2015-2016学高二物理 新课标人教版 选修3-1 第一章 静电场 教材教法分析 课件(53张)

静电场教材教法分析,概述,电学内容的开始，电学、光学、原子物理学的基础从直观到抽象，从宏观到微观注意循序渐进，注意新旧知识的联系进度慢点儿、知识教学透点儿、习题教学搂着点儿,在初中的基础上，从物质微观结构的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。,普通高中物理课程标准,北京市普通高中新课程物理学科教学指导意见和模块学习要求,“过程”目标,通过回顾人类对静电现象的认识过程，了解研究物理问题的过程与方法。通过建立“点电荷”的物理模型，体会理想化模型的研究方法。通过电场强度、电势、电容的定义，知道比值定义的方法。通过学习电场线和等势面，学习用直观的图形描述抽象的物理概念的方法。通过联系熟悉的“重力场”来认识电场，体会类比的研究方法。通过做实验研究影响平行板电容器电容的因素，体会控制变量的实验研究方法。,“情感”目标,通过把静电力与万有引力对比，体会自然规律的多样性和统一性。通过认识电场对电荷的作用来体会电场的存在，从而理解电场是物质存在的形式之一，这既是研究电场的方法，也能从中领略自然界的奇妙。通过了解示波管、电容器、静电复印、静电加速器等，把物理知识与科技、生活联系起来，体会物理学与科技、社会的联系。,知识结构,课时安排建议,说明：复习、测试、讲评还需3节课，约4周时间完成。,1电荷及其守恒定律,1、三种起电方式：接触、摩擦、感应,感应分离：把带正电荷的球C移近导体AB，先把A和B分开，然后再移走C。问问学生A、B带不带电，带什么电？感应接地：把带正电荷的球C移近导体AB，用手摸一下导体（摸A端，摸B端或摸A、B中间部位），然后再移走C。问问学生A、B带不带电，带什么电？,说明：教师像魔术表演一样一步一步细致认真地演示给所有学生看，用实验现象打破学生的直观感觉，让学生的潜意识跟事实交锋。,1电荷及其守恒定律,教科书P5“问题与练习”4：“永动机”,分析：在把A、B分开的过程中要克服其间的静电力做功，这是把机械能转化为电能的过程。,1电荷及其守恒定律,2、电荷守恒定律,“守恒”的思想：机械能守恒、能量守恒、动量守恒、电荷守恒从宏观现象认识微观本质,1电荷及其守恒定律,3、从“元电荷”初识“量子化”,迄今为止，科学实验发现的最小的电荷量就是电子所带的电荷量。实验还指出，所有带电体的电荷量或者等于e，或者是e的整数倍。这就是说，电荷量是不能连续变化的物理量。20世纪60年代，一些物理学家提出质子、中子等参与强相互作用的粒子是由更基本的粒子“夸克”组成的，而夸克的电量可分别是e/3、2e/3。确有一些重要实验显示了夸克存在的证据，但却未能找到单独存在的夸克粒子，因而也有人认为夸克只能“集体”存在，其总电量可以为零或e。“正、负电子与光子的转化”不宜讲静电计只能用来定性地估计电势差（测电势差时再讲）,2库仑定律,1、探究电荷间定量的相互作用规律,（1）18世纪前，人们对电的了解一直处于定性的初级阶段。,实验表明：电荷间的作用力随着电荷量的增大而增大，随着距离的增大而减小。猜想：电荷间的作用力会不会与万有引力具有相似的形式呢？,P5演示1,P5演示2,2库仑定律,1、探究电荷间定量的相互作用规律,（2）17世纪末（1687年），牛顿发现了万有引力所遵循的规律（平方反比定律），促使18世纪的物理学家进行类比研究。万有引力是有质量的物体之间非接触力，电力是带电物体间的非接触力。通过实验研究，不少人猜测平方反比定律适用于电力。