高一物理“电势差与场强的关系电容与电容器”教学设计

1、匀强电场中电势差与电场强度的关系教学设计教学三维目标 （一）知识与技能 1、理解匀强电场中电势差与电场强度的定性、定量关系对于公式 要知道推导过程 2、能够熟练应用 解决有关问题（二）过程与方法 通过对匀强电场中电势差和电场强度的定性、定量关系的学习，培养学生的分析、解决问题的能力（三）情感态度与价值观 从不同角度认识电场、分析寻找物理量之间的内在联系，培养学生对科学的探究精神，体会自然科学探究中的逻辑美教学重点与难点分析 前面几节的内容是研究描述电场的各个物理量，本节内容是研究电势差与电场强度的关系，注意电场强度是描述电场力的性质，电势是描述电场能的性质、电势差是跟电场力移动电荷做功相互联系

2、（如下图），电场强度与电势差的关系、电场力与电势能的变化之间的关系，这两个关系之间的内部逻辑教师在讲解时需要把握其内部联系教法建议本节课是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的，教学中重视启发学生联想，分析物理量之间的关系，要使学生不仅知道结论，并会推导得出结论，在一定的条件下正确应用结论教学过程设计电势差与电场强度关系环节一：课题引入（学生复习回忆）：环节二：教师出示图片： 环节三：教师讲解：场强是跟电场对电荷的作用力相联系的，电势差是跟电场力移动电荷做功相联系的那么场强与电势差有什么关系呢？我们以匀强电场场为例来研究 问题1：如图所示匀强电场E中，正电荷q在电场力作用下从A

3、点沿电场方向移动到B点，已知A B两点之间的距离为d，分析电场强度E与电势差 之间有什么关系？ AB间距离为d，电势差为 ，场强为E把正电荷q从A点移到B时，电场力 所做的功为 利用电势差和功的关系，这个功又可求得为 ，比较这两个式子，可得 ，即： 这就是说，在匀强电场中，沿场强方向的两点间的电势场等于场强和这两点间距离的乘积如果不是沿场强方向的呢？（学生可以进行讨论分析） 如图所示（教师出示图片）并讲解AD两点间电势差仍为 U，设AD间距离s，与AB夹角 ，将正电荷从A移动到D，受电场力方向水平向右，与位移夹角 ，故电场力做功为 ， ，所以 利用电势差和功的关系， ，比较这两个式子可得 d为

4、AB两点间距离，也是AB所在等势面间距离或者可以说是AD两点间距离s在场强方向的投影 关于公式 ，需要说明的是： 1、U为两点间电压，E为场强，d为两点间距离在场强方向的投影 2、由 ，得 ，可得场强的另一个单位： 所以场强的两个单位伏米，牛库是相等的注：此公式只适用于匀强场环节四：例题讲解例题1：如图1514所示，在电场强度E2103 V/m的匀强电场中有三点A、M和B，AM4 cm，MB3 cm，AB5 cm，且AM边平行于电场线，把一电荷量q2109 C的正电荷从B移动到M点，再从M点移动到A点，电场力做功为( ) 图1514A0.16106 J B0.12106 JC0.16106 J

5、 D0.12106 J解析：B、M在同一等势面上，电荷由B到M电场力不做功由M到A电场力做负功WqUqEd210921034102 J0.16106 J即电场力做功为：0.16106 J.答案：C例题2.两平行金属板相距为d，电势差为U，一电子质量为m，电荷量为e，从O点沿垂直于极板的方向射出，最远到达A点，然后返回，如图1515所示，h，此电子具有的初动能是( ) 图1515A. BedUhC. D.解析：电子从O点到A点，因受电场力作用，速度逐渐减小根据题意和图示判断，电子仅受电场力，不计重力这样，我们可以用能量守恒定律来研究问题即mveUOA.因为E，UOAEh，故mv.答案：D例题3如

6、图1516所示，有三个质量相等，分别带正电、负电和不带电的小球，从平行板电场中的P点以相同的初速度垂直于E进入电场，它们分别落在A、B、C三点( ) 图1516A落到A点的小球带正电，落到B点的小球不带电，落到C点的小球带负电B三小球在电场中运动的时间相等C三小球到达正极板时动能关系：EkAEkBEkCD三小球在电场中运动的加速度关系：aAaBaC解析：由图知A的射程最远，xv0t，tA最大，又由hat2知aA最小，aC最大，所以A正确B、D错误，由动能定理知C错答案：A例题4：图1520为一个示波器工作原理的示意图，电子经电压为U1的加速电场后以速度v0垂直进入偏转电场，离开电场时的偏转量是

