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高中物理第十三章电场新课全部教案-磁场专题复习

时间:2010-09-25


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第十三章 本章知识结构:

电场

本章典型例题示范 [例 1] 一半径为 R 的绝缘球壳上均匀地带有电量为+Q 的电荷, 另一电量为+q 的点电荷放在球心 O 上, 由于对称性, 点电荷所受的 力为零。现在球壳上挖出半径 为 r(r R)的一个小圆孔, 则此时置于球心的点电荷所受力的大小 (已知静电力常 量为 k),方向 . 解析:挖去的小圆片上带的电量 q ? ? 设想它仍在球面上原处, 由于 r

Q r2 2 ? ?r ? Q. 4?R 2 4R 2

图 14—12—1

R,对球心 O 而言可以把它看成点电荷.根据

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库仑定律,可以求出它对 q 的作用力 F ? k

q ?q kQqr2 ,方向沿 q′与 q 的连线背离 ? r2 4R 4

q′.
把它挖去后,失去了该分力,q 受球面上剩余电荷的作用力与 F 等大反向.即

F? ?

kQqr2 ,方向沿小孔与球心的连线指向小孔. 4R 4

说明:注意体会分析解决该题的思想方法. [例 2]如图 14—12—2 所示,虚线方框内为一匀强电场,A、B、 C 为该电场中的三个点,已知 ? A=12 V, ? B=6 V, ? C=-6 V.试在该方 框中作出该电场的电场线分布示意图, 并要求保留作图时所用的辅助 线(用虚线表示).若将一电子从 A 点移到 C 点,电场力做多少电子伏 的功? 解析:因 ? B=6 V, ? C=-6 V,根据匀强电场的特点,在 BC 连线 的中点处 D 的电势必为零;同理,把 AC 线段等分成三份,在分点 F 处的电势也必为零.连线 DF 即为该匀强电场中的一条等势线, 根据电 场线与等势线垂直, 可以画出电场中的电场线如图 14—12—3 中的实 线所示,由沿场强方向电势降低可确定出场强的方向. 将一电子从 A 移到 C,电场力做功

图 14—12—2

W ? ?eU AC ? ?e ? [12 ? (?6)] V=-18 eV.

图 14—12—3

说明:利用等分法在电场中找等势点,是解决此类问题的最基本的也是比较行之有 效的方法. [例 3]如图 14—12—4 所示,在真空室中有两个水平的 金属板,板间的距离为 h,有一质量为 m 的小油滴,带电量为 q,自上极板的下表面处从静止开始自由下落,当它运动到两 极板间距离的中点时, 给两极板加电压 U, 使电荷受到向上的 力,电压等于多大,才能使小油滴在刚好接近下极板时,开 图 14—12—4 始向上运动. 解析(1):电荷自由落体至两板间中点时速度大小由

v 2 ? 2 gS 得: v ?

gh ①
② ③

U ? mg h F qU 油滴向上的加速度大小 a ? ? ?g m hm
加上电压后所受合力 F ? q 经 h/2 距离速度减为零,即:

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v 2 ? 2a ,

h qU ?( ? g )h 2 hm
2mgh q



由①~④式解得: U ?

解析(2):分析油滴运动的整个过程可知,前半程的加速度与后半程的加速度大小相 等、方向相反.

gU ? mg h 即: g ? m
1 2 h mv ? mg ? 2 2
后半程由动能定理得:

∴U ?

2mg q

解析(3):前半程由动能定理得: ①

1 h U 0 ? mv 2 ? mg ? q 2 2 2
由①②得: U ?



2mgh q

解析(4):油滴从上极板到下极板整个运动过程: ?E k ? 0 ,对全过程应用动能定理 得 mgh ?

U q?0 2
2mgh U q ∴U ? q 2

即: mgh ?

说明:一道题目,特别是综合题,往往有不同解法.但不论应用什么方法解题,关键 是把物理过程搞清楚.通过本题,可以看出用能量的观点解题,往往比较简捷. [例 4]如图 14—12—5 所示,一条长为 L 的细线,上端固定, 将它置于一匀强电场中,场强大小为 E,水平向右,已知当细线离开 竖直位置的偏角为α 时,小球处于平衡状态. (1)小球带何种电荷?电量是多少? (2)如果使细线的偏角由α 增大到 ? ,然后由静止释放,则 ? 应 为多大,才能使细线达到竖直位置时,小球的速度刚好为零? (3)如果将小球向左方拉成水平,此时线被拉直,那么放手后小 球将做怎样的运动?小球开始运动后经多长时间线又被拉直? 图 14—12—5

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解析:(1)分析小球受力如图 14—12—6 所示,由力的平衡知 小球带正电,且: T sin? ? Eq ? T cos? ? mg 解得: q ?

(2)小球从细线偏角 ? 的位置运动到竖直位置时,拉力 T 不做 功,重力做正功,电场力做负功,由动能定理得:

mg tan? E

图 14—12—6

mgL(1 ? cos? ) ? EqL ? sin ? ? 0

1 ? cos? Eq 即: ? ? sin ? mg

E?

mg tan? E ? tan? mg

则: tan? / 2 ? tan? , ? ? 2? (3)小球受力分析如图 14—12—7 所示.由于小球所受重力、电场力均为恒力且由静 止释放,故小球将沿合力方向做初速度为零的匀加速直线运动,当线被拉直时,小球运 动的位移为: s ? 2L sin? 小球的加速度为: a ?

F合 m

?

mg / cos? ? g / cos? m
得 :



s?
2s ? a

1 2 at 2

t?

2 ? 2L s ? ? g /c ?

2 L si 2? og

in s

n
图 14—12—7

说明: 此题第(2)问也可由能量的转化和守恒来解.参与做 功的力有重力和电场力,因此,在运动过程中相互转化的能量是重力势能、电势能和动 能.由初末位置的动能相等、皆为零可知重力势能的减少等于电势能的增加,因此

mgL(1 ? cos? ) ? EqL sin ?

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§1

电荷

库仑定律

★本节教材分析 两种电荷及其相互作用、电荷量的概念、摩擦起电的知识,这些在初中都已学过, 本节重点是讲述静电感应现象.做好演示实验,使学生清楚知道什么是静电感应现象,知 道起电的实质,进而说明电荷守恒定律. 本节的库仑定律是这一章的基本规律,对库仑定律的讲述,教材是从学生已有认识 出发,采用了一个定性演示实验,进而得出结论.库仑定律是学习电场强度和电势差概念 的基础,也是本章重点. ★教学目标 一、知识目标 1.知道摩擦起电和感应起电不是创造了电荷,而是使物体中的正负电荷分开. 2.知道电荷守恒定律. 3.知道什么是元电荷. 4.掌握库仑定律,要求知道点电荷的概念.理解库仑定律的含义及其公式表达,知道 静电力常量. 5.会用库仑定律的公式进行有关的计算. 二、能力目标 培养学生对实验的观察和分析的能力. 三、德育目标 使学生学到抓住主要因素,忽略次要因素是物理学中研究问题的常用的科学方法. ★教学重点 库仑定律 ★教学难点 物体带电的实质,电荷守恒. ★教学方法 实验教学法 ★教具准备 有机玻璃棒两根、丝绸一块、细丝线一条、枕形导体两个、球形导体(均带绝缘柄) 大小各一个. ★课时安排 一课时 ★教学过程 用投影片出示本节课的学习目标: 1.知道自然界只有两种电荷. 2.知道事实表明电荷守恒. (1)知道使物体带电就是使物体中的正负电荷分离.

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(2)知道一个电子或质子的电荷量 e 叫做元电荷. 3.掌握真空中的库仑定律. (1)知道点电荷概念. (2)知道库仑定律的文字表述. (3)会用库仑定律求解和判断点电荷间静电力的大小和方向. ★学习目标完成过程 一、复习提问,引入新课 [问题]初中学过自然界有几种电荷,它们间的相互作用如何?电荷的多少用什么 表示? [学生答]自然界只存在两种电荷,同种电荷互相排斥,异种电荷相互吸引.电荷的 多少是用电荷量来表示. [问题] 一般情况下物体不带电, 不带电的物体内是否存在电荷?如何使物体带电? [学生答]不带电的物体内存在电荷,且存在等量正、负电荷,在物体内中和,对 外不显电性. 用摩擦的方法可以使物体带电,用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电,用毛皮摩擦过的硬 橡胶棒带负电. [问题]摩擦起电的实质是什么? [学生答]一个物体失去一些电子而带正电,另一个物体得到这些电子而带负电. (教师用多媒体模拟,验证学生回答) [过渡语]在复习初中内容基础上,进一步再来看有没有别的方法使物体带电?电 荷间相互作用的引力和斥力究竟和什么量有关,是何关系?今天这节课就来学习这些问 题: [板书]电荷 库仑定律. 二、新课教学 (投影片出示板书) 电荷: 1.自然界中只存在两种电荷:正电荷,负电荷. 同种电荷互相排斥,异种电荷互相吸引. 2.电荷量:电荷的多少. 单位:1C=1A·s 3.使物体带电的方法及其实质: a.摩擦起电→实质:使自由电子从一个物体转移到另一个物体. [问题]是否有其他方法使物体带电? [演示]取有绝缘支柱的两个不带电枕形导体 A、B,使它们彼此接触.用丝绸摩擦过 的有机玻璃棒反复多次接触球形导体 C,使之带正电.将 C 移近 A,用与有机玻璃棒摩擦 过的丝绸分别靠近 A、B. [现象]线绸靠近 B,而远离 A. [学生得出]B 带正电,A 带负电. [问题]如将 A、B 分开,再移走 C,A、B 带电情况如何?

