荷连线的中垂面为一个等势面 4 匀强电场中的等势面是垂直于电场线的一簇平面 如图1 4 1丁所示 5 形状不规则的带电导体附近的电场线及等势面如图1 4 1戊所示 处于静电平衡状态的导体是等势体 导体表面是等势面 导体表面外侧的电场线跟导体表面垂直 4电势能和电势 自主探究 图1 4 1 4电势能和电势 自主探究 3 等势面的特点 1 在同一等势面上移动电荷时 静电力 2 等势面一定处处与电场线 即与场强的方向 3 电场线总是从电势较高的等势面指向电势较低的等势面 4 电场中任意两个等势面永远不会相交 因为如果两个等势面相交 则根据等势面与电场强度的关系将得出结论是 在相交处出现两个电场方向 而这显然是不可能的 不做功 垂直 垂直 4电势能和电势 典例类析 类型一静电力做功与电势能的变化 典例类析 静电力对电荷做正功 电荷的电势能减少 静电力对电荷做负功 电荷的电势能增加 静电力做功的数值与路径无关 只与始 末位置有关 4电势能和电势 典例类析 例1如图1 4 2所示 在场强为E的匀强电场中有相距为l的A B两点 连线AB与电场线的夹角为 将一带电荷量为q的正电荷从A点移到B点 若沿直线AB移动该电荷 静电力做的功W1 若沿路径ACB移动该电荷 静电力做的功W2 若沿曲线ADB移动该电荷 静电力做的功W3 由此可知 电荷在电场中移动时 静电力做功的特点是 4电势能和电势 典例类析 图1 4 2 4电势能和电势 典例类析 答案 qElcos qElcos qElcos 静电力做功的大小与路径无关 只与始 末位置有关 解析 路径AB ACB ADB在电场线方向上的投影都是BC lcos 将电荷沿这3条路径由A移动到B 静电力做的功都是qElcos 因此静电力做功的特点是 与路径无关 只与始 末位置有关 4电势能和电势 典例类析 变式在一个点电荷Q形成的电场中 将试探电荷q从A点移到B点时 试探电荷的电势能增加了3 0 10 5J 试问 在这个过程中 静电力做的功是多少 答案 3 0 10 5 解析 据题知 试探电荷在B A两点的电势能之差EpB EpA 3 0 10 5J 根据WAB EpA EpB 可知WAB 3 0 10 5J 即在试探电荷移动过程中 静电力做负功 大小为3 0 10 5J 4电势能和电势 典例类析 类型二电势与电势能 1 电势能的特性 电势能具有相对性 它的大小与零电势能点的选取有关 通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为零 或把电荷在大地表面上的电势能规定为零 电势能是电荷和电场组成的系统所共有的 但通常简称为 电荷的电势能 2 电势的特性 4电势能和电势 典例类析 电势的相对性 电场中某点的电势是相对的 它的大小和零电势点的选取有关 在物理学中 常取离场源电荷无限远处的电势为零 在实际应用中常取大地的电势为零 电势的固有性 电势 是表示电场的能的性质的物理量 电场中某点的电势 只由电场本身决定 而与在该点是否放有电荷 电荷的电性及电荷量均无关 电势的标量性 电势虽然有正负 但电势是标量 电势为正值表示该点电势高于零电势 电势为负值表示该点电势低于零电势 正负号不表示方向 4电势能和电势 典例类析 例2如图1 4 3所示 Q1和Q2是两个固定的负点电荷 在它们的连线上有a b c三点 其中b点的合场强为零 现将另一个正点电荷q由a点沿连线移到c点 在移动的过程中 点电荷q的电势能的变化情况是 图1 4 3 A 不断减少B 不断增加C 先减少后增加D 先增加后减少 D 4电势能和电势 典例类析 解析 Q1 Q2连线上各点的场强是这两个点电荷产生的电场的叠加 在b点左侧 合场强向左 正电荷受静电力向左 由a b 静电力做负功 电势能增加 在b点右侧 合场强向右 正电荷受静电力向右 由b c 静电力做正功 电势能减少 综上分析 正电荷由a b c过程中 电势能先增加后减少 4电势能和电势 典例类析 点评 应用功能关系法判断电势能变化情况时 一般要分三步进行 确定电场方向和静电力方向 确定位移方向与静电力方向的夹角 夹角为锐角时静电力做正功 夹角为钝角时静电力做负功 利用 静电力做正功时电势能减少 静电力做负功时电势能增加 判断电势能增减情况 4电势能和电势 典例类析 AD 4电势能和电势 典例类析 A 若把一个正点电荷从M点沿直线移到N点 则静电力对该电荷做功 电势能减少B 若把一个正点电荷从M点沿直线移到N点 则该电荷克服静电力做功 电势能增加C 若把一个负点电荷从M点沿直线移到N点 则静电力对该电荷做功 电势能减少D 若把一个负点电荷从M点沿直线移到N点 再从N点沿不同路径移回到M点 则该电荷克服静电力做的功等于静电力对该电荷所做的功 电势能不变 4电势能和电势 典例类析 解析 由点电荷产生的电场的特点可知 M点的电势高 N点的电势低 所以将正电荷从M点移到N点 静电力做正功 电势能减少 故A对 B错 将负电荷由M点移到N点 克服静电力做功 电势能增加 故C错 静电力做功与路径无关 负电荷又回到M点 则整个过程中静电力不做功 电势能不变 故D对 4电势能和电势 