高中物理 第1章 靜電場 第6節(jié) 電勢差與電場強度的關(guān)系課件 新人教版選修3-1.ppt

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第6節(jié)電勢差與電場強度的關(guān)系 教師參考 一 教學目標知識與技能1 理解勻強電場中電勢差和電場強度都是描述電場的物理量 過程與方法通過對勻強電場中兩點間移動電荷靜電力做功的兩種方法的聯(lián)系 推導(dǎo)出電勢差與電場強度的關(guān)系式情感態(tài)度與價值觀從不同角度認識電場 分析尋找物理量之間的內(nèi)在聯(lián)系 培養(yǎng)學生對科學的探究精神 體會自然科學探究中的邏輯美 二 教學重點 難點教學重點電勢差與電場強度的關(guān)系教學難點會推導(dǎo)勻強電場的電勢差與電場強度之間的關(guān)系并得出結(jié)論 在一定的條件下正確應(yīng)用結(jié)論三 重難點突破方略公式UAB Ed的推導(dǎo)的突破方略 情境設(shè)置 如圖所示的勻強電場E中 線段AB的長度為d 與電場線平行 線段BC垂直于電場線 思考與討論1 設(shè)問1 正電荷q從A點沿電場方向移動到B點 靜電力做的功W與A B兩點的電勢差UAB有怎樣的關(guān)系式 答案 W qUAB 設(shè)問2 從功的定義式W Fl的角度 結(jié)合F qE 靜電力做的功W與電場強度E 距離d之間有怎樣的關(guān)系式 答案 W qEd 設(shè)問3 綜合以上兩個問題 可以得出電勢差UAB與電場強度E之間有怎樣的關(guān)系式 思考與討論2 設(shè)問1 A C兩點的電勢差等于UAB嗎 正電荷q從A點沿直線移動到C點 靜電力做的功W與A C兩點的電勢差有怎樣的關(guān)系式 答案 等于 W qUAB 設(shè)問2 A C兩點距離lAC與夾角 距離d之間有怎樣的關(guān)系式 從功的定義式W Fl的角度 靜電力做的功W與電場強度E 距離d之間有怎樣的關(guān)系式 答案 d lACcos W qEd 設(shè)問3 若正電荷q從A點沿曲線移動到C點 靜電力做的功W與電場強度E 距離d之間有怎樣的關(guān)系式 答案 W qEd 設(shè)問4 綜合以上問題 可以得出電勢差UAB與電場強度E之間有怎樣的關(guān)系式 教師總結(jié) 在勻強電場中兩點間的電勢差等于電場強度與這兩點沿電場線方向的距離的乘積 自主學習 課堂探究 達標測評 自主學習課前預(yù)習 感悟新知 教師參考 情境鏈接一跨步電壓電氣設(shè)備漏電或架空線路的一根帶電導(dǎo)線掉落在地上時 電流從接地的位置向四周發(fā)散流出 從而在地面上形成不同的電勢分布 人行走時兩腳之間的電勢差叫跨步電壓 當跨步電壓達到40 50V時 人有觸電危險 甚至會使人發(fā)生觸電死亡 離帶電導(dǎo)線的落地點越遠 地面電勢 電場強度如何變化 信息離帶電導(dǎo)線的落地點越遠 地面電勢越低 電場強度減小 情境鏈接二如圖是地理中的等高線圖 圖中數(shù)字單位是米 小山坡的右邊b比左邊a的地勢更陡 如果把一個球從山坡左右兩邊滾下 不考慮摩擦 從右邊b滾下的加速度更大 與此類似 若把該圓看成是描述電勢高低的等勢線 思考 a和b哪一邊電勢降落的快 哪一邊的電場強度大 信息右邊b的電勢降落的快 類似于等高線中小球從b側(cè)滾下時加速度大 可知等勢線的b側(cè)電場較強 電場強度大 教材梳理 一 電勢差與電場強度的關(guān)系 1 閱讀教材第22頁部分 大致說出公式UAB Ed的推導(dǎo)過程 2 思考教材第23頁圖1 6 2 能識別公式中d的含義 1 關(guān)系式 UAB 2 物理意義 勻強電場中兩點間的電勢差等于與這兩點 的乘積 3 適用條件 勻強電場 d是沿電場方向兩點間的距離 想一想教材第23頁的 思考與討論 中 圖1 6 2的情況 會得出怎樣的結(jié)論 答案 由計算功的公式可得W qElcos 為AB與電場線方向之間的夾角 由圖中幾何關(guān)系可知d lcos 所以W qEd 再結(jié)合W qUAB 依然得到UAB Ed Ed 電場強度 沿電場 方向的距離 2 物理意義 在勻強電場中 電場強度的大小等于兩點間的與兩點沿電場強度方向距離的比值 也就是說 電場強度在數(shù)值上等于沿電場方向上降低的電勢 3 場強的另一個單位 伏特每米 符號 1N C 1V m 電勢差 每單位距離 V m 議一議教材第23頁 思考與討論 中 為什么單位伏 