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[学生答]A 仍带负电,B 仍带正电. [演示证明]将 A、B 分开,用与玻璃棒摩擦过的丝绸检验,学生回答正确. [问题]将 A、B 接触,它们是否带电?这说明什么? [学生答]不带电,说明接触前 A、B 带等量异种电荷,接触后等量异种电荷中和. [演示证明]使 A、B 接触,仍用与玻璃棒摩擦过的丝绸检验,学生回答正确. [问题]若先把 C 移走,再将 A、B 分开呢? [学生答]A、B 不带电. [演示证明]把 C 移走,将 A、B 分开,用与玻璃棒摩擦过的丝绸检验,学生回答 正确. [追问]为什么? [学生答]因为将 C 移走,A 上负电荷、B 上正电荷不受 C 上电荷作用,而使 A、B 所带电荷重新恢复原状,在导体内中和而不带电. [学生分析前面结论,教师总结,并用投影片出示板书] b.静电感应:将电荷移近不带电的导体,可以使导体带电,这种现象叫做静电感应. 利用静电感应使物体带电,叫感应起电. [结论]不仅摩擦起电可以使物体带电,静电感应也可使物体带电. [问题]静电感应的实质是什么? [学生分析得]当带电球 C 移近不带电导体 A、B 时,导体上自由电子被吸引过来, 使导体 A、B 带上了等量的异种电荷,即使电荷从物体一部分转移到另一部分. [问题]联系摩擦起电的实质,学生考虑使物体带电的实质? [学生讨论得]使物体带电,不是创造了电荷,而是使物体中的正、负电荷分开. [教师引导学生得,并用投影片出示板书] 电荷守恒定律:电荷既不能创造,也不能消灭,只能从一个物体转移到另一个物体, 或者从物体的一部分转移到另一部分,在转移的过程中,电荷的总量不变. [过渡语]这是物理学中重要的基本定律之一.通过前面的学习,清楚了物体带电的 本质,而一个带电体究竟带多少电?经过大量实验证明,所有带电体的电荷量或者等于 电荷量 e 或者是电荷量 e 的整数倍. [投影片出示板书]电荷量 e:指电子(或质子)的电荷量,叫元电荷. - e=1.60×10 19C [指出]e 的这个数值最早是美国科学家密立根用实验测得的. 电子电荷量 e 和电子质量 me 之比,叫电子的比荷. [问题]电荷间相互作用力跟什么有关,有何关系? [演示]用与丝绸摩擦过的有机玻璃棒反复多次使球带正电,再用丝线将小球悬于 铁架台上,使较大的球靠近小球放在不同位置. [现象]位置不同,偏角不同,且距离越近,偏角越大. [学生得]偏角越大,说明小球所受电力越大,即两球距离越大,电力越大. [演示]将较大球放在同一位置,增大或减小其所带电量. [现象]带电量越大,偏角越大.

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[学生得]带电量越大,电力越大. [教师总结且出示板书] 与电荷间相互作用力有关的因素: a.两电荷间距离:距离越近,电荷间相互作用力越大. b.两电荷电荷量:电荷量越大,电荷间相互作用力越大. [过渡语]早在我国东汉时期已经掌握了电荷间相互作用的定性规律,定量讨论电 荷间相互作用, 则是两千年之后的法国物理学家库仑.库仑做了大量实验, 1785 年得出 于 了库仑定律. [投影片出示板书] 库仑定律: 真空中两个点电荷之间相互作用的电力 , 跟它们的电荷量的乘积成正比, 跟它们的距离的二次方成反比,作用力的方向在它们的连线上.

Q1Q2 ? 大小: F ? k 2 r ? ? 方向:同性相斥,异性相吸
式中,F、Q1、Q2,r 均取国际单位,由实验测得: k=9.0×109N·m2/C2. 电荷间相互作用的电力 F 叫做静电力或库仑力. [让学生从文字表述中提炼出库仑定律的适用条件] [出示板书]适用条件:a.真空 b.点电荷 [教师指出]通常在干燥的空气中也适用. [提问]大家类比以前所学知识,能否说出点电荷指什么? [学生讨论,教师总结,且出示板书] 点电荷:是一种理想模型.当带电体的线度比起相互作用的距离小很多时,带电体可 视为点电荷. [教师指出]应用库仑定律解题时应注意: a.先看所给题中是否满足真空(或干燥空气)中点电荷的适用条件. b.大小:F=k

Q1Q2 ,Q1、Q2 仅带电荷量的绝对值,各物理量均取国际制单位. r2

方向:同性相斥,异性相吸. - [例题]试比较电子和质子间的静电引力和万有引力.已知电子的质量 m1=9.1×10 - - 31 kg,质子的质量 m2=1.67×10 27 kg,电子和质子的电荷量都是 1.60×10 19C. 解:电子和质子的静电力 F1 和万有引力 F2 分别是 F1=k ∴

Q1Q2 mm F2=G 1 2 2 2 r r

F1 kQ1Q2 9.0 ? 10 9 ? 1.60 ? 10 ?19 ? 1.60 ? 10 ?19 ? ? ? 2.3 ? 10 23 ?11 ?31 ? 27 F2 Gm1m2 6.67 ? 10 ? 9.1 ? 10 ? 1.67 ? 10

[指出] 从例题中看出, 电子和质子的静电引力 F1 是它们间万有引力 F2 的 2.3×1039

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倍.正因如此,以后在研究带电微粒间相互作用时,经常忽略万有引力. 库仑定律和万有引力定律都遵从二次平方反比规律,人们至今还不能说明它们的这 种相似性,物理学家还在继续研究.希望大家能学有所成,以后在这方面的研究有所突破. [引导学生分析]如何求出带电体间的静电力的大小和方向? 库仑定律是电磁学的基本定律之一.任一带电体均可看成由许多点电荷组成,如果清 楚带电体的电荷分布,依据库仑定律和平行四边形定则即可求得. 三、巩固练习 1.两个相同的均匀带电小球,分别带 Q1=1 C,Q2=-2C,在真空中相距 r 且静止,相 互作用的静电力为 F. (1)今将 Q1、Q2、r 都加倍,问作用力变化? (2)只改变两电荷的电性,作用力如何? (3)只将 r 增大两倍,作用力如何? (4)将两个球接触一下后,仍放回原处,作用力如何? (5)接(4)题,为使两球接触后,静电力的大小不变,应如何放置两球? 答: (1)作用力不变. (2)作用力不变. (3)作用力变为 F/9,方向不变. (4)静电力的大小变为 F/8,方向由原来的相吸变为相斥. (5)将两带电体间的距离变为 r/ 8 . 2.两个相同的金属小球,一个带电 Q1=4.0×10 11C,另一个带电 Q2=-6.0×10 a.两球相距 50 cm 时,它们之间的静电力? b.把两球接触,分开后使它们仍相距 50 cm,它们之间的静电力? 解:a.两球相距 50 cm 时静电力大小:
- -11

C.

Q1Q2 4.0 ? 10 ?11 ? 6.0 ? 10 ?11 - 9 F ? k 2 ? 9.0 ? 10 ? N=8.6× 11N 10 2 r 0.5
两球带异种电荷而相吸. - b.两球接触后,部分电荷中和,净电荷为-2.0×10 11C,因两球相同,分开后各带- - 1.0×10 11C 的电荷量,故它们之间的静电力大小:

F? ? k

? ? Q1Q2 (1.0 ? 10 ?11 ) 2 - ? 9.0 ? 10 9 ? N=3.6×10 12N r2 0.52

两球带同种电荷而相斥. 四、小结 通过本节课的学习,主要学习了以下几个问题: ①使物体带电的实质:不是创造了电荷,而是使物体上正、负电荷分开. ②电荷守恒定律:电荷既不能创造,也不能消灭,只能从一个物体转移到另一个物

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体,或者从物体的一部分转移到另一部分.转移中,电荷总量不变. ③库仑定律: a.适用条件:真空(干燥空气)中,点电荷 b.大小: F ? k

Q1Q2 ,Q1、Q2 带电荷量的绝对值. r2

方向:同种相斥、异种相吸. 五、作业 ①阅读本节内容 ②练习一:4 题,习题 A 组:1 题,B 组:1 题. ③预习电场、电场强度 六、板书设计

自然界中只存在两种电荷. ? ? ?电荷量Q : 电荷的多少. ?使物体带电的方法及实质 : ? ?a.摩擦起电? 实质 ? ? ?? ? 使物体内正负电荷分开 ? 电荷?b.静电感应? ? 一个物体 ? 另一个物体 ? ?电荷守恒定律 :? ? 转移过程中电荷总量不 ? 转移电荷 物体一部分 ?? ? ? 另一部分 变 ? ? ? ?19 ?元电荷 : e ? 1.60 ? 10 C
内容:真空中两个点电荷间相互作用的电力,跟它们的电荷量的乘积成正比, 跟它们的距离的二次方成反比,作用力的方向在它们的连线上.? QQ 公式: F ? k 1 2 2 r 适用条件:①真空 ②点电荷? QQ 应用:大小: F ? k 1 2 2 ,Q1、Q2 代电荷量的绝对值.? r 方向:同斥异引

库 仑 定 律

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§2 电场 电场强度
★教学目标: (一)知识目标: 1.知道电场的概念. 2.理解电场强度的概念. 3.掌握点电荷的场强及电场的叠加. (二)能力目标: 通过类比方法、比值法定义物理量,提高学生研究问题的能力. (三)德育目标: 通过电场的教学,培养学生对物质的认识观. ★ 教学重点: 电场和电场强度 ★教学难点: 关于 E ?

F Q 和 E ? k 2 的理解. q r

★教学方法: 归纳推理法、讲授法. ★教学过程: (一)引入: 1:复习:①库仑定律的内容和表达式. ②在什么情况下,带电体可当作点电荷处理? 2:引入电荷之间的相互作用是怎样发生的呢? (二)新课教学: 1.电场: (1)电荷周围存在电场(场是物质存在的一种特殊形态). (2)基本性质: ①放入电场中的任何带电体都将受到电场力的作用. ②电场能使放入电场中的导体产生静电感应现象. 2.电场强度:

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(1)定义:在电场中某位置处一电荷 q,它在该点所受电场力 F 与其电荷量 q 的比值叫 做该点的电场强度,简称场强. (2)定义式: E ?