,2库仑定律,1、探究电荷间定量的相互作用规律,（3）法国工程学天才库仑，1777年，设计了能测微弱作用力的扭秤（木髓小球），通过实验研究确认：电斥力,库仑扭秤,1781年当选法国科学院院士。1785年发表的论文中记述了上述实验及结果。1787年又设计扭摆（动力学方法），通过实验确认电引力也遵从平方反比规律。说明1：库仑成功地运用了类比思维。一是平方反比，二是电量乘积。对后者，他断定无需证明。另据考证，他用相同的金属球做过实验，巧妙地得到了成比例的电量，证实了与电量乘积的正比关系。,2库仑定律,1、探究电荷间定量的相互作用规律,说明2：被埋没的成果早在库仑定律建立前13年，1772年，卡文迪许用两个导通的金属壳做实验，通过计算得出了比库仑实验（20.04）还要精确的电力平方反比定律（20.02）。直到1879年才由麦克斯韦整理出版。1789年，卡文迪许巧妙地利用扭秤装置测出了引力常量G。说明3：不宜说“库仑定律”是由大量实验归纳得到的”。,2库仑定律,1、探究电荷间定量的相互作用规律,（4）适用条件“点电荷”条件“静止”条件：都静止或静止的作用于运动的“真空”条件：电力遵循的平方反比律不受“真空”条件的限制。不过，当电荷处在介质中时，介质要极化，出现极化电荷，就不能只考虑用库仑定律去求这两个电荷受的了。所谓“介质中的库仑定律，实际上求的是一个电荷受到的另一个电荷与极化电荷的作用力的合力。,（5）设计实验验证,36电场强度电势,1、通过引力场、重力场认识电场（类比）,场是物质存在的一种形态，具有物质的一般通性：运动、有能量、有力的作用。用引力场、重力场解释重力、重力势能。电场也有类似的基本性质：电场对放入其中的带电体（试探电荷）有力的作用（电场力）带电体具有一种能（电势能）电场力做功与电势能变化的关系,36电场强度电势,2、用比值定义电场强度和电势,（1）教科书P11第二自然段：猜想：不同试探电荷在电场中的同一点所受电场力不同，力可能与试探电荷的电荷量成正比。实验表明：没有做理论证明：F=kQq/r2总结比值定义方法：密度、电阻,36电场强度电势,2、用比值定义电场强度和电势,（2）教科书P17：由电场强度自然引出电势（物理意义、比值定义）图1.4-4，用一个具体的情景证明电势能与电荷量的比值与试探电荷无关。比较重力场的重力势gh=Ep/m，加深对“势”的理解。,36电场强度电势,3、点电荷的电场电场的叠加,36电场强度电势,说明2：用等效的方法判断非点电荷电场的强弱,ab是长为l的均匀带电细杆，P1、P2是位于ab所在直线上的两点，位置如图所示。ab上电荷产生的静电场在P1处的场强大小为E1，在P2处的场强大小为E2。比较E1、E2。,36电场强度电势,4、电场的“地理图”电场线、等势面,（1）教科书P24“问题与练习”4：等高线图中的信息（2）理论推理：孤立的点电荷、等量的两个点电荷（3）实验模拟：,范氏起电机+人头,感应起电机+丝线,感应起电机+电极+悬浮在蓖麻油中的微粒,（4）计算机立体模拟（5）分组实验：描绘等势面和电场线（6）看懂、默画5种电场电场线和等势面,实验模拟,看懂、默画,图中a、b是两个点电荷，它们的电量分别为Q1、Q2，MN是ab连线的中垂线，P是中垂线上的一点，下列哪种情况能使P点场强方向指向MN的左侧？abPMN左右AQ1、Q2都是正电荷，且Q1Q2BQ1是正电荷，Q2是负电荷，且Q1Q2CQ1是负电荷，Q2是正电荷，且Q1Q2DQ1、Q2都是负电荷，且Q1Q2,36电场强度电势,5、场强与电势的关系,可以联系力学所学的知识来帮助学生理解：电场强度描述电场的力的性质，电势描述电场的能的性质。