特 每米 V m 與牛 頓 每庫 侖 N C 相同 自主檢測 答案 1 2 3 4 1 思考判斷 1 勻強電場中兩點間的電勢差等于電場強度與兩點間距離的乘積 2 在勻強電場中 沿一條直線 距離相等則電勢差就相等 3 電場強度在數(shù)值上等于每單位距離上降低的電勢 4 電勢降低的方向不一定就是場強的方向 D 解析 公式UAB Ed 僅適用于勻強電場 所以選項A錯誤 公式中的d是指a b兩點沿電場線方向的距離 即a b兩等勢面之間的垂直距離 所以選項B C錯誤 D正確 2 對公式UAB Ed的理解 下列說法正確的是 A 此公式適用于計算任何電場中a b兩點間的電勢差B a點和b點間距離越大 則這兩點的電勢差越大C 公式中的d是指a點和b點之間的距離D 公式中的d是a b兩個等勢面間的垂直距離 C 3 如圖所示 在勻強電場中取一點O 過O點作射線OA OB OC OD 10cm 已知O A B C和D各點電勢分別為0 7V 8V 7V 5V 則勻強電場場強的大小和方向最接近于 A 70V m 沿AO方向B 70V m 沿CO方向C 80V m 沿BO方向D 80V m 沿CO方向 4 如圖 兩平行金屬板間電場是勻強電場 場強大小為1 0 104V m A B兩板間相距1cm C點與A相距0 4cm 若B接地 則A B間電勢差UAB V 將帶電荷量為 1 0 10 12C的點電荷置于C點 其電勢能為J 答案 100 6 10 11 課堂探究核心導(dǎo)學 要點探究 要點一 問題導(dǎo)引 在如圖所示的勻強電場中 A B兩點位于同一條電場線上 A B間距離為d B C連線垂直電場線 1 若已知A B兩點間的電勢差為UAB 電荷q從A點移動到C點 靜電力做功多少 2 若已知電場強度為E 電荷q從A點移動到C點 靜電力做功多少 3 由 1 2 問你能得出電勢差UAC與電場強度E有何關(guān)系 答案 1 靜電力做功WAC qUAC qUAB 2 靜電力做功WAC qELcos qEd 3 電勢差UAC與電場強度E的關(guān)系UAC Ed C 思路探究 1 公式UAB Ed中d指什么距離 答案 d指A B兩點沿電場線方向的距離 也可理解為電場中過A B兩點等勢面之間的垂直距離 2 電場線方向與電勢高低的關(guān)系怎樣 UBA與UAB的關(guān)系怎樣 答案 沿電場線方向電勢降低 UBA UAB 解析 A B兩點沿電場線方向的距離d Lcos60 B A兩點間的電勢差UBA UAB Ed 5V 故選項C正確 規(guī)律方法 1 在兩等勢面間 沿過等勢面的垂線電勢變化最快 而過等勢面的垂線為電場線 即電場強度的方向是電勢降落最快的方向 教師備用 變式 例1中若已知UAB 100V 在電場中有一質(zhì)量m 1 0 10 5kg的帶有q 2 0 10 8C的微粒 不計重力 求微粒的加速度 答案 4 0m s2方向沿場強方向 例1 1 如圖所示為一勻強電場的三個等勢面A B C 相鄰兩等勢面之間距離為10cm 此電場的場強為3 103V m 若B的電勢為零 求A C的電勢 答案 300V 300V 或 300V300V 答案 5 102V m 要點二 等分法在勻強電場中的應(yīng)用 問題導(dǎo)引 在勻強電場中 沿任意方向畫一條直線 直線上相等距離的電勢差有怎樣的關(guān)系 答案 相等 由公式UAB Ed可知 若直線上A B兩點間距離為LAB 直線與場強方向夾角為 則UAB ELABcos 那么只要LAB相等 則電勢差相等 要點歸納 1 在勻強電場中 沿任意一條直線電勢降落都是均勻的 2 在勻強電場中 相互平行且相等的線段兩端點的電勢差相等 答案 1 4V12V 例2 把一個帶電荷量2 10 8C的正點電荷從無限遠處移到電場中A點時 要克服靜電力做功8 10 6J 若把該電荷從無限遠處移到電場中B點 需克服靜電力做功2 10 6J 取無限遠處電勢為零 求 1 A點的電勢 2 A B兩點的電勢差 3 把2 10 5C的負電荷由A點移到B點靜電力做的功 思路探究 1 電荷在電勢為零的位置的電勢能是多少 知道從電勢為零的位置移到某位置過程靜電力的功 如何確定該位置的電勢能 答案 電荷在電勢為零的位置的電勢能為零 由靜電力做功的負值的多少 就可確定電勢能增加的多少 從而確定電荷在某點的電勢能 2 應(yīng)用WAB qUAB求解時 各量出現(xiàn)的正 負值如何處理 答案 把各量的正 負值代入到公式中運算 但結(jié)果中一般需明確負號的意義 2 勻強電場的電場強度大小和方向 答案 2 200V m方向由C指向B 