F q

(3)方向:在某点的正电荷受力方向为该点的场强方向. (4)电场中每一点的电场强度与是否放入电荷无关. (5)在同一空间,如果有几个静止电荷在空间同时产生电场,那么空间某点的场强是 各场源电荷单独存在时在该点所产生的场强矢量和. (6)点电荷的场强公式: ①点电荷 Q 在真空中某点产生的场强公式为: E ? k

Q . r2

②Q 是产生电场的场源电荷的大小. r 是所研究点到场源电荷的距离. 3.实例分析: - 把一个电荷量 q=-10 6 C 的电荷,依次放在带正电的点电荷 Q 周围的 A、B 两处, - - 受到的电场力大小分别是 FA=5×10 3 N,FB=3×10 3 N ①画出电荷 q 在 A、B 两处的受力方向. ②求出 A、B 两处的电场强度. ③若在 A、B 两处分别放上另一个电荷为 q ? ? 10
?5

C 的电荷,受到的电场力多大?

解:①电荷在 A、B 两处的受力方向沿它们与点电荷 Q 的连线向内. ②A、B 两处的场强大小分别为:

EA ?

FA F ? 5 ? 10 3 N/C; E B ? B ? 3? 10 3 N/C q q

电场强度的方向决定于正电荷的受力方向,如图所示: ③当在 A、B 两点放上电荷 q ? 时,受到的电场力分别为:

? ? FA ? E A q ? ? 5 ? 10 ?2 N, FB ? E B q ? ? 3 ? 10 ?2 N
其方向与场强方向相同. (三)小结: 通过本节课的学习,我们认识了物质存在的一种形式——场,并学会了用场的性质来 研究它,要体会这种研究方法. (四)作业: P97 练习二 (五)板书设计

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电 场 · 电 场 强 度

电场——电荷周围存在的一种特殊物质 定义式:E=F/q 电场强度的大小 真空中点电荷的场强 E=kQ/r2 电场强度的方向 就是正电荷所受电场力的方向

§3 电场线
★本节教材分析 电场线是为形象描述电场而引入的假想的线,并不真实存在,但它的形状可以显示 出来.基于这一点,对电场线的教学,采取了实验,多媒体模拟的手段,使学生能直观地 清楚几种电场线的分布,总结出电场线的特点. 电场线虽不是本章重点,但它可以形象描述电场强度、电势,对本章的重点概念— —电场强度、电势的理解有很大作用,故本节的教学也是很关键的. ★教学目标 一、知识目标 1.知道什么是电场线,知道用电场线可以形象地表示电场的方向和强弱. 2.知道一个点电荷,两个等量点电荷、点电荷与带电平行板间的电场线的分布. 3.知道什么是匀强电场,以及匀强电场的电场线的分布. 4.知道两块靠近的平行金属板,大小相等,互相正对,分别带有等量的正负电荷,它 们之间的电场(除边缘附近外)是匀强电场. 二、能力目标 培养学生实验能力,分析推理能力. 三、德育目标 使学生从一些特殊事物找出它们的共性而得到一般的规律. ★教学重点 电场线 ★教学难点 电场线不是真实存在的线 ★教学方法 分析推理法,归纳总结法 ★教具准备 感应起电机一台,盛有蓖麻油与木屑混和物的玻璃培养皿一个,一对电极球,一对 平行板电极.

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★课时安排 1 课时 ★教学过程 用投影片出示本节课的学习目标 1.知道电场线是假想的线, 知道用电场线如何描述电场的方向和强弱, 电场线的特点. 2.知道几种常见电场线的分布. 3.知道什么是匀强电场,及匀强电场的电场线的特点. ★学习目标完成过程 一、复习提问,引入新课 [提问]电场强度的定义?电场强度是否由试探电荷与其所受电场力决定? [学生答]放入电场中某点的电荷所受的电场力 F 跟它的电荷量 Q 的比值,叫做该 点的电场强度.E=F/q,E 不由 F、q 决定. [提问]那电场强度由什么决定? Q [学生答]E=k 2 ,E 由场源电荷、研究点到场源电荷的距离决定. r [提问]简述场强叠加原理. [学生答]如果几个点电荷同时存在,它们的电场就互相叠加,形成合电场,即某 点的场强等于各个电荷在该处引起场强的矢量和. [过渡语]电场强度是很重要的物理量.如果知道了电场中各点 E,便可由 F=Eq 很 方便地求出任意电场中各点所受电场力的情况,即掌握了电场的力的性质. 在电场中不同点的场强的大小、方向一般是不同的,即场强在空间的分布是很复杂 的.怎样才能方便地了解电场中各点场强的情况呢?最好用一个图象来直观地表示.英国 物理学家法拉弟首先引入了电场强度的图象.这就是本节要学习的电场线.板书:电场线. 二、新课教学 [投影片出示板书] 电场线:如果在电场中画出一些曲线,使曲线上每一点的切线方向都跟该点的场强 方向一致,这样的曲线就叫做电场线. [板书] [问题] 如电场线是直线,场强 E 方向如何? [学生答] E 的方向即为电场线方向.

[板书] [过渡语] 电场线究竟如何分布、形状如何,可以用实验模拟. [演示]将蓖麻油内的木屑搅拌均匀,把培养皿放在投影仪上.在油中央放一个电极

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球,将它与感应起电机的一个放电杆接通,摇动起电机. [现象]木屑按一定方向排列起来. [提问]木屑按什么方向排列?如何显示电场线的分布情况? [学生思考得]木屑由于受带电球电极所激发电场的力的作用,将沿场强方向排列 起来.故木屑排列而成的形状,可表示出场强方向,即可显示出电场线的分布. [教师指出]此实验只是模拟电场线的分布,而不是证实电场线的存在. [举例]彩图 4,带电人体的头发竖起散开,其形状即显示出电场线的分布. [提问]电场线是否真实存在? [学生答]电场线不是真实存在的线,实验和举例中并没有实际画出的电场线,只 是木屑,头发排列而成的一条线的形状. [教师总结,且出示板书] 电场线是为形象描述电场而引入的假想的线,而不是真实存在的线. [问题]刚才清楚了电场线可以表示场强方向,是否可以表示出场强的强弱? [学生讨论得]在离场源电荷越近的地方,场强越强,从上述实验可看出,在离场 源电荷越近的地方,电场越密,所以可用电场线的疏密表示场强的强弱. [投影片出示板书]

?电场线的方向? 场强的方向 物理意义 ? ?电场线的疏密 ? 场强的强弱
[过渡语]清楚了电场线如何描述场强,接下来要求要熟悉几种典型的电场线的分 布.前面实验、例子中显示的木屑,头发排列成的形状就是点电荷电场线的分布. [投影片出示板书] 点电荷的电场线:

[引导]电场线的方向(箭头指向)即场强的方向,故对正的场源电荷,箭头向外; 对负的场源电荷,箭头向内. [演示]将蓖麻油中木屑搅拌均匀,再将两个电极球对称放入油中,用导线将它们 与起电机两个导电杆分别连接,摇动起电机. [投影片出示] 等量异种点电荷的电场线:

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[演示]重复上述实验,只是将两球电极与起电机的同一个导电杆连接. [投影片出示]等量同种点电荷的电场线: [师生共同分析]由以上几种电场线的分布图找出电场线的特点: ①电场线是假想的线. ②始于正电荷,终于负电荷,即不闭合. ③不相交. [学生板演证明③点] 若两条电场线交于一点,则交点处存在两个场强方 向,而确定电场中的一个确定位置,场强惟一,故任两 条电场线不相交. [师生共同评析] [提问]电场线是否一定与电荷的运动轨迹重合? [学生讨论]不一定.根据物体做直、曲线运动的条件,由 F 与 v0 确定. [追问]有没有电场线与电荷的运动轨迹重合的时候? [学生讨论得]

当电荷仅受电场力,且初速与电场力同直线时,电场线与电荷的运动轨迹重合. [提问]由上边讨论结果,是否可以说电场线可能是电荷的运动轨迹? [学生思考得]不可以,电场线是假想的线,虽说电场线可能与电荷的运动轨迹重 合,但它不是电荷的运动轨迹. [投影片出示板书]电场线的特点④ ④电场线不是电荷的运动轨迹. [演示]将蓖麻油中的木屑搅拌均匀,将平行金属板放于其中,用导线将两板分别 与起电机的两个放电杆连接,并摇动起电机. [投影片出示] 带等量异种电荷的平行金属板间的电场线:

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[提问]平行板间的电场线有何特点?说明什么? [学生答]电场线是间距相等的平行直线.说明场强的大小、方向都相同. [投影片出示板书] 匀强电场:场强的大小、方向都相同的电场. 电场线的特点:间距相等的平行直线. [用多媒体模拟]以上几种电场线的分布,使学生进一步熟悉电场线的分布,体会 电场线的特点. 三、巩固练习 1.如图所示,是某电场区域的电场线分布,A、B 是电场中的两个 点,问: ①A、B 两个点,哪点的场强大. ②画出 A 点的场强方向. ③画出负电荷在 B 点的受力方向. 解:①电场的强弱可通过电场线的疏密来确定,从图中可看出,B 点处在电场线较 A 密的地方,故 B 点的场强大于 A 点的场强,即 EB>EA. ② 过 A 点作曲线的切线,切线方向即是该点的场强方向.(如图) ③过 B 点作曲线的切线,负电荷在该点的受力方向与该点的场强方 向相反.

2.如图所示,在真空中等量异种电荷的电场中有 A、B、C 三点,比较 A、B、C 三点 场强的大小, 、C 为中垂面上的两点) (B 解:在图中画出等量异种电荷电场的几条电场线,如图,根据 A、B、C 所处的电场 线的疏密可得 EA>EB>EC.

四、小结

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通过本节课的学习,主要学习了以下几个问题: ①电场线如何形象描述场强: 电场线的方向→场强的方向 电场线的疏密→场强的大小. ②几种典型的电场线的分布:正、负点电荷,同种(异种)等量点电荷,匀强电场. ③电场线的特点: a.电场线是假想的线,不是电荷的实际运动轨迹. b.起于正电荷,终于负电荷. c.不相交. ④匀强电场及其电场线特点: 匀强电场各点的场强大小和方向均相同,其电场线为间距相等的平行直线. 五、作业 ①阅读本节内容 ②练习三(5)(6)题 、 ③预习电场中的导体. 六、板书设计

? ? ? ? ? ? ? ? ? 电场线 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

概念:在电场中画出的一些曲线,其上每一点的切线方向表示该点的 场强方向?

