《静电场中的能量复习》教案

《静电场中的能量复习》教案教学目标教学目标：1.梳理知识并将知识进行关联整合，形成知识结构；2.梳理本章体现的核心素养，让学生有意识发展自己的核心素养；3.通过具体问题的解决，促进知识的理解，体会发展核心素养。教学重点：将知识进行关联整合，形成知识结构教学难点：体会发展学生的核心素养教学过程时间教学环节主要师生活动知识的关联与整合知识的关联与整合以问题为导向，按学习顺序复习梳理本章重要的知识。为什么要研究静电场中的能量？静电力做功有什么特点？和“重力与重力势能的关系”类比，静电力做功与电势能变化有怎样的关系？和定义电场强度的方式类比，如何定义电势？什么是电势差？静电力做功与电势差有什么关系？电势差与电场强度有什么关系？什么是电容器？如何定义电容？带电粒子在静电场中如何加速？带电粒子在静电场中如何偏转？形成知识结构研究的思路和方法核心素养的体现物理观念——能量观念在回答“为什么要研究静电场中的能量？”这个问题时，章首语提出一个问题，古代，人们用弩来加速箭，箭的速度能达到102m/s数量级；后来人们又在枪膛中用火药加速子弹，子弹的速度能达到103m/s数量级；而现代人们需要用高速的微观粒子轰击另一微观粒子，来进行科学研究，其速度的数量级达到107m/s，那是怎样加速的呢？直线粒子加速器以及示意图如图所示。A、B板之间存在电场，由运动和相互作用观念。带正电的粒子q在电场中从A运动到B只受到静电力F的作用，做加速运动，可以加速到所要求的速度。由能量观念，由于静电力做正功，所以粒子动能增加，速度增大。如果静电力做正功WAB，由动能定理可知，该粒子的动能也增加了WAB，根据能量守恒定律，粒子动能增加了，意味着另外一种形式的能量减少了，并且这种形式的能量的减少量也等于WAB。研究章首语中带电粒子加速的问题，就有两种思路：一种是利用牛顿第二定律结合匀变速直线运动公式来分析；另一种是利用静电力做功结合动能定理来分析。科学思维（1）科学思维——两个物理量之比定义新物理量电场强度、电势、电容都是用两个物理量之比定义的物理量（2）科学思维——类比法类比“重力和重力势能的关系”，得到了静电力和电势能的关系。类比电场强度的定义方式，我们定义了电势。（3）科学思维——反证法在证明两个等势面不相交时利用了反证法。科学探究——证据实验探究：电容器两极板间电势差跟所带电荷量的关系时，利用实验提供证据。科学态度与责任观察电容器的充、放电现象，这是全书、也是全部高中物理课程中唯一的一个观察性实验，我们可以体会到物理学是建立在观察和实验基础上的创造性工作。实验中要如实记录实验现象，所以要有实事求是的态度。应用与体会应用与体会1.运动与相互作用观念和能量观念是解决物理问题的两种思路。例1．如图所示，两平行金属板相距为d，电势差为U，一个电子从O点沿垂直于极板的方向射出，最远到达A点，然后返回。已知OA相距为h，电子质量为m，电子的电荷量为e，试计算此电子在O点射出时的速度。解析：方法1：两平行金属板间为匀强电场,电场强度为E=电子受到静电力F=Ee=根据牛顿第二定律，电子的加速度a=电子从O运动到A作匀减速直线运动，初速度为v0，末速度为0，位移为h。v所以电子在O点射出时的速度这个方法除了利用了牛顿第二定律与匀变速直线运动公式，还利用了静电场中电势差、电场强度、静电力这几个物理量之间的关系。方法2：两平行金属板间为匀强电场,电场强度为E=OA之间电势差为U电子由O运动到A静电力做功速度减小，由动能定理得所以电子在O点射出时的速度这个方法除了用静电力做功并结合动能定理来分析，还利用了电场强度、电势差、静电力做功三个物理量之间的关系。当解决的问题属于匀强电场且涉及运动时间等描述运动过程的物理量时，适合运用前一种思路分析；当问题只涉及位移、速率等动能定理公式中的物理量或非匀强电场情景时，适合运用后一种思路分析。这道题因为不涉及运动时间，所以方法2更简洁。2．灵活利用物理量之间的关系解决静电场相关问题例2．如图表示某电场等势面的分布情况。如果把电子从b等势面移动到e等势面，静电力做功是多少？在电场中的A、B两点放置电荷量相等的试探电荷，试比较它们所受静电力的大小和电势能的大小。