規(guī)律方法等分法分析勻強電場電場強度的步驟 1 確定所給點中電勢最高和最低點 用直線將兩點連接 2 根據(jù)第三點的電勢值 將 1 中的直線平分為等距離的n段 3 找到直線上與第三點電勢相同的第四點 連接第三 第四點所得直線為等勢線 B D 例2 2 圖中A B C三點都在勻強電場中 已知AC BC ABC 60 BC 20cm 把一個電荷量q 10 5C的正電荷從A移到B 靜電力做功為零 從B移到C 靜電力做功為 1 73 10 3J 則該勻強電場的場強大小和方向是 A 865V m 垂直AC向左B 865V m 垂直AC向右C 1000V m 垂直AB斜向上D 1000V m 垂直AB斜向下 答案 9V 要點三 勻強電場中的綜合問題 問題導(dǎo)引 只有靜電力做功時 帶電體在運動中有哪些能量進行轉(zhuǎn)化 其總量如何變化 答案 只有靜電力做功時 帶電體的電勢能與動能進行轉(zhuǎn)化 電勢能與動能的總量保持不變 4 在電場中移動電荷 靜電力做功WAB qUAB 知道了WAB和q便可推知電場中一些點的電勢關(guān)系 例3 如圖所示 兩個大平行金屬板M N間距離d 1 2cm 兩板間電勢差U 240V M板接地 板間A點距M板0 2cm B點距N板0 5cm 一個q 3 10 4C的電荷放在A點處 試求 1 該電荷在A點所受的靜電力 2 該電荷在A點所具有的電勢能和A點的電勢 3 若該電荷由A點運動到B點 靜電力做多少功 是正功還是負功 思維導(dǎo)圖 答案 1 6N 方向豎直向下 2 1 2 10 2J 40V 3 3 10 2J負功 3 電荷從A點運動到B點 靜電力做的功為WAB qEdAB 又因dAB d dBN dAM 0 5cm 解得WAB 3 10 2J 即靜電力做負功 規(guī)律方法靜電場中的常用功能規(guī)律 1 合力做功等于物體動能的變化量 即W合 Ek 這里的W合指合外力做的功 2 靜電力做功決定物體電勢能的變化量 即WAB EpA EpB Ep 這與重力做功和重力勢能變化之間的關(guān)系類似 教師備用 變式 例3中若將N板接地 求電荷q在A點所具有的電勢能和A點的電勢 答案 6 0 10 2J200V 針對訓練3 一長為L的細線 上端固定 下端拴一質(zhì)量為m 帶電荷量為q的小球 處于如圖所示的水平向右的勻強電場中 開始時 將線與小球拉成水平 小球靜止在A點 釋放后小球由靜止開始向下擺動 當細線轉(zhuǎn)過60 角到達B點時速度恰好為零 試求 1 A B兩點的電勢差UAB 2 勻強電場的場強大小 達標測評隨堂演練 檢測效果 D 1 2016棗莊三中學情調(diào)查 下列說法正確的是 A 沿電場線的方向 電勢降低 電勢降低的方向就是電場的方向B 在電場中將電荷從a點移到b點 靜電力做功為零 則該電荷一定是在等勢面上移動C 勻強電場中兩點間的電勢差等于電場強度與這兩點間的距離的乘積D 無論是正電荷還是負電荷 從電場中某點移到無窮遠處時 靜電力做的正功越多 電荷在該點的電勢能越大 解析 沿電場線的方向 電勢降低 電勢降低最快的方向就是電場的方向 選項A錯誤 在電場中將電荷從a點移到b點 靜電力做功為零 則兩點的電勢差等于零 但是該電荷不一定是在等勢面上移動 選項B錯誤 勻強電場中兩點間的電勢差等于電場強度與這兩點間的距離在電場線方向投影的乘積 選項C錯誤 靜電力做功等于電勢能的變化 故無論是正電荷還是負電荷 從電場中某點移到無窮遠處時 靜電力做的正功越多 電荷在該點的電勢能越大 選項D正確 解析 將空氣中的電場視為勻強電場 由UAB Ed 可得U 3 108V 故選項A正確 2 正常情況下空氣是不導(dǎo)電的 但是如果空氣中的電場很強 空氣也可以被擊穿 空氣被擊穿時會看到電火花或閃電 若觀察到某次閃電的火花長約100m 且已知空氣的擊穿場強為3 106V m 那么發(fā)生此次閃電的電勢差約為 A 3 108VB 3 106VC 3 104VD 3 10 5V A C 3 a b c是勻強電場中的三個點 各點電勢依次為10V 2V 6V 三點在同一平面上 下列圖中電場強度的方向表示正確的是 解析 c點電勢與a b點的電勢各相差4V 因此c點與a b點連線的中點電勢相同 連接c點與a b點連線的中點則為一條等勢線 電場強度方向應(yīng)垂直于該等勢線并且指向電勢較低的方向 選項C正確 2 由于電場線與等勢線垂直 則AC為一條電場線 且電場方向為由C到A 由UCA E dCA 得E 2V m 答案 1 4V 2 2V m方向由C到A 教師參考 課堂小結(jié) 謝謝觀賞