?电场线的方向? 场强的方向 物理意义: ? ?电场线的疏密 ? 场强的大小
几种典型的电场线? 特点:①假想的,不是电荷的运动轨迹? ②不闭合:起于正、终于负? ③不相交?

?场强大小方向均相同 匀强电场 ? 行直线 ?电场线为间距相等的平

电场线的特点: ①电场线是为了形象地描述电场而假想的线,并不真实存在; ②电场线起于正电荷,止于负电荷;

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③电场线上每一点的切线方向跟这一点的场强方向一致. ④电场线越密的地方,场强越大,电场线越稀的地方,场强越小. ⑤电场线在空间不能相交. ⑥电场线不闭合 ⑦电场线不一定是带电粒子的运动轨迹 注意电场线不是带电粒子运动的轨迹,在特殊情况下,带电粒子的运动轨迹可以与 电场线重合.这些特殊情况是 ①电场线是直线; ②电荷的初速为 0 或初速方向与电场线方向在同一直线上; ③带电粒子只受电场力作用. 匀强电场: (1)用感应起电机使两平行正对的金属板带等量异种电荷,通过悬浮在蓖麻油里的头 发屑排列模拟电场线的分布. (2)结合模拟画出平行板间的电场线分布. (3)带电平行板之间的电场线是距离相等的平行直线,表明这一区域的场强大小和方 向都相同. (4)得到:在电场的某一区域,如果场强的大小和方向都相同,这一区域的电场叫匀 强电场.

§4 静电屏蔽
★本节教材分析 静电平衡状态及静电平衡下的导体的特点是本节的关键.对这点的教学,教材重视了 两方面的处理:一是重视推理的过程,教学中务必使学生清楚地知道推理过程,这样才 能做到,不仅知道结论,而且知道这个结论是怎样得来的,以加深理解;二是重视实验, 使学生在理论和实际的结合中理解知识. 对静电屏蔽的讲解,同样需要使学生在理论和实际的结合中理解知识.在使学生理解 把导体挖空这个推理过程的同时要做好实验,让学生清楚地看到静电屏蔽现象. ★教学目标 一、知识目标 1.知道静电感应产生的原因,理解什么是静电平衡状态. 2.理解静电平衡时,导体内部的场强处处为零,电荷只分布在导体的外表面上. 3.知道静电屏蔽及其应用. 二、能力目标 培养学生逻辑推理的能力,分析问题的能力. 三、德育目标 使学生在理解知识、获取知识的同时体会到了理论联系实际的意义

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★教学重点 静电平衡下导体的特点 ★教学难点 空腔导体静电平衡时空腔内的场强处处为零. ★教学方法 实验法,推理法 ★教具准备 验电器两个、法拉第圆筒一个、有绝缘柄的金属小球一个,带绝缘支架的金属球一 个、金属网罩一个. ★课时安排 1 课时 ★教学过程 用投影片出示本节课的学习目标: 1.知道静电感应产生的原因. 2.理解静电平衡状态及静电平衡下导体的特点. 3.知道静电屏蔽及其应用. ★学习目标完成过程 一、复习提问,引入新课 [问题]电场线是如何描述场强的? [学生答]电场线的疏密表示场强的大小,电场线上每一点的切线方向即为该点的 场强方向. [问题]什么是静电感应现象? [学生答]将不带电的导体靠近带电体时,导体上就带电了,靠近带电体的一端异 种电荷,远离带电体的一端带同种电荷,这种现象叫做静电感应现象. [过渡语]知道了电场中的导体会发生静电感应现象,那为什么会产生静电感应现 象呢?产生静电感应现象会导致怎样的结果,导体又有何特点呢?今天这节课就来学习 这些问题,板书:电场中的导体. 二、新课教学 [提出问题]为什么会产生静电感应现象呢? [学生分析得]将一不带电导体靠近带电体时,导体即处于带电体所形成的电场中, 导体内的自由电子在电场力的作用下,逆着电场线定向移动,使导体一侧集聚负电荷, 而导体另一侧则集聚等量的正电荷. [教师总结并板书]

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[提问]不带电导体上的自由电子还没来得及运动的瞬间,导体内的电场强度为零 吗? [学生答]不为零.正因为有场强,才导致自由电子定向移动而使导体带电. [追问]自由电子移动的结果,对导体中的电场强度有何影响? [学生分析得]导体上自由电子移动的结果,使导体一端带上负电,另一端带上正 电.此时,导体中的电场已不是场源带电体单独产生的了,而是场源带电体产生的电场 E 和由导体两端出现的正负电荷在导体内部产生的反方向的电场 E′,E 与 E′方向相反而 互相抵消,使导体内的电场强度减弱.只要导体中的电场强度不为零,导体中的自由电子 就会受电场力作用而定向移动,使 E′增强,导致 E 与 E′的合电场再减弱.最后,当导 体中合电场为零时,导体中的自由电子不再受电场力而移动. [板书] [教师指出,出示板书] 静电平衡状态:导体中(包括表面)没有电荷的定向移动的状 态,叫做静电平衡状态. [用多媒体模拟]静电感应至最后导体达到静电平衡状态的过 程. [提问]通过以上分析,处于静电平衡状态的导体,其内部场强有何特点? [学生答,出示板书] 特点一:处于静电平衡状态的导体,E=E′,故内部的场强处处 为零. [学生思考、讨论] 长为 L 的导体棒原来不带电,现将一电荷量为+q 的点电荷放在与棒的左端距离为 R 的地方,如图,达到静电平衡后,棒上的感应电荷在棒内中点 O 处产生的场强有多大? 方向如何? [学生解答]达静电平衡后,O 点处场强为零,则 E 感=E 源=k

Q ) 感方向与 ,E L 2 (R ? ) 2

E 源方向相反,即指向点电荷+q. [提问]处于静电平衡状态的导体,其内部会不会有电荷? [提示学生]可用反证法分析 [学生分析]处于静电平衡状态的导体,其内部如有电荷,则此电荷必然产生电场,

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因而导体内部的电场强度就不为零,导体内部的自由电子会受电场力而移动,这与静电 平衡是矛盾的.故内部不会有电荷. [演示证明]取两个验电器 A 和 B,在 B 上装一个几乎封闭的金属圆筒 C(叫法拉 第圆筒) ,使 C 带电,B 的箔片张开,用有绝缘柄的金属小球 D 先与 C 外表面接触一下, 再让 D 与 A 的金属球接触一下,如此重复多次,发现 A 的箔片渐渐张开. [学生得出]说明 C 的外表面上有电荷. [演示 2 证明]重做上边实验,让 D 与 C 的内表面接触一下,再与不带电的 A 的金 属球接触一下,如此反复多次,发现 A 的箔片始终闭合. [学生得出]说明 C 的内表面不带电. [教师指出]刚才实验中的 C 带电后,属于一孤立的带电体,稳定后也处于静电平 衡状态. [学生分析实验结论,总结] 静电平衡下的导体, 电荷只分布在导体的外表面, 且由于内表面不带电,故导体壳 C 内无电场,E=0,即静电平衡下的空腔导体的内部场强也处处为零. [投影片出示板书] 静电平衡状态的导体,特点二:静电平衡状态的导体,电荷只分布在导体的外表面 上. [提问]通过前面学习,将验电器放在带正电的金属球 A 的附近,验电器上的箔片 会张开吗? [学生答]会张开.因为验电器的金属杆处于金属球 A 的电场中,由于静电感应,它 的金属球将带负电,而它的另一端——箔片将带正电,因而两箔片相斥而张开. [追问]若用金属网罩将验电器罩住,验电器的箔片还会张开吗? [学生答]不会.因为金属网罩处于 A 上正电荷产生的电场中,网罩上的电荷将重新 分布,最后达到静电平衡.此时,网罩内部的电场强度为零,验电器上将不带电,因而箔 片合拢. [演示 3 证明]演示刚才两次提问中的实验,学生回答正确. [教师引导总结且出示板书] 静电屏蔽:金属网罩能将外电场遮住,使其内部不受外电场的影响,这种现象叫做 静电屏蔽. 应用:电子仪器外套金属网罩,通讯电缆外包一层铅皮等. [指出]静电屏蔽是电场中的导体达到静电平衡时,其内部场强为零的理论的直接 应用. 三、巩固练习 1.回答下列问题 (1) 两导体 B 与 C 接触后,B 与带正电的 A 靠近放置,由于静电感应, 上带负电, B C 上带正电.此时若用手摸一下导体 C,什么电流过人身而入地? (2)若不用手摸 C,而是摸一下 B,问什么电荷通过人体而入地? 答:当手摸 C 时,导体 B、C、人体、地球就组成一个导体,此导体处于 A 的电场中,

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由于静电感应, 靠近 A 的一端带负电, 而远离 A 的一端——地球带正电.所以 C 上的正电 荷入地.当手摸 B 时,情况同上,仍是正电荷入地. 2.在演示 1 的实验装置中,怎样才能使已带电的金属小球 D 上的电荷全部传给法拉 第圆筒 C 呢? 答:只需将 D 与 C 筒的内壁接触一下即可.因为当 D 与 C 的内壁接触时,D 变为筒 的内壁的一部分.当 C 与 D 组成的整个导体达到静电平衡时,导体内部不可能有电荷,所 以 D 上的电荷全部移到导体外表面上. 四、小结 通过本节课的学习,主要学了以下几个问题: 1.静电感应现象的原因: 当不带电导体处于电场中时, 导体内的自由电子在电场力的 作用逆电场线而定向移动,使导体一侧带负电,而另一侧带上正电. 2.静电平衡状态的导体的特点: ①内部场强处处为零. ②电荷只分布在导体的外表面上. 3.静电屏蔽: 金属网罩将外电场遮住,而使其内部不受外电场的影响,是静电平衡下的导体其内 部场强为零的理论的应用. 五、作业 1.阅读本节内容. 2.预习下节内容:电势差、电势. 六、板书设计

电 场 中 的 导 体

静电感应产生原因: 不带电导体内的自由电子因在外电场的电场力作用下而移 动,使导体两端带上等量异种电荷.? 静电平衡状态:导体中(包括表面)没有电荷定向移动的状态.? 静电平衡导体特点:①内部场强处处为零? ②电荷只分布在导体的外表面? 静电屏蔽:金属网罩能将外电场遮住,而使其内部不受外电场的影响

§5 电势差

电势

★本节教材分析 电势、电势差的概念是本节的重点,因为他们描述了电场的能的性质.恰当地选择概 念的引入方式,能够帮助学生理解概念.教材先从电势差入手,而后引入电势的概念,并 得出二者关系 UAB=φ A-φ B,先讲电势差,开始可以不涉及零电势的选取,便于学生接受. 对电势差、电势概念的引入,教材用类比的方法,类比于力学中重力做功,通过电场力 作功来引入的,这样使学生在已有知识中逐步理解,能帮助学生真正掌握电势,电势差 的概念.