解析：（1）根据静电力做功、电势差和电势的关系WAB＝qUABU所以W（2）根据电势差、电场强度、静电力的关系可以得到电场线较密的地方等势线也较密，这样A点的电场强度比B点的大，所以电荷量相等的试探电荷在A点所受电场力大于在B点所受电场力。根据电势与电势能的关系可以得到，A点和B点在同一个等势面上，电荷量相等的试探电荷在这两点的电势能相等。课后练习1．如图甲所示，A、B是某电场中一条电场线上的两点，一个负电荷从A点由静止释放，仅在静电力的作用下从A点运动到B点，其运动的v-t图像如图乙所示。（1）请判断该负电荷在A、B两点电势能的大小以及A、B两点电势的高低。（2）比较A、B两点电场强度的大小。2．是否存在如图所示的电场，电场线相互平行，但间距不相等？请说明理由。3．如图所示，三个同心圆是点电荷Q周围的三个等势面，A、B、C分别是这三个等势面上的点。已知这三个圆的半径关系为rC－rB＝rB－rA，且这三点在同一条电场线上。现将一个电荷量q为1.6×10-6C的电荷从A点移到C点，其电势能减少1.92×10-5J，若取C点的电势为0，A点的电势为多少？UAB和UBC是否相等？4.有一个平行板电容器，电容是1.5×10-4μF，所带电荷量为6×10-8C。如果两板间的距离为1mm，电容器两极板间的电场强度是多少？5.如图所示，将带负电的试探电荷沿着等量异种点电荷连线的中垂线从A点移动到B点，再沿连线从B点移动到C点。在此全过程中，试探电荷所受的静电力如何变化？所经过各点处的电势如何变化？试探电荷的电势能如何变化？6.如图所示，在匀强电场中，将电荷量为－6×10-6C的点电荷从电场中的A点移到B点，静电力做了－2.4×10-5J的功，再从B点移到C点，静电力做了1.2×10-5J的功。已知电场的方向与△ABC所在的平面平行。（1）A、B两点间的电势差UAB和B、C两点间的电势差UBC分别为多少？（2）如果规定B点的电势为0，则A点和C点的电势分别为多少？（3）请在图中画出过B点的电场线方向，并说明理由。7.如图所示，单刀双掷开关S原来跟2相接，从t＝0开始，开关改接1，得到流过电路中P点的电流随时间变化的I-t图像（图甲），电容器两极板的电势差UAB随时间变化的图像（图乙）。t＝2s时，把开关改接2，请在I-t图像和UAB-t图像中画出之后2s时间内图像的大致形状。参考答案1．答案：（1）EpA>Ep解析：由v-t图像可知，负电荷从A点加速运动到B点，所以电场强度方向由B指向A，沿着电场线方向电势降低，所以φB>φA；根据Ep=qφ可知，负电荷在电势高的地方电势能小，所以Ep由v-t图像可知，负电荷从A点加速运动到B点，加速度越来越小，则电场强度越来越小，所以EB2．解析：不存在。如果存在这样的电场，根据等势面的特点，它的等势面AC、BD如图所示，A、B两点的电势差UAB应该等于C、D两点的电势差UCD。从图中很明显可以看出A、B两点的距离dAB等于C、D两点的的距离dCD。而A、B间的电场强度大于C、D间的电场强度。根据U＝Ed，可得UAB大于UCD。这与前面的结论相矛盾。所以电场线相互平行，但间距不等的电场是不存在的。3．答案：12V，不相等解析：由电势的定义有，点电荷电场中AB段的电场强度大于BC段的电场强度，由U＝Ed分析知，UAB>UBC。本题运用U＝Ed定性分析，需注意不可想当然地认为距离相等的等势面之间电势差就一定相等。4．答案：解析：因为和所以5．答案：从A点移动到B点，静电力增大，方向垂直于A、B连线向上；从B点移动到C点，静电力增大，方向沿B、C连线指向正点电荷Q。从A点移动到B点，电势不变；从B点移动到C点，电势升高。从A点移动到B点，电势能不变；从B点移动到C点，电势能减少。解析：由等量异种点电荷的电场分布情况知，带负电的试探电荷沿着等量异种点电荷连线的中垂线从A点移动到B点，试探电荷所受的静电力逐渐增大，方向不变，一直垂直于A、B连线向上；试探电荷再沿连线从B点移动到C点，试探电荷所受的静电力增大，方向不变，一直沿B、C连线指向正点电荷Q。从A点移动到B点，电势不变；从B点移动到C点，电势逐渐升高。带负电的试探电荷从A点移动到B点，静电力不做功，电势能不变；从B点移动到C点，静电力做正功，电势能逐渐减少。6．答案：（1）4V，－2V；（2）4V，2V