7、h，两平行板间的距离为d，电势差U2，板长L，为了提高示波管的灵敏度(每单位电压引起的偏转量h/U2)可采取的方法是( ) 图1520A增大两板间电势差U2B尽可能使板长L长些C尽可能使板间距离d小一些D使加速电压U1升高一些解析：电子的运动过程可分为两个阶段，即加速和偏转(1)加速：eU1mv(2)偏转：Lv0t，hat2t2综合得：，因此要提高灵敏度则需要：增大L或减小U1或减小d，故答案应选B、C两项答案：BC例题5：一束电子流在经U5 000 V的加速电压加速后，在距两极板等距处垂直进入平行板间的匀强电场，如图1523所示，若两板间距d1.0 cm，板长l5.0 cm，那么，要使电子能

8、从平行板间飞出，两个极板上最多能加多大电压？ 图1523解析：在加速电压一定时，偏转电压U越大，电子在极板间的偏距就越大当偏转电压大到使电子刚好擦着极板的边缘飞出，此时的偏转电压，即为题中要求的最大电压加速过程，由动能定理得：eUmv进入偏转电场，电子在平行于板面的方向上做匀速直线运动，lv0t在垂直于板面的方向做匀加速直线运动，加速度a偏距yat2能飞出的条件为y解式得：U V4.0102 V要使电子能飞出，所加电压最大为400 V.环节五：学生练习1如图1521所示的匀强电场中有a、b、c三点，5 cm，12 cm，其中ab沿电场方向，bc和电场方向成60角一个电荷量为q4108 C的正电

9、荷从a移到b，静电力做功为W11.2107 J求： 图1521(1)匀强电场的场强E.(2)电荷从b移到c，静电力做的功W2.(3)a、c两点间的电势差Uac.解析：(1)设a、b间距离为d，由题设条件有W1qUabqEd，所以E V/m60 V/m.(2)W2qEcos 60410860121020.5 J1.44107 J.(3)电荷从a移到c静电力做功：WW1W2，又WqUac，所以Uac V6.6 V.答案：(1)60 V/m (2)1.44107 J (3)6.6 V2.如图1522所示，边长为L的正方形区域abcd内存在着匀强电场电荷量为q、动能为Ek的带电粒子从a点沿ab方向进入

10、电场，不计重力 图1522(1)若粒子从c点离开电场，求电场强度的大小和粒子离开电场时的动能(2)若粒子离开电场时动能为Ek，则电场强度为多大？解析：(1)粒子在电场中做类平抛运动，在垂直于电场方向：Lv0t在平行于电场方向：Lat2所以E，qELEktEk则EktqELEk5Ek.(2)若粒子由bc边离开电场，则Lv0tvyt由动能定理得：EkEkmv2mvm(v2v)mvEEk(EkEk)若粒子由cd边离开电场，由动能定理得qELEkEk所以E.答案：(1) 5Ek环节六、师生共同总结：场强表示单位电量的电荷所受的电场力，而电场中两点间的电势差表示单位电量的电荷在这两点间移动时电场力所做功

11、的大小，由于力和功是互相联系的，所以场强与电势差之间存在着必然的联系在非匀强电场中，电势差与场强的关系要复杂的多，但是电场中两点间距离越小时的电势差越大，则该处场强就越大只能是定性判断电容器与电容教学设计教学三维目标（一）知识与技能1、知道什么是电容器及常见的电容器；2、知道电场能的概念，知道电容器充电和放电时的能量转换；3、理解电容器电容的概念及定义式，并能用来进行有关的计算；4、知道平行板电容器的电容与哪些因素有关，有什么关系；掌握平行板电容器的决定式并能运用其讨论有关问题。（二）过程与方法结合实物观察与演示，在计算过程中理解掌握电容器的相关概念、性质。（三）情感态度与价值观体会电容器在实

12、际生活中的广泛应用，培养学生探究新事物的兴趣。 重点：掌握电容器的概念、定义式及平行板电容器的电容。 难点：电容器的电容的计算与应用教学过程设计：环节一：学生复习前面相关知识要点：场强、电势能、电势、电势差等。 环节二：新课教学：教师展示各种电容器.并做解释:这是一种能容纳电荷的容器,今天我们来学习它电容器以及描述它容纳电荷本领的物理量电容1、电容器（1）构造：任何两个彼此绝缘又相隔很近的导体都可以看成一个电容器。（2）电容器的充电、放电操作：把电容器的一个极板与电池组的正极相连，另一个极板与负极相连，两个极板上就分别带上了等量的异种电荷。这个过程叫做充电。现象：从灵敏电流计可以观察到短暂的充