那么，在力学里，力和能什么关系呢？它们没有直接的关系，并不是力越大能一定越多吧。同理，电场强度与电势也没有直接关系，电场强度大处电势未必高。力在空间的积累作用效果功，可以量度能的变化，即功是能量转化的量度，也就是说，力通过做功跟能建立联系的。所以，电场强度和电势的联系，是通过电场力做功建立起来的，这就是我们在匀强电场中研究的电场强度和电势差的关系E=U/d。,36电场强度电势,5、场强与电势的关系,可用E=U/d定性分析非匀强电场：,如图所示，a、b、c是一条电场线上的三个点，电场线的方向由a到c，a、b间的距离等于b、c间的距离。用a、b、c和Ea、Eb、Ec分别表示a、b、c三点的电势和电场强度，可以断定AabcBEaEbEcCa-b=b-cDEa=Eb=Ec,说明：帮助学生理解等势面的疏密与电场线一致。,36电场强度电势,6、三个公式,说明：从物理意义、适用条件结合实例帮助学生理解,7静电现象的应用,1、电场中的导体,静电感应静电场对导体的作用和导体对静电场的“响应”。（1）理论研究,7静电现象的应用,1、电场中的导体,静电感应静电场对导体的作用和导体对静电场的“响应”。（1）理论研究,7静电现象的应用,1、电场中的导体,静电感应静电场对导体的作用和导体对静电场的“响应”。（2）实验证明,静电屏蔽实验,7静电现象的应用,1、电场中的导体,静电感应静电场对导体的作用和导体对静电场的“响应”。（2）实验证明,法拉第圆筒实验,7静电现象的应用,1、电场中的导体,静电感应静电场对导体的作用和导体对静电场的“响应”。导体中（包括表面）没有自由电荷定向移动的状态，叫做静电平衡状态。导体处于静电平衡状态时的特点：（1）导体内部的场强为零；（2）导体表面的电场线垂直于表面；（3）导体是一个等势体，表面是一个等势面；（4）带电导体电荷分布在导体的外表面。,7静电现象的应用,2、静电屏蔽,做好实验，联系实例。,7静电现象的应用,3、尖端放电,在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度（单位面积的电荷量）越大，凹陷的位置几乎没有电荷。（1）教科书P26页的解释：高中不作理论推导（2）大量实验和实例感应圈放电，电风吹蜡烛、使泡末圆盘转动煤气灶点火器，高压线的电晕,避雷针,7静电现象的应用,4、静电的应用和防止,应用：除尘、喷漆、植绒、复印,防止：接地线、防静电刷、加湿、防静电橡胶、防静电地板,静电的危害：静电荷积累到一定程度，会产生火花放电。防止静电危害的基本方法是尽快地把产生的静电导走。静电的应用：依据的物理原理几乎都是让带电的物质微粒在电场力作用下，奔向并吸附到电极上。,8电容器的电容,1、电容器的结构和在电路中的作用,8电容器的电容,2、电容,（1）实验证明一个电容器所带的电荷量与电容器两极板间的电势差成正比。（2）类比（3）比值定义,8电容器的电容,3、平行板电容器的电容,（1）实验探究（定性、定量）,8电容器的电容,3、平行板电容器的电容,（2）理论分析表明（定量）,拓展1：用电流传感器观察电容器的充电和放电面积物理意义估算电容的大小,拓展2：电容式传感器,9带电粒子在电场中的运动,1、加速和偏转（演示、推证）,2、示波管的原理（推证、演示）教科书P36“思考与讨论”,9带电粒子在电场中的运动,3、指导学生阅读密立根实验电子电荷量的测定教科书P37“科学足迹”范德格拉夫静电加速器教科书P38“科学漫步”,9带电粒子在电场中的运动,4、带电物体在电场、重力场中的运动平衡匀变速直线运动圆周运动类平抛、斜抛,9带电粒子在电场中的运动,带电物体在电场中平衡和运