高中物理 第1章 靜電場 第6節(jié) 電勢差與電場強(qiáng)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(qiáng)度的關(guān)系 教師參考 一 教學(xué)目標(biāo)知識與技能1 理解勻強(qiáng)電場中電勢差和電場強(qiáng)度都是描述電場的物理量 過程與方法通過對勻強(qiáng)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(qiáng)度的關(guān)系式情感態(tài)度與價值觀從不同角度認(rèn)識電場 分析尋找物理量之間的內(nèi)在聯(lián)系 培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)的探究精神 體會自然科學(xué)探究中的邏輯美 二 教學(xué)重點 難點教學(xué)重點電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系教學(xué)難點會推導(dǎo)勻強(qiáng)電場的電勢差與電場強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度E之間有怎樣的關(guān)系式 教師總結(jié) 在勻強(qiáng)電場中兩點間的電勢差等于電場強(qiáng)度與這兩點沿電場線方向的距離的乘積 自主學(xué)習(xí) 課堂探究 達(dá)標(biāo)測評 自主學(xué)習(xí)課前預(yù)習(xí) 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(dāng)跨步電壓達(dá)到40 50V時 人有觸電危險 甚至?xí)谷税l(fā)生觸電死亡 離帶電導(dǎo)線的落地點越遠(yuǎn) 地面電勢 電場強(qiáng)度如何變化 信息離帶電導(dǎo)線的落地點越遠(yuǎn) 地面電勢越低 電場強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng) 電場強(qiáng)度大 教材梳理 一 電勢差與電場強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度 沿電場 方向的距離 2 物理意義 在勻強(qiáng)電場中 電場強(qiáng)度的大小等于兩點間的與兩點沿電場強(qiáng)度方向距離的比值 也就是說 電場強(qiáng)度在數(shù)值上等于沿電場方向上降低的電勢 3 場強(qiáng)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(qiáng)電場中兩點間的電勢差等于電場強(qiáng)度與兩點間距離的乘積 2 在勻強(qiáng)電場中 沿一條直線 距離相等則電勢差就相等 3 電場強(qiáng)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(qiáng)的方向 D 解析 公式UAB Ed 僅適用于勻強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)電場場強(qiáng)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(qiáng)電場 場強(qiáng)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(xué) 要點探究 要點一 問題導(dǎo)引 在如圖所示的勻強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)方向 例1 1 如圖所示為一勻強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)電場中的應(yīng)用 問題導(dǎo)引 在勻強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)電場中 沿任意一條直線電勢降落都是均勻的 2 在勻強(qiáng)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(yuǎn)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(yuǎn)處移到電場中B點 需克服靜電力做功2 10 6J 取無限遠(yuǎn)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(fù)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(fù)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(fù)值如何處理 答案 把各量的正 負(fù)值代入到公式中運算 但結(jié)果中一般需明確負(fù)號的意義 2 勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)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(qiáng)電場電場強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)電場的場強(qiáng)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(qiáng)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(jìn)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(jìn)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(fù)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(fù)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(fù)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(xùn)練3 一長為L的細(xì)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(qiáng)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(dāng)細(xì)線轉(zhuǎn)過60 角到達(dá)B點時速度恰好為零 試求 1 A B兩點的電勢差UAB 2 勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大小 達(dá)標(biāo)測評隨堂演練 檢測效果 D 1 2016棗莊三中學(xué)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(qiáng)電場中兩點間的電勢差等于電場強(qiáng)度與這兩點間的距離的乘積D 無論是正電荷還是負(fù)電荷 從電場中某點移到無窮遠(yuǎn)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(qiáng)電場中兩點間的電勢差等于電場強(qiáng)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(fù)電荷 從電場中某點移到無窮遠(yuǎn)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(qiáng)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(qiáng) 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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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