高中物理 第1章 靜電場(chǎng) 第6節(jié) 電勢(shì)差與電場(chǎng)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(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系 教師參考 一 教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能1 理解勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差和電場(chǎng)強(qiáng)度都是描述電場(chǎng)的物理量 過(guò)程與方法通過(guò)對(duì)勻強(qiáng)電場(chǎng)中兩點(diǎn)間移動(dòng)電荷靜電力做功的兩種方法的聯(lián)系 推導(dǎo)出電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系式情感態(tài)度與價(jià)值觀從不同角度認(rèn)識(shí)電場(chǎng) 分析尋找物理量之間的內(nèi)在聯(lián)系 培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)的探究精神 體會(huì)自然科學(xué)探究中的邏輯美 二 教學(xué)重點(diǎn) 難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系教學(xué)難點(diǎn)會(huì)推導(dǎo)勻強(qiáng)電場(chǎng)的電勢(shì)差與電場(chǎng)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(diǎn)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(chǎng)E中 線段AB的長(zhǎng)度為d 與電場(chǎng)線平行 線段BC垂直于電場(chǎng)線 思考與討論1 設(shè)問(wèn)1 正電荷q從A點(diǎn)沿電場(chǎng)方向移動(dòng)到B點(diǎn) 靜電力做的功W與A B兩點(diǎn)的電勢(shì)差UAB有怎樣的關(guān)系式 答案 W qUAB 設(shè)問(wèn)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(chǎng)強(qiáng)度E 距離d之間有怎樣的關(guān)系式 答案 W qEd 設(shè)問(wèn)3 綜合以上兩個(gè)問(wèn)題 可以得出電勢(shì)差UAB與電場(chǎng)強(qiáng)度E之間有怎樣的關(guān)系式 思考與討論2 設(shè)問(wèn)1 A C兩點(diǎn)的電勢(shì)差等于UAB嗎 正電荷q從A點(diǎn)沿直線移動(dòng)到C點(diǎn) 靜電力做的功W與A C兩點(diǎn)的電勢(shì)差有怎樣的關(guān)系式 答案 等于 W qUAB 設(shè)問(wèn)2 A C兩點(diǎn)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(chǎng)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(wèn)3 若正電荷q從A點(diǎn)沿曲線移動(dòng)到C點(diǎn) 靜電力做的功W與電場(chǎng)強(qiáng)度E 距離d之間有怎樣的關(guān)系式 答案 W qEd 設(shè)問(wèn)4 綜合以上問(wèn)題 可以得出電勢(shì)差UAB與電場(chǎng)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(chǎng)中兩點(diǎn)間的電勢(shì)差等于電場(chǎng)強(qiáng)度與這兩點(diǎn)沿電場(chǎng)線方向的距離的乘積 自主學(xué)習(xí) 課堂探究 達(dá)標(biāo)測(cè)評(píng) 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(shí) 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(shì)分布 人行走時(shí)兩腳之間的電勢(shì)差叫跨步電壓 當(dāng)跨步電壓達(dá)到40 50V時(shí) 人有觸電危險(xiǎn) 甚至?xí)谷税l(fā)生觸電死亡 離帶電導(dǎo)線的落地點(diǎn)越遠(yuǎn) 地面電勢(shì) 電場(chǎng)強(qiáng)度如何變化 信息離帶電導(dǎo)線的落地點(diǎn)越遠(yuǎn) 地面電勢(shì)越低 電場(chǎng)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(shì)更陡 如果把一個(gè)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(shì)高低的等勢(shì)線 思考 a和b哪一邊電勢(shì)降落的快 哪一邊的電場(chǎng)強(qiáng)度大 信息右邊b的電勢(shì)降落的快 類似于等高線中小球從b側(cè)滾下時(shí)加速度大 可知等勢(shì)線的b側(cè)電場(chǎng)較強(qiáng) 