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另外,本节的电场力做功与电势能的关系虽不是重点,在高考考查频率较高,因它 与力学知识结合,能测试学生的综合能力. ★教学目标 一、知识目标 1.理解电势差的概念及其定义式 UAB=

W AB , 会根据电荷 q 在电场中移动时电场力所 q

做的功 WAB 计算电势差 UAB,会根据电势差 UAB 计算电荷 q 在电场中移动时电场力所做的 功 WAB=qUAB. 2.理解电势的概念,知道电势和电势差的关系 UAB=φ A-φ B.知道电势的值与零电势 的选择无关. 3.知道在电场中沿着电场线的方向,电势越来越低. 4.知道什么是电势能,知道电场力做功与电势能改变的关系. 二、能力目标 培养学生的分析能力,综合能力 三、德育目标 使学生能从类似的事物中找出共性. ★教学重点 电势、电势差的概念 ★教学难点 电势、电势差的概念引入 ★教学方法 类比法 ★教具准备 投影仪 ★课时安排 1 课时 ★教学过程 用投影片出示本节课的学习目标: 1.知道电势差和电势是从电场力做功,电场有能量来描述电场的物理量. 2.理解电势差的物理意义.会用电势差的公式及其变形 W=qU 进行计算. 3.理解电势的物理意义.会用电势的差值表示电势差,会比较电场中各点电势高低. ★学习目标完成过程 一、复习提问,引入新课 [问题]电场的两个基本性质是什么? [学生答]电场的两个基本性质:电场对放入其中的电荷有力的作用(电场的力的 性质) ,并使之具有能(电场的能的性质). [引言]前面已经学习了电场的力的性质.用场强来描述,今天我们来学习电场的能

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的性质,板书:电势差 电势 二、新课教学 [提出问题]电场的能的性质用什么物理量描述? [引导]要考虑电场的能的性质,必涉及到电场力的做功.对它的讨论可类比于重力 场中的重力做功. [问题]重力做功有什么特点? [学生答]重力做功与路径无关,仅跟物体的重力,物体移动的两位置的高度差有 关.对同一物体, 两位置的高度差越大, 重力做功就越多.只要两位置确定, 即高度差确定, 移动同一物体重力做功就相同. [问题]同样为场力做功,电场力做功是否也具有同样的特点呢? [引导学生推理] 在匀强电场 E 中,电荷从 A 经任意路径运动到 B,则 WAB=Eq·s 其中 s 为 A、B 间沿电场力方向的位移. [结论]电场力做功也与路径无关,仅跟电荷电量、电荷在电场中移 动的两位置有关. [指出]对非匀强电场,也可证明电场力做功与路径无关. [投影片出示板书]

[总结,出示板书] 电势差:电荷 q 在电场中由一点 A 移动到另一点 B 时,电场上所做的功 WAB 与电荷 量 q 的比值 WAB/q,叫做 A、B 两点间的电势差.在数值上等于单位正电荷由 A 点移到 B 点时电场力所做的功 WAB. [问题]这是采用什么方法定义的? [答]比值定义法. [出示板书] 定义式:UAB=

W AB ? W AB ? qU AB q

[问题]UAB 由什么决定?由 WAB、q 决定吗?WAB 由 q、UAB 决定吗? [学生答]UAB 仅由电荷移动的两位置 A、B 决定,与所经路径,WAB、q 均无关,但

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可由 UAB=

W AB 计算 UAB. 而 WAB 却由 q,UAB 决定.这些也可由比值定义法定义概念的共 q

性规律中得到. [引导学生得出]电势差 UAB 与 q、WAB 均无关,仅与电场中 A、B 两位置有关.故电 势差反映了电场本身的性质. [出示板书] 物理意义:电势差反映了电场本身的性质. [引导学生讨论,出示板书] 单位:伏特 符号 V 1V=1 J/C 矢量性:标量→电场力做功可正可负,故两点间电势差也可正可负.正负表示大小. [指示]应用 WAB=qUAB 时的两种思路: ①可将 q,UAB,连同正负号一同代入. ②将 q,UAB 的绝对值代入.功的正负依据电场力的方向和位移(或运动)方向来判断. 应用 UAB=

W AB 求 UAB 时,将 WAB,q 正负号一同代入. q


[例题]在如图所示的电场中,把点电荷 q=+2×10 11C,由 A 点移到 B 点,电场力 - 做功 WAB=4×10 11J.A、B 两点间的电势差 UBA 等于多少?B、A 两点间的电势差 UBA 等于 多少? 解:由电势差定义式,得

U AB ? U AB ?

WAB 4 ? 10 ?11 ? ? 2V q 2 ? 10 ?11 WAB ?4 ? 10 ?11 ? ? ?2V q 2 ? 10 ?11

[练习] 如图所示的电场中, B 两点间的电势差 UAB=20 A、 -9 V, 电荷 q=-2×10 C 由 A 点移到 B 点,电场力所做的功是多 少? - 解:电场力所做的功 WAB=UAB·q=20×(-2×10 9)=-4.0 - ×10 8J - - 或:电场力所做功 WAB=UAB·q=20×2×10 9=4×10 8J.因 F 电方向从 B 到 A,s 方向 由 A 到 B,故电场力做负功. [问题]大家知道,一个物体所处的高度如何确定? [学生答]先确定一参考平面的高度为零,物体与参考平面的高度差即为物体的高 度.一般选地面为参考平面. [问题]能否由此确定电场中某点的电势? [学生思考回答]选择一参考平面的电势为零,研究点与参考平面间的电势差即为

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该点的电势. [指出]一般点电荷形成的电场中取无穷远处电势为零;电器接地时,取接地点、 电势为零. [教师总结,引导,出示板书] 电势:电场中某点的电势等于单位正电荷由该点移到参考点(零电势点)时电场力 所做的功. [指出]有了电势的概念,即可用两点的电势的差值来表示两点间的电势差. UAB=φ A-φ B UBA=φ B-φ A [引导得出]电势也为一标量,可正可负,正负表示大小. [问题]某点电势与零势点选取有关,那两点间电势差与零势点选取有关吗? [学生答]类比于两位置的高度差与零位置选取无关,两点间的电势差也与零势差 选取无关. [问题] 既然某点电势与零势点选取有关, 那电场中某点的电势是否是可以变化的? [引导学生分析]某位置的高度与零位置的选取有关.但我们知道这仅是说这一高度 的数值,而这一位置的高度是确定的,跟在此处是否放置物体等无关.类似地,某点电势 虽与零势点选取有关,但同样也仅是说这一电势的数值,而这一点的电势是确定的,跟 在此是否放置电荷等无关.故电势也是描述电场性质的物理量. [出示板书] 物理意义:电势是描述电场的能的性质的物理量. [过渡]电势既然描述电场的性质,故不同点的电势不同,有高低之分,如何判断 电势高低呢? [引导学生分析]只要两点间的电势差的情况了解了,电势高低即可清楚,故可取 一电荷在电场中移动讨论电场力做功.如 ∵WAB>0,q>0 ∴φ A-φ B=UAB= ∵WAB<0,q<0, ∴φ A-φ B=UAB=

W AB >0,即φ A>φ q

B

W AB >0,即φ A>φ q

B

[结论,出示板书] 沿电场线方向,电势越来越低. [过渡]刚才讨论了电场力做功,这一过程必对应能的转化,类比于重力做功对应 使重力势能转化,电场力做功对应也是一种势能的转化,称之为电势能. [问题]那电场力做功,对应的电势能怎样转化? [学生分析]

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重力做多少功,重力势能减少多少? 重力做多少负功,重力势能增加多少? 类比:电场力做多少功,电势能就减少多少. 电场力做多少负功,电势能就增加多少. - [练习]电场中 A、B 两点的电势是φ A=800 V,φ B=-200 V,把电荷 q=-1.5×10 8C 由 A 点移到 B 点,电场力做了多少功?电势能是增加还是减少,增加或者减少多少? 解:UAB=φ A-φ B=800-(-200)=1000 V - - ∴WAB=qUAB=(-1.5×10 8)×1000=-1.5×10 5 J - 电场力做负功,则电势能增加,增加 1.5×10 5J. 三、巩固练习 1.关于静电场中某点电势的正、负,正确的说法是哪个? A.电势的正、负取决于把电荷从零电势点移到该点的过程中电场力做功的正负 B.电势的正、负取决于场源电荷的正、负,若该点处在正场源电荷周围的静电场中, 它的电势一定是正的 C.电势的正、负取决于零电势位置的选定 D.电势的正、负取决于电荷在该点所具有的电势能的正、负 答:C - 2.将带电量为 6×10 6C 的负电荷从电场中的 A 点移到 B 点,克服电场力做了 3×10 -5 - J 的功,再从 B 移到 C,电场力做了 1.2×10 5J 的功,则 (1)A、C 间的电势差 UAC. (2)电荷从 A 移到 B,再从 B 移到 C 的过程中电势能共改变了多少? 解: (1)UAC=

W AC W AB ? WBC ? 3 ? 10 ?5 ? 1.2 ? 10 ?5 ? ? ?3V q q ? 6 ? 10 ?6
- - -

(2)∵WAC=WAB+WBC=-3×10 5+1.2×10 5=-1.8×10 5J - 可见电势能增加了 1.8×10 5J. 四、小结 通过本节学习,主要学了以下几个问题: 1.电势差、电势两个概念均采用比值定义法定义,都与检验电荷 q,电场力所做功无 关,仅由电场本身的因素决定,故都表示电场本身的性质. 2.电势差、电势、电场力做功,电势能类比于重力场中的高度差、高度、重力做功, 重力势能来学习、理解,这种类比方法是物理问题研究中常用的一种科学方法. 3.应用以下公式计算时注意: (1) U AB ?