13、电电流。充电后,切断与电源的联系,两个极板间有电场存在,充电过程中由电源获得的电能贮存在电场中,称为电场能.操作：把充电后的电容器的两个极板接通,两极板上的电荷互相中和,电容器就不带电了,这个过程叫放电.现象：从灵敏电流计可以观察到短暂的放电电流.放电后,两极板间不存在电场,电场能转化为其他形式的能量.提问：电容器在充、放电的过程中的能量转化关系是什么?待学生讨论后总结如下:【板书】充电带电量Q增加,板间电压U增加,板间场强E增加, 电能转化为电场能放电带电量Q减少,板间电压U减少,板间场强E减少,电场能转化为电能2、电容与水容器类比后得出。说明：对于给定电容器，相当于给定柱形水容器，C（类比

14、于横截面积）不变。这是量度式，不是关系式。在C一定情况下，Q=CU，Q正比于U。定义：电容器所带的电量Q与电容器两极板间的电势差U的比值，叫做电容器的电容。公式：单位：法拉（F）还有微法（F）和皮法（pF） 1F=10-6F=10-12pF（4）电容的物理意义:电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量，是由电容器本身的性质（由导体大小、形状、相对位置及电介质）决定的,与电容器是不是带电无关.3、平行板电容器的电容（1）演示感应起电机给静电计带电（详参阅P29图1。7-4）说明:静电计是在验电器的基础上制成的,用来测量电势差.把它的金属球与一个导体相连,把它的金属外壳与另一个导体相连,从指针的偏转角

15、度可以量出两个导体之间的电势差U.现象:可以看到:保持Q和d不变， S越小,静电计的偏转角度越大, U越大,电容C越小；保持Q和S不变，d越大，偏转角度越小，C越小.保持Q、d、S都不变,在两极板间插入电介质板,静电计的偏转角度并且减小,电势差U越小电容C增大.（2）结论:平行板电容器的电容C与介电常数成正比,跟正对面积S成正比,跟极板间的距离d成反比.平行板电容器的决定式：真空 介质 环节三：例题讲解例题1：电容器是一种常用的电子元件对电容器认识正确的是( ) A电容器的电容表示其储存电荷能力B电容器的电容与它所带的电荷量成正比C电容器的电容与它两极板间的电压成正比D电容的常用单位有F和pF

16、,1 F103 pF解析：电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量，A项正确电容是电容器本身的性质，只与正对面积、极板间的距离和电介质的性质有关，与电容器的带电荷量和两极板间的电压无关，B、C两项不正确电容器的常用单位的换算关系是1 F106 pF，D项不正确答案：A例题2对于给定的电容器，在描述电容C、带电荷量Q、两板间电势差U的相互关系中，下列图像中正确的是( ) 答案：A例题3如图166所示，两块较大的金属板A、B相距为d，平行放置并与一电源相连，S闭合后，两板间恰好有一质量为m、带电荷量为q的油滴处于静止状态以下说法正确的是( ) 图166A若将上板A向左平移一小段位移，则油滴向下加速运动

17、，G中有ab的电流B若将上板A向上平移一小段位移，则油滴向下加速运动，G中有ba的电流C若将下板B向下平移一小段位移，则油滴向上加速运动，G中有ba的电流D若将S断开，则油滴将做自由落体运动，G中无电流通过解析：因A板与电池的负极相连，故A板带负电，由C、QCU和E，可以得出将A板向左平移一小段，则电容器的电容减小，A板带电荷量减少，U不变，板间电场强度不变，则板间的油滴仍平衡；A板上移，则电容减小，A板带电荷量减小，U不变，板间的电场强度减小，所以油滴向下加速运动，G中有ba的电流，B项对，C项错；将S断开，电容器的带电荷量不变，则油滴仍平衡，所以D项错答案：B例题4用控制变量法，可以研究影

18、响平行板电容器电容的因素(如图167)设两极板正对面积为S，极板间的距离为d，静电计指针偏角为.实验中，极板所带电荷量不变，若( ) 图167A保持S不变，增大d，则变大B保持S不变，增大d，则变小C保持d不变，减小S，则变小D保持d不变，减小S，则不变解析：静电计指针偏角体现电容器两板间电压大小在做选项所示的操作中，电容器电荷量Q保持不变，C保持S不变，增大d，则C减小，U增大，偏角增大，选项A正确B错误；保持d不变，减小S，则C减小，U增大偏角也增大，故选项C、D均错答案：A环节四：学生训练1.如图169所示电路中，A、B为两块竖直放置的金属板，G是一只静电计，开关S合上后，静电计指针张开一个角度下述哪些做法可使指针张角增大( ) 图169A使A、B两板靠近一些B使A、B两板正对面积错开一些C断开S后，使B板向右平移拉开一些D断开S后，使A、B正对面积错开一些解析：图中静电计的金属杆接A极，外壳和B板均接地，静电计显示的是A、B两极板间的电压，指针张角越大，表示两极板间的电压越高，当合上S后，A、B两板与电源两极相连，板间电压等于电源电压不变，静电计指针张角不变；当断开S后，板间距离增大，正对面积减小，