典例类析 类型三等势面 沿等势面移动电荷时 静电力不做功 一定是力和速度 或位移 的方向垂直 而电场线的方向即静电力的方向 或反方向 所以电场线一定和等势面垂直 由此性质可以根据等势面来绘制电场线 实际中测量电势比测定场强容易 所以常用等势面研究电场 先测绘出等势面的形状和分布 再根据电场线与等势面相互垂直 绘出电场线分布 这样就知道了所研究的电场 4电势能和电势 典例类析 例3将一个点电荷从电场中的a点移到b点 其电势能变化为零 则 A a b两点的场强一定相等B a b两点的电势一定相等C 该点电荷一定沿等势面移动D 作用于该点电荷的静电力与电荷的移动方向总是垂直 B 4电势能和电势 典例类析 解析 在电场中移动电荷时 电势能的变化只跟电荷的始 末位置有关 跟它的具体运动路径无关 只要电荷的始 末位置在同一等势面上 电势能的变化一定等于零 静电力做功一定为零 但不能断定整个移动过程中静电力始终不做功 电势能始终不变 所以该电荷不一定沿等势面移动 静电力也不一定总是与电荷的移动方向垂直 所以只有B正确 4电势能和电势 典例类析 变式图1 4 5中的虚线为某个点电荷电场的等势面 现有a b两个带电粒子 不计重力 以相同的速率从同一点A出发 沿不同路径分别到达B C两点 根据图示情况可以得知 图1 4 5 BCD 4电势能和电势 典例类析 A a b两个粒子电荷量一定相等B a b两个粒子的电性一定相反C 粒子a的动能先减少后增加D 经过B C两点时 a b两粒子的速率相同 4电势能和电势 典例类析 解析 由初速度方向和粒子的运动轨迹知 a Q间为斥力 b Q间为引力 所以a b两粒子的电性相反 B正确 由于图中只显示运动的大致情况 无法判断a b两粒子的电荷量的多少 所以A错 对a粒子 静电力先做负功后做正功 故其动能先减少后增加 C正确 当a b两粒子分别到达B C两点时 由于B C和出发点A位于同一等势面上 运动过程中静电力做功为零 因而动能不变 所以D正确 5电势差 5电势差 5电势差 三维目标 三维目标 1 知识与技能 1 理解电势差是描述电场的能的性质的物理量 2 知道电势差与电势零点的选取无关 熟练应用其概念及定义式进行相关的计算 3 知道电势与电势差的关系 2 过程与方法培养学生的分析能力 抽象思维的能力 综合能力 3 情感 态度与价值观通过对原有知识的加工 对新旧知识的类比 概括 培养学生知识自我更新的能力 5电势差 重点难点 重点 1 电势差的概念 2 静电力做功公式的推导和该公式的具体应用 难点 静电力做功公式中正负号的应用与正负号的物理意义 重点难点 5电势差 教学建议 通过电场力做功来引入电势差的概念 可增强知识的可感知性 有助于学生的理解 在学习电势差的表达式和定义式时 应该注意下标的使用规则和正负号表示的物理意义 在教学过程中 应从一个更高的全面的基准点对已学知识进行综合 加强学生自身知识的再更新能力 这样使学生在已有知识中逐步理解 能帮助学生真正掌握电势差的概念 教学建议 5电势差 新课导入 导入一 物理学家牛顿说 如果说我比别人看得更远 那是因为我站在巨人的肩膀上 这句话的意思不言而喻 也一直并将继续启迪后人 这里我们要讨论的是这句话的物理道理 假如牛顿真的站在了一个巨人的肩膀上 这个巨人的肩膀越高 牛顿所处的高度就越大 但牛顿的头顶到脚的高度差 身高 却保持不变 同样的道理 选择不同的位置作零电势点 电场中同一点的电势不同 但两点之间的数值之差 电势差 不变 因此 在物理学中 研究电势差更有实际意义 新课导入 导入二 教师幻灯片出示下面习题 某电场的等势面如图1 5 1所示 试画出电场线的大致分布 图1 5 1 5电势差 新课导入 若以C点为零电势点 则A点的电势为多少 D点的电势为多少 A D两点的电势相差多少 若以B点为零电势点 则A点的电势为多少 D点的电势为多少 A D两点的电势相差多少 教师巡视学生完成习题 提问 分别选C点和B点为零电势点 得到的A D两点的电势相差的值是什么关系 学生 相同 教师 由此你可以得出什么结论来 学生 这个差值与零电势点的选取无关 教师 这个差值我们就叫它电势差 这节课我们就来研究这一物理量 5电势差 新课导入 5电势差 温故知新 温故知新 类似于重力场具有重力势能 高度 等高线 电场也具有电势能 电势 等势面 两者有一定的相似性 电势和电势能具有相对性 因此在研究电势和电势能时一定要选取参考平面才有物理意义 那么电场中两点的电势之差是否与参考平面的选择也有关系呢 5电势差 温故知新 答案 电场中两点的电势之差仅与这两点所在的位置有关 与参考平面的选择无关 5电势差 自主探究 自主探究 知识点一电势差 1 定义 电场中两点间叫做电势差 也叫 2 公式 3 电势差是 但有正负 其正负表示两点间电势的高低 电势的差值 电压 UAB A B 标量 5电势差 自主探究 知识点二电势差与静电力做功的关系 5电势差 自主探究 5电势差 典例类析 类型一电势差与电势 典例类析 选取不同的点为零电势点 电场中同一点的电势可能不同 但相同的两点间的电势差一定相同 即电场中的两点间的电势差与零