W AB ,将 WAB,q 正、负号一同代入. q

(2)WAB=q·UAB 两种处理方法: a.将 q、UAB 的正负号一同代入

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b.将 q、UAB 的绝对值代入,根据电场力与位移(或运动)方向间关系判断电场力做 功的正负. (3)UAB=φ A-φ B,UAB=φ B-φ A. 五、作业 1.阅读本节内容 2.习题 A 组(3)(4)题 、 3.预习下节内容——等势面 六、板书设计

§6
★本节教材分析

等势面

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等势面的内容虽然不属于重点,但正象电场线形象地描述电场强度,可帮助学生很 好地理解电场强度这个重要概念一样,等势面的学习,也同样对电势,电势差这些重点 概念的理解有非常大的帮助. 对等势面的教学,为了使学生容易理解,同样采用了对比的方法,与地图上的等高 线对比,而对同一等势面上移动电荷时电场力不做功,电场线跟等势面垂直等的理解, 则采用了推理的方法,训练了学生的逻辑思维能力. ★教学目标 一、知识目标 1.知道什么是等势面,理解在同一等势面上移动电荷时电场力不做功. 2.知道电场线跟等势面垂直,并且由电势高的等势面指向电势低的等势面. 3.知道处于静电平衡的导体是等势体,导体表面是等势面. 4.知道实际中常取地球或与地球相连的导体作为电势的参考位置, 认为它们的电势为 零. 二、能力目标 培养学生逻辑思维、设计实验的能力 三、德育目标 培养学生形成积极思维、善于推理的思维品质. ★教学重点 等势面的特点 ★教学难点 等势面描绘实验的设计 ★教学方法 对比法,推理归纳法 ★教具准备 直流电源一个、金属小电极两个、白纸、复写纸、导电纸各一张,灵敏电流表,两 个探针. ★课时安排 1 课时 ★教学过程 用投影片出示本节课的学习目标: 1.知道在电场中电势相同的点构成的面叫做等势面. 2.理解在等势面上移动电荷电场力不做功.因此电场线与等势面垂直,并且由电势高 的等势面指向电势低的等势面.任两电势面不相交. 3.理解静电平衡下的导体是个等势体,导体表面是个等势面. 4.知道在实际中常用等势面来研究电场. ★学习目标完成过程 一、复习提问,引入新课 [提问]电势差的定义,由什么决定?

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电场力做多少正功,电势能减少多少,电场力做多少负功,电势能增加多少.即 W=-ε. [提问]电势的定义由什么决定? [学生答]电场中某点的电势等于单位正电荷从该点移到零电势点电场力所做的功. 电势也由电场本身的性质决定.电势的值与零势点选取有关. [引言]电场中各点的场强不同,可形象而简便地用电场线进行描述.同样,能否用 形象而简便的方法反映电场中各点电势的分布情况呢? [告知学生]因电势是标量,电势之值只有大小,无方向之分,所以不需要用带方 向的曲线,可以简单地把电势的值相同的各点构成的面画出. [问学生]这种面叫什么为好呢? [学生答]叫等势面. ——板书:等势面 二、新课教学 [提出问题]如何画出电场中平面上的等势线? [指出]直接描绘静电场的等势线比较困难.由于静电场和恒定电流的电场相似,故 本实验是用恒定电流的电场来模拟静电场的. [问题]如何用恒定电流的电场来模拟静电场?比如,如何用恒定电流的电场来模 拟等量异种点电荷的电场? [学生思考答]用直流电源通过导线接两个金属小电极,即两个电极相当于两个等 量异种点电荷. [师生一道设计实验] 用直流电源(约 6 V)通过导线接两个圆柱形铜电极,将铜电极固定于从下向上依次 固定好的白纸,复写纸,导电纸上,从一灵敏电流表的两接线柱引出两个探针,分别与 导电纸上两点接触,如灵敏电流表指针偏转,则此两点不等势,如指针不偏转,则两点 等势. [指出]上边所述即可作为本实验的实验原理. [说明]我们画等势面时不可能将所有电势值的等势面都画出来,为了表示出电势 改变的情况,作图时,应使任何相邻两个等势面间电势的差值相等. [演示] 按刚才设计的实验装配好装置,在两个电极的连线上选间距相等的 a、b、c、 d、e 五个点为基准点.用探针将它们的位置复印在白纸上,将左手的控针压在 a 点,右手 拿着探针在距 a 点约 1 cm 处上下、左右移动,使灵敏电流计指针不偏转,用探针将此位 置复印在白纸上.如此,在 a 的两侧,共探测出 4~8 个等势点,每相邻两点大约相距 1 cm. [学生演示]叫几个学生,用同样方法,分别探测出 b、c、d、e 的等势点.取出白纸,

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让一个学生根据五个基准点的等势点画出五条平滑曲线,即为五个等势面. [学生]给出了等势面,那它和描述重力场的什么类似? [学生]会有人想到等高线. [投影片出示]几种常见的电场的等势面,对比的等高线示意图.

[出示板书] 等势面:电场中电势相同的各点构成的面. [引导学生看图,指出] 等势面不仅可形象描述电势,而且每相邻两等势面间距也可形象表示它们间的电势 差. [问题]等势面有何特点? [引导学生分析]同一等势面上,任意两点间的电势差为 0,

[总结、出示板书] 补充:静电平衡状态的导体的特点三:

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静电平衡下的导体,整个导体是个等势体,导体表面是个等势面. [指出]静电平衡下的地球及与之相连的导体是等势体.所以实际中常取地球或与之 相连的导体的电势为零. [问题]清楚了等势面的分布及特点,你能不能根据等势面画出对应的电场线?试 着画一画看. [出示]几种常见的等势面,对应的电场线的分布图——刚才出示过的几种及匀强 电场的图示. [学生分析]匀强电场等势面的特点:间距相等的平行平面. [指出]实际中测量电势比测定场强容易,故在了解电场时常先给出等势面的分布, 再给出电场线的分布. 三、巩固练习 1.如图,实线是某电场中的一条电场线,虚线是该电场中的两条等势线,由此可以得 出的正确结论是 A.M 点的电势一定高于 N 点的电势 B.M 点的场强一定大于 N 点的场强 C.由 M 点向 N 点移动电荷时,电势能的改变量与零电势的选 取无关 D.某电荷在 M 点或 N 点具有的电势能与零电势的选取无关 答:BC 2.现用电场线和等势面形象地描述电场,下列说法中正确的是哪个 A.某匀强电场若用相邻的两个等势面的电场差均相等的等势面来图示,则这些等势 面一定是间隔相等的一系列平面 B.凡是场强不为零的匀强电场,一定能够用一些间隔相等、同一方向的平行电场线 来描述 C.某非匀强电场,它的电场线图可能由间隔不等的同一方向的一些平行直线组成 D.如果在某电场中各点的电场线都是方向相同、相互平行的直线,那么这个电场一 定是匀强电场 答:ABD 四、小结 通过本节学习,主要学习了以下几个问题:

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1.如何设计一个实验来描绘电场中平面上的等势面. 2.等势面的特点: ①在同一等势面上移动电荷电场力不做功. ②电场线与等势面垂直,且从电势高的等势面指向电势低的等势面. ③任意两个等势面不会相交. 3.补充研究得到了静电平衡下导体的特点三: 整个导体是个等势体, 导体表面是个等 势面. 五、作业 1.阅读本节内容:自己总结出“描绘静电场中平面上的等势面”的实验原理、仪器、步 骤等. 2.练习五:(2)、(3) 3.预习下节内容:电势差与电场强度的关系. 六、板书设计

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§7

电势差与电场强度的关系

★本节教材分析 电势差和电场强度是本章重要的概念,因为它们分别描述了电场的两大性质:能的 性质和力的性质.因此本节内容起了一个桥梁、纽带的作用,将两大性质联系了起来,这 才真正可以全面的了解电场. 对本节的教学,采取了让学生从基本概念出发推出各种关于电势差与场强的关系的 结论,避免因混淆场强和电势的概念,而发生种种错误.既使学生对场强和电势的概念有 了深刻的理解,同时也理解清了它们之间的联系. ★教学目标 一、知识目标 1.理解匀强电场中电势差与电场强度的关系 U=Ed,并且能够推导出这个关系式. 2.会用关系式 U=Ed 进行有关的计算. 3.理解电势与场强无直接的关系. 二、能力目标 使学生的分析能力和推理能力得到进一步培养. 三、德育目标使学生在遇到具体问题时要注意分析,不要武断地下结论. ★教学重点 U=Ed 及其成立条件. ★教学难点 电势与场强无直接的关系. ★教学方法 分析归纳法 ★教具准备 投影仪 ★课时安排 1 课时 ★教学过程 用投影片出示本节课的学习目标: 1.知道在匀强电场中,沿电场强度方向两点间的电势差 U 等于电场强度 E 跟这两点 间的距离 d 的乘积,即 U=Ed. 2.知道在匀强电场中, 电场强度的大小等于沿电场强度方向单位距离上的电势差, 即

E?