電場(chǎng)強(qiáng)度大 教材梳理 一 電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系 1 閱讀教材第22頁(yè)部分 大致說(shuō)出公式UAB Ed的推導(dǎo)過(guò)程 2 思考教材第23頁(yè)圖1 6 2 能識(shí)別公式中d的含義 1 關(guān)系式 UAB 2 物理意義 勻強(qiáng)電場(chǎng)中兩點(diǎn)間的電勢(shì)差等于與這兩點(diǎn) 的乘積 3 適用條件 勻強(qiáng)電場(chǎng) d是沿電場(chǎng)方向兩點(diǎn)間的距離 想一想教材第23頁(yè)的 思考與討論 中 圖1 6 2的情況 會(huì)得出怎樣的結(jié)論 答案 由計(jì)算功的公式可得W qElcos 為AB與電場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度 沿電場(chǎng) 方向的距離 2 物理意義 在勻強(qiáng)電場(chǎng)中 電場(chǎng)強(qiáng)度的大小等于兩點(diǎn)間的與兩點(diǎn)沿電場(chǎng)強(qiáng)度方向距離的比值 也就是說(shuō) 電場(chǎng)強(qiáng)度在數(shù)值上等于沿電場(chǎng)方向上降低的電勢(shì) 3 場(chǎng)強(qiáng)的另一個(gè)單位 伏特每米 符號(hào) 1N C 1V m 電勢(shì)差 每單位距離 V m 議一議教材第23頁(yè) 思考與討論 中 為什么單位伏 特 每米 V m 與牛 頓 每庫(kù) 侖 N C 相同 自主檢測(cè) 答案 1 2 3 4 1 思考判斷 1 勻強(qiáng)電場(chǎng)中兩點(diǎn)間的電勢(shì)差等于電場(chǎng)強(qiáng)度與兩點(diǎn)間距離的乘積 2 在勻強(qiáng)電場(chǎng)中 沿一條直線 距離相等則電勢(shì)差就相等 3 電場(chǎng)強(qiáng)度在數(shù)值上等于每單位距離上降低的電勢(shì) 4 電勢(shì)降低的方向不一定就是場(chǎng)強(qiáng)的方向 D 解析 公式UAB Ed 僅適用于勻強(qiáng)電場(chǎng) 所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤 公式中的d是指a b兩點(diǎn)沿電場(chǎng)線方向的距離 即a b兩等勢(shì)面之間的垂直距離 所以選項(xiàng)B C錯(cuò)誤 D正確 2 對(duì)公式UAB Ed的理解 下列說(shuō)法正確的是 A 此公式適用于計(jì)算任何電場(chǎng)中a b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差B a點(diǎn)和b點(diǎn)間距離越大 則這兩點(diǎn)的電勢(shì)差越大C 公式中的d是指a點(diǎn)和b點(diǎn)之間的距離D 公式中的d是a b兩個(gè)等勢(shì)面間的垂直距離 C 3 如圖所示 在勻強(qiáng)電場(chǎng)中取一點(diǎn)O 過(guò)O點(diǎn)作射線OA OB OC OD 10cm 已知O A B C和D各點(diǎn)電勢(shì)分別為0 7V 8V 7V 5V 則勻強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)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(chǎng)是勻強(qiáng)電場(chǎng) 場(chǎng)強(qiáng)大小為1 0 104V m A B兩板間相距1cm C點(diǎn)與A相距0 4cm 若B接地 則A B間電勢(shì)差UAB V 將帶電荷量為 1 0 10 12C的點(diǎn)電荷置于C點(diǎn) 其電勢(shì)能為J 答案 100 6 10 11 課堂探究核心導(dǎo)學(xué) 要點(diǎn)探究 要點(diǎn)一 問(wèn)題導(dǎo)引 在如圖所示的勻強(qiáng)電場(chǎng)中 A B兩點(diǎn)位于同一條電場(chǎng)線上 A B間距離為d B C連線垂直電場(chǎng)線 1 若已知A B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為UAB 電荷q從A點(diǎn)移動(dòng)到C點(diǎn) 靜電力做功多少 2 若已知電場(chǎng)強(qiáng)度為E 電荷q從A點(diǎn)移動(dòng)到C點(diǎn) 靜電力做功多少 3 由 1 2 問(wèn)你能得出電勢(shì)差UAC與電場(chǎng)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(shì)差UAC與電場(chǎng)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(diǎn)沿電場(chǎng)線方向的距離 也可理解為電場(chǎng)中過(guò)A B兩點(diǎn)等勢(shì)面之間的垂直距離 2 電場(chǎng)線方向與電勢(shì)高低的關(guān)系怎樣 UBA與UAB的關(guān)系怎樣 答案 沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低 UBA UAB 解析 A B兩點(diǎn)沿電場(chǎng)線方向的距離d Lcos60 B A兩點(diǎn)間的電勢(shì)差UBA UAB Ed 5V 故選項(xiàng)C正確 規(guī)律方法 1 在兩等勢(shì)面間 沿過(guò)等勢(shì)面的垂線電勢(shì)變化最快 而過(guò)等勢(shì)面的垂線為電場(chǎng)線 即電場(chǎng)強(qiáng)度的方向是電勢(shì)降落最快的方向 教師備用 變式 例1中若已知UAB 100V 在電場(chǎng)中有一質(zhì)量m 1 0 10 5kg的帶有q 2 0 10 8C的微粒 不計(jì)重力 求微粒的加速度 答案 4 0m s2方向沿場(chǎng)強(qiáng)方向 例1 1 如圖所示為一勻強(qiáng)電場(chǎng)的三個(gè)等勢(shì)面A B C 相鄰兩等勢(shì)面之間距離為10cm 此電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)為3 103V m 若B的電勢(shì)為零 求A C的電勢(shì) 答案 300V 300V 或 300V300V 答案 5 102V m 要點(diǎn)二 等分法在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的應(yīng)用 問(wèn)題導(dǎo)引 在勻強(qiáng)電場(chǎng)中 沿任意方向畫(huà)一條直線 直線上相等距離的電勢(shì)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(diǎn)間距離為L(zhǎng)AB 直線與場(chǎng)強(qiáng)方向夾角為 則UAB ELABcos 那么只要LAB相等 則電勢(shì)差相等 要點(diǎn)歸納 1 在勻強(qiáng)電場(chǎng)中 沿任意一條直線電勢(shì)降落都是均勻的 2 在勻強(qiáng)電場(chǎng)中 相互平行且相等的線段兩端點(diǎn)的電勢(shì)差相等 答案 1 4V12V 例2 把一個(gè)帶電荷量2 10 8C的正點(diǎn)電荷從無(wú)限遠(yuǎn)處移到電場(chǎng)中A點(diǎn)時(shí) 要克服靜電力做功8 10 6J 若把該電荷從無(wú)限遠(yuǎn)處移到電場(chǎng)中B點(diǎn) 需克服靜電力做功2 10 6J 取無(wú)限遠(yuǎn)處電勢(shì)為零 求 1 A點(diǎn)的電勢(shì) 2 A B兩點(diǎn)的電勢(shì)差 3 把2 10 5C的負(fù)電荷由A點(diǎn)移到B點(diǎn)靜電力做的功 思路探究 1 電荷在電勢(shì)為零的位置的電勢(shì)能是多少 知道從電勢(shì)為零的位置移到某位置過(guò)程靜電力的功 如何確定該位置的電勢(shì)能 答案 電荷在電勢(shì)為零的位置的電勢(shì)能為零 由靜電力做功的負(fù)值的多少 就可確定電勢(shì)能增加的多少 從而確定電荷在某點(diǎn)的電勢(shì)能 2 應(yīng)用WAB qUAB求解時(shí) 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(yùn)算 但結(jié)果中一般需明確負(fù)號(hào)的意義 2 勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)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(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度的步驟 1 確定所給點(diǎn)中電勢(shì)最高和最低點(diǎn) 用直線將兩點(diǎn)連接 2 根據(jù)第三點(diǎn)的電勢(shì)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(diǎn)電勢(shì)相同的第四點(diǎn) 連接第三 第四點(diǎn)所得直線為等勢(shì)線 B D 例2 2 圖中A B C三點(diǎn)都在勻強(qiáng)電場(chǎng)中 已知AC BC ABC 60 BC 20cm 把一個(gè)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(chǎng)的場(chǎng)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(diǎn)三 勻強(qiáng)電場(chǎng)中的綜合問(wèn)題 問(wèn)題導(dǎo)引 只有靜電力做功時(shí) 帶電體在運(yùn)動(dòng)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(shí) 帶電體的電勢(shì)能與動(dòng)能進(jìn)行轉(zhuǎn)化 電勢(shì)能與動(dòng)能的總量保持不變 4 在電場(chǎng)中移動(dòng)電荷 靜電力做功WAB qUAB 知道了WAB和q便可推知電場(chǎng)中一些點(diǎn)的電勢(shì)關(guān)系 例3 如圖所示 兩個(gè)大平行金屬板M N間距離d 1 2cm 兩板間電勢(shì)差U 240V M板接地 