U . d
3.知道电场强度的单位 V/m 与 N/C 是相等的. 4.知道匀强电场的电场强度可以从测量电势差后利用上面公式求得. 5.知道电势与场强无直接关系. ★学习目标完成过程

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一、复习提问,引入新课 [提问]你学过哪些描述电场性质的物理量? [学生答]电场的两大性质:①力的性质,由电场强度描述,可用电场线形象表示; ②能的性质:由电势、电势差描述,可用等势面形象表示. [提问]等势面的特点? [学生答]等势面的特点:①沿等势面移动电荷电场力不做功;②等势面与电场线 垂直,且电场线从高电势指向低电势;③任两个等势面不相交. [引言]既然场强、电势、电势差都描述电场的性质,它们之间一定存在关系、什 么关系呢?——板书:电势差与电场强度的关系. 二、新课教学 [投影片出示下列问题,学生讨论] ①电场强度大的地方电势是否一定高?反之? ②电场强度为零的点电势一定为零吗?反之? [学生讨论后指出]E 的值是客观存在的,而电势的值与零势点选取有关,所以上 述问题不可能有肯定答复. [问题]那一般地,规定了无穷远处为零势点,上述问题如何? [提示学生]可从直观表示它们的电场线和等势面的分布图讨论. [学生分析]一些同学举到了正点电荷电场的例子分析①:

∵A 比 B 所处电场线密, ∴EA>EB 而沿电场线方向电势逐渐降低 ∴φ Α >φ B. 故 E 大处φ 一定高. [提醒学生注意]不能从若干特殊例子随便概括出带有一般性的结论.要想肯定一个 命题,必须做一般性的证明,要想否定一个命题,只要举出一个反例即可. [学生举例]有同学会想到负点电荷的电场. 由图可知:EC>ED

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而φ C<φ D 反之,学生由以上两例分析得:φ 高处 E 也不一定大. [总结,出示板书] E 大处φ 不一定高,φ 高处 E 也不一定大. [引导]对②的分析可从等量同、异种点电荷分析 等量同种点电荷连线中点:根据场强的叠加,此点 E=0,而选取一条无限接近该点 的电场线可知:沿电场线方向电势降低,至无穷远处为 0,则该点φ >0.

等量异种点电荷连线中点:由图知,两点电荷连线的中垂线为一等势面而伸向无穷 远,∴此点φ =0,而由图可得,此点 E≠0. [总结,出示板书] E 为零处φ 不一定为零,φ 为零处 E 不一定为零. [结论]场强与电势无直接关系. [问题]场强与电势差也无直接关系吗?如何进行讨论呢? [学生思考后分析]可仍从电场的等势面和电场线的分布图讨论: 等势面上,每相邻两个等势面间距表示它们间的电势差,故可用等势面的疏密来表 示电势差.由图知,电场线密处,等势面也密,即场强大处,电势差也大. [问题]场强与电势差有何定量关系? [指出]下面讨论在匀强电场中它们间的关系. [学生推导、板演]

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根据电势差的定义式,得 UAB=

W AB E q ? AB ? ? ? E ? AB ? q q

[师生一道评析,总结] 用 d 表示 A、B 在场强方向上的距离 AB′,则上式可写为:U=Ed [问题]上式是在匀强电场中推出的,它适用于非匀强电场吗? [学生思考答]不适用.因为在非匀强电场中,电荷从 A 移至 B 的过程中,受的电场 力为变力,W 电场不能写成 Fs. [投影片出示板书] 场强与电势差的关系:U=Ed 注:①只适用于匀强电场 ②d:沿场强方向的距离 [问题]由 U=Ed ? E ?

U ,这个式子表示什么含义?从式子中可看出 E 的单位是 d

什么? [学生答]在匀强电场中,场强在数值上等于沿场强方向每单位距离上的电势差. 由E ?

U ,可得 E 的单位为 V/m,即 1 V/m=1 N/C. d J J N ?1 ?1 A?s?m C?m C

[引导学生推导]1 V/m=1 N/C 1 V/m= 1

[例题]如图,在匀强电场中的 M、N 两点距离为 2 cm,两点间的电势差为 5 V,M、 N 连线与场强方向成 60°角,则此电场的电场强度多大?

解:根据 E ?

U ,得 d

U 5 =500 V/m. ? ? 1 ?2 MN ? cos 60 2 ? 10 ? 2 三、巩固练习 1.如图,a、b、c 是一条电场线上的三个点,电场线的方向由 a 到 c,a、b 间的距离等 于 b、c 间的距离.用φ a、φ b、φ c 和 Ea、Eb、Ec 分别表示 a、b、c 三点的电势和场强.下 列哪个正确? E?

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A.φ a>φ b>φ c B.Ea>Eb>Ec C.φ a-φ b=φ b-φ c D.Ea=Eb=Ec 答案:A 2.如图,在匀强电场中取一点 O,过 O 点作射线 OA=OB=OC=OD=10 cm,已知 O、 A、B、C、D 各点电势分别为 0.7 V、8 V、7 V、5 V,则匀强电场场强的大小和方向最接近 于

A.70 V/m,沿 OA 方向 B.70 V/m,沿 OC 方向 C.80 V/m,沿 OB 方向 D.80 V/m,沿 BO 方向 答案:D 3.在电场强度为 600 N/C 的匀强电场中,A、B 两点相距 5 cm,若 A、B 两点连线是 沿着电场方向时, A、 两点的电势差是_______ V.若 A、 两点连线与电场方向成 60° 则 B B 角时, 则 A、B 两点的电势差是___________V;若 A、B 两点连线与电场方向垂直时, 则 A、B 两点的电势差是___________V. 答案:30;15;0. 四、小结 通过本节课的学习,主要学了以下几点: 1.场强与电势无直接关系:E 大,φ 不一定大;φ 大,E 不一定大;E 为零,φ 不一 定为零;φ 为零,E 不一定为零. 2.场强与电势差的关系: ①定性:E 越大,U 越大 (电场线越密,等势面越密) ②定量:U=Ed ? E=U/d 注:a.适用条件:匀强电场 b、d:沿场强方向的距离 3.判断一个命题是否正确时,不能从若干特殊例子中找出一般性结论. 五、作业 1.阅读本节内容 2.习题 B: (5) 3.预习下节内容:电容器、电容 六、板书设计

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§8 电容器 电容
★本节教材分析 电容器虽不属本章教学的重点,但近年高考中平行板电容器的命题频率较高,且本 章在高考考查中最频繁的带电粒子在匀强电场中的运动,其中的匀强电场一般就采用平 行板电容器带电后产生.所以电容器这一节的教学也很关键. 电容是描述电容器容纳电荷本领的,所以电容是本节的重点.为了便于大家正确理解电容, 教材采用了利用水容器作比喻,使大家可以根据生活熟知的东西来类比学习,可以起到好的效 果. ★教学目标 一、知识目标 1.知道什么是电容器以及常用的电容器 2.知道电场能的概念,知道电容器充电和放电时能量的变化. 3.理解电容器电容的概念及其定义 C ?

Q ,并能用来进行有关的计算. U

4.知道平行板电容器的电容与哪些因素有关,有什么关系. 5.知道公式 C ?

?s 及其含义 4?kd

二、能力目标 1.进一步培养学生的实验观察、分析的能力. 2.提高学生综合运用知识的能力. 三、德育目标 渗透了事物的本质是自身的因素,即内因决定,不由外因决定的观点. ★教学重点 电容的概念 ★教学难点 电容的引入 ★教学方法 类比法、实验法

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★教具准备 静电计、平行板电容器、铁架台、电介质板、电容器示教板(上装各种电容器) 、电 容器的幻灯片、电池组. ★课时安排 1 课时 ★教学过程 用投影片出示本节课的学习目标: 1.知道什么是电容器和电容器的功能. 2.理解电容是表征电容器容纳电荷本领的物理量. 3.会计算平行板电容器的电容. 4.知道常用的电容器有固定电容器和可变电容器两大类. ★学习目标完成过程 一、复习提问,引入新课 [提问]场强与电势有无直接关系? [学生答]无直接关系.E 大,φ 不一定大,E 为零,φ 不一定为零,反之亦然. [提问]场强与电势差有无直接关系? [学生答]有.场强越大,电势差越大,且在匀强电场中,E=U/d. [提问]d 指什么?E=U/d 的适用条件? [学生答]d 指沿场强方向间距离.E=U/d 仅适用于匀强电场. [过渡]刚才学过好多规律,好多现象均在匀强电场中研究,而匀强电场通常是采 用带电的平行板电容器获得.今天就来学习有关电容器的知识.板书:电容器、电容. 二、新课教学 [出示电容器示教板,放幻灯]使学生仔细观察,找出电容器的共同点,下一定义. [学生总结,教师评析,出示板书] 电容器:任何两个彼此绝缘又相隔很近的导体,组成一个电容器. [指出]前面提到的平行板电容器就是一种最简单的电容器.下面以平行板电容器为 例来学习有关电容器的一些基本知识. [指出,出示板书] 充电:电容器两板分别接在电池两端,两板带上等量异种电荷的过程. 放电:充了电的电容器的两板用导线相连,使两板上正、负电荷中和的过程. [指出]两过程分别有短暂的充电电流,放电电流. [问题]充电后两板间有了电场,具有电场能,你能分析一下充电、放电过程能量如何转 化? [学生分析得]充电:电源能量→电场能 放电:电场能→其他形式能 [指出,出示板书] 电容器所带电荷量:每个极板所带电荷量的绝对值. [过渡]电容器是容纳电荷的容器.一个电容器容纳电荷的本领如何描述呢?用电容 器所带电荷量描述吗?