板間A點(diǎn)距M板0 2cm B點(diǎn)距N板0 5cm 一個(gè)q 3 10 4C的電荷放在A點(diǎn)處 試求 1 該電荷在A點(diǎn)所受的靜電力 2 該電荷在A點(diǎn)所具有的電勢(shì)能和A點(diǎn)的電勢(shì) 3 若該電荷由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn) 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(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn) 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(chǎng)中的常用功能規(guī)律 1 合力做功等于物體動(dòng)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(shì)能的變化量 即WAB EpA EpB Ep 這與重力做功和重力勢(shì)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(diǎn)所具有的電勢(shì)能和A點(diǎn)的電勢(shì) 答案 6 0 10 2J200V 針對(duì)訓(xùn)練3 一長(zhǎng)為L(zhǎng)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(chǎng)中 開(kāi)始時(shí) 將線與小球拉成水平 小球靜止在A點(diǎn) 釋放后小球由靜止開(kāi)始向下擺動(dòng) 當(dāng)細(xì)線轉(zhuǎn)過(guò)60 角到達(dá)B點(diǎn)時(shí)速度恰好為零 試求 1 A B兩點(diǎn)的電勢(shì)差UAB 2 勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小 達(dá)標(biāo)測(cè)評(píng)隨堂演練 檢測(cè)效果 D 1 2016棗莊三中學(xué)情調(diào)查 下列說(shuō)法正確的是 A 沿電場(chǎng)線的方向 電勢(shì)降低 電勢(shì)降低的方向就是電場(chǎng)的方向B 在電場(chǎng)中將電荷從a點(diǎn)移到b點(diǎn) 靜電力做功為零 則該電荷一定是在等勢(shì)面上移動(dòng)C 勻強(qiáng)電場(chǎng)中兩點(diǎn)間的電勢(shì)差等于電場(chǎng)強(qiáng)度與這兩點(diǎn)間的距離的乘積D 無(wú)論是正電荷還是負(fù)電荷 從電場(chǎng)中某點(diǎn)移到無(wú)窮遠(yuǎn)處時(shí) 靜電力做的正功越多 電荷在該點(diǎn)的電勢(shì)能越大 解析 沿電場(chǎng)線的方向 電勢(shì)降低 電勢(shì)降低最快的方向就是電場(chǎng)的方向 選項(xiàng)A錯(cuò)誤 在電場(chǎng)中將電荷從a點(diǎn)移到b點(diǎn) 靜電力做功為零 則兩點(diǎn)的電勢(shì)差等于零 但是該電荷不一定是在等勢(shì)面上移動(dòng) 選項(xiàng)B錯(cuò)誤 勻強(qiáng)電場(chǎng)中兩點(diǎn)間的電勢(shì)差等于電場(chǎng)強(qiáng)度與這兩點(diǎn)間的距離在電場(chǎng)線方向投影的乘積 選項(xiàng)C錯(cuò)誤 靜電力做功等于電勢(shì)能的變化 故無(wú)論是正電荷還是負(fù)電荷 從電場(chǎng)中某點(diǎn)移到無(wú)窮遠(yuǎn)處時(shí) 靜電力做的正功越多 電荷在該點(diǎn)的電勢(shì)能越大 選項(xiàng)D正確 解析 將空氣中的電場(chǎng)視為勻強(qiáng)電場(chǎng) 由UAB Ed 可得U 3 108V 故選項(xiàng)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(chǎng)很強(qiáng) 空氣也可以被擊穿 空氣被擊穿時(shí)會(huì)看到電火花或閃電 若觀察到某次閃電的火花長(zhǎng)約100m 且已知空氣的擊穿場(chǎng)強(qiáng)為3 106V m 那么發(fā)生此次閃電的電勢(shì)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(chǎng)中的三個(gè)點(diǎn) 各點(diǎn)電勢(shì)依次為10V 2V 6V 三點(diǎn)在同一平面上 下列圖中電場(chǎng)強(qiáng)度的方向表示正確的是 解析 c點(diǎn)電勢(shì)與a b點(diǎn)的電勢(shì)各相差4V 因此c點(diǎn)與a b點(diǎn)連線的中點(diǎn)電勢(shì)相同 連接c點(diǎn)與a b點(diǎn)連線的中點(diǎn)則為一條等勢(shì)線 電場(chǎng)強(qiáng)度方向應(yīng)垂直于該等勢(shì)線并且指向電勢(shì)較低的方向 選項(xiàng)C正確 2 由于電場(chǎng)線與等勢(shì)線垂直 則AC為一條電場(chǎng)線 且電場(chǎng)方向?yàn)橛蒀到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