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[问题]甲电容器两板各带 2 C 电量,板间电压为 2000 V,乙电容器两板各带 3 C 电量,板间电压为 4000 V,能否说乙电容器容纳电荷的能力大呢? [学生讨论得]不能.电容器所带电量越多,板间电压越大.对上述问题,不能在电压 不同这种不对等情况下比较电量.应在相同电压下讨论.可取 1 V 电压下对比它们的电量. [学生动手计算]甲:

2C 2000V

乙:

3C ,所以甲容纳电荷的本领大. 4000V

[学生总结]可用电容器所带电量与两板间电压的比值来描述电容器容纳电荷的本 领. [指出]引入一个新的物理量——电容来描述. [出示板书]电容器所带电荷量 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,在数值上等于使两板间电势差为 1 V 时电容器所带电荷量. [提醒学生]这是比值定义法定义的. [问题]C 由 Q、U 决定吗? [学生答]C 不由 Q、U 这些外界因素决定,因为引入 C 是描述电容器容纳电荷本 领的,是电容器本身的特性,故 C 由自身条件决定. [出示板书] 定义式: C ?

Q ,C 不由 Q、U 决定 U
?
Q=CU,Q 由 C、U 决定

?
U=

Q ,U 由 Q、C 决定 C

物理意义:电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量. 单位:法拉 符号:FV1F=1 C/V 1 F=106μ F=1012pF [引导学生类比理解]

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[问题]那 C 由电容器自身的哪些因素决定? [介绍]静电计:测量电势差.它的金属球接一导体,金属外壳接另一导体,从指针 的偏角可测出两导体间的电势差. [演示]将平行板电容器的一板 A 固定于铁架台上且与一外壳接地的静电计的金属 球连接,手持有绝缘柄的板 B,将 B 板接地,用电池组给电容器充电后断开电源,将 B 靠近 A,静电计指针偏角反映 A、B 两板间电势差. [现象]指针偏角减小. [引导学生分析]给电容器充电后断开电源,电源不再继续对电容器充电,同时也 没有导线将两板相连,电容器也不会放电.即此时,电容器所带电荷量不变. [学生分析现象]根据 C ?

Q ,∴Q 不变而 U 减小,∴C 增大.即 d 越小,C 越大. U

[告知学生]精确实验告诉我们,C 和 d 成反比. [演示]减小两板正对面积. [现象]指针偏角偏大. [学生分析]由 C ?

Q ,S 越小,U 越大,C 越小. U

[告知学生]精密实验表明:C 与 S 成正比. [演示]B 板不动,在两板间插入一块电介质板. [现象]指针偏角减小. [学生分析]板间插入电介质,U 减小,由 C ?

Q ,则 C 增大. U

[告知学生]板间充满某种介质时,C 会变为板间为真空时的若干倍,这一倍数叫 这种介质的介电常数, 用ε 表示.精确实验表明 C 与ε 成正比.课本中给出几种电介质的介 电常数. [指出]电容器的电容是由两个导体的大小和形状,两个导体的相对位置及 极板间的电介质决定的. [引言]精确实验可得电容器的决定式. [出示板书] 决定式: C ?

?S (平行板电容器) 4?kd

[出示电容器示教板]说明电容器从构造上看,分固定电容器和可变电容器. [投影片出示问题]让学生围绕问题看书. ①电解电容器的电容为什么一般较大? ②可变电容器通过改变什么因素来改变电容? ③课本图 14—44,14—45 的电容器上写着两个数字,它们各表示什么? [学生答] ①因其介质为很薄的一层氧化膜,所以二极板可相距极近,所以电容值大. ②正对面积. ③一个是电容值,一个是额定电压值.加在电容器两极上的电压超过某一值(击穿电

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压)时,板间电介质被击穿.额定电压应小于击穿电压,电容器工作时的电压不应超过额 定值. [指出]电容值及额定电压值是电容器的两个重要参量.使用前,应看清它的这两个 参量才能正确使用.其他电器元件也有它的参量,学生应养成使用前先了解它们的参量的 习惯. 电解电容器的正负极不能接错.如课本图 14—45 中的电解电容器两个引线一长 一短,短者为负,使用时注意区分. 让学生注意各种电容器的表示符号. 三、巩固练习 平行板电容器充电后,继续保持电容器的两极板与电源相连,在这种情况下,如增 大两板间距 d,则板间电势差 U、电容器所带电量 Q,板间场强 E 各如何改变? 平行板电容器充电后, 切断与电源的连接.在这种情况下, 如增大 d,则 U、 E 各如何改变? Q、 答:充电后,继续保持电容器与电源相连,电容器两板间电势差 U 不变.如增大 d, 则由 C ?

?S Q ,C 将减小,再 C ? ,Q 减小,依 E=U/d,E 将增大. 4?kd U
Q 4?kQ ,则 E 不变. ? Cd ?S

充电后,切断电容器与电源的连接,电容器所带电荷量 Q 不变.如增大 d,C 减小而使 U 增大,由 E=U/d=

四、小结 通过本节学习,主要学了以下几点: 1.电容器的充电:电容器与电源相连 电源能量→电场能 电容器的放电:电容器与导线相连 电场能→其他形式能 2.电容:描述电容器容纳电荷的本领.

Q ,C 不由 Q、U 决定 U ?S ,C 由ε 、S、d 电容器自身因素决定. C? 4?kd C?
3.学到了一种处理问题的方法:遇到不易理解的问题可以用熟知的东西类比理解. 五、作业 1.阅读本节内容 2.练习七: 、 (3)(4) 3.预习下节内容:带电粒子在匀强电场中的运动 六、板书设计

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§9 带电粒子在电场中的运动
★本节教材分析 本节知识与力学知识联系很紧,在讲解本节内容之前要复习一下有关的知识,以产 生知识的迁移,由于带电粒子在电场中加速和偏转的公式较复杂,所以在教学中要使学 生在学习中掌握解题的思维和方法,而不是记公式. ★教学目标 一、知识目标 1.理解带电粒子在电场中的运动规律,并能分析解决加速和偏转方向的问题. 2.知道示波管的构造和基本原理 二、能力目标 通过带电粒子在电场中加速、偏转过程分析、培养学生的分析、推理能力 三、德育目标 通过知识的应用,培养学生热爱科学的精神. ★教学重点 带电粒子在匀强电场中的运动规律 ★教学难点 运用电学知识和力学知识综合处理偏转问题. ★教学方法 讲授法、归纳法

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★教具准备 投影仪、投影片、示波器 ★课时安排 1 课时 ★教学过程 用投影片出示本节课的学习目标: 1.理解带电粒子在电场中的加速、偏转情况. 2.运用所学知识,分析示波管的原理 ★学习目标完成过程 一、引入 前边我们学习了电场,那么一个带电粒子在电场力作用下又将如何运动呢? 二、新课教学 带电粒子的加速 教师:带电粒子要想在电场中被加速,该怎么办? 学生讨论得到:要使带电粒子加速,必须使带电粒子加速度方向与速度方向相同. [CAI 课件展示] 在加上电压并处于真空的金属板间有一正电荷 Q, 在 电场力作用下从静止开始向负极板移动. [教师]设电荷质量为 m,两板间电势差为 U,你能 求得 Q 到达负极板时的速度吗? [学生活动]求解该速度. [抽查并在实物投影仪上评析] [板书] 1.求解带电粒子的加速问题,常用动能定理: (即 qU=

1 2 mv ) 2
2qU 对于非匀强 m

2.由于在非匀强电场中,W=qU 同样适用.所以 qU=

1 2 mv 或 v ? 2

电场同样适用. [学生活动]阅读并解答课本例题 1 (二)带电粒子的偏转: [教师]如何利用电场使带电粒子偏转呢? [师生共同活动] 要使带电粒子偏转,即速度方向发生变化.必须使粒子的加速度方向与速度方向之间 有一夹角.其中最简单的就是加速度方向与速度方向垂直的情况. [CAI 课件模拟]当速度方向与加速度方向垂直时的运动情况: [通过和平抛运动的类比,分析粒子此时的受力情况:并且用分解为分运动的方法

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进行分析] 得到:忽略粒子所受重力,粒子在垂直于电场方向做匀速直线运动:x=v0t. 在平行于电场方向做加速运动:

y?

1 2 1 qU l 2 ql 2 at ? ? ?( ) ? ·U 2 2 2 md v0 2mv 0 d

粒子离开电场时竖直方向的分速度为:

v y ? at ?

qU L ? md v0

粒子离开电场时的偏转角度θ 为: tanθ =

vy v0

?

qL U. 2 mv 0 d

[学生活动] 1.自己推导上述各式 2.阅读并解答课本例 2. [教师进行巡回指导] (三)示波管的原理 [教师]刚才我们讨论了带电粒子在电场中的加速和偏转,那么,有什么实际意义 呢? [演示]用示波器显示不同信号电压随时间变化的情况. [教师]示波器就是利用带电粒子在电场中的加速和偏转规律制成的. [CAI 课件]模拟示波器的构造并简析其工作原理. [学生活动]阅读课文有关内容 [演示]用示波器分别演示竖直亮线和水平亮线;加正弦高变电压,显示正弦曲线. 三、小结 1.带电粒子在匀强电场中的运动,常见的有加速、偏转等,分析方法同力学,只是在 受力分析时增加电场力分析一项,如果粒子是微观粒子,则重力不计,如果是一个液滴 或小球则一般要考虑重力. 2.示波管是带电粒子在电场中加速和偏转的实际应用. 四、作业

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课本练习八 2、3 五、板书设计

※§10 静电的利用和防止
★教学目标 一、知识目标 1.真正理解电场强度、电势、电势差的概念,并掌握它们间的关系. 2.掌握库仑定律. 3.会用力学知识解决带电粒子在电场中的运动问题. 4 会用电场知识分析静电场中的导体和电容器问题. 二、能力目标 培养学生综合的能力,用所学知识解决实际问题的能力. 三、德育目标 使学生在获取知识的时候要抱着实事求是的态度. ★教学重点 场强、电势的概念、库仑定律、及其应用. ★教学难点 1.场强、电势、电容的概念理解 2.电场知识的实际应用 ★教学方法 归纳法、目标教学法

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★教具准备 投影片 ★课时安排 1 课时 ★教学过程 用投影片出示本节课的学习目标: 1.场强、电势、电势差要真正理解,并且要掌握它们间的关系. 2.掌握了库仑定律. 3.会用所学知识解决具体的问题,带电粒子在电场中的运动、静电场中的导体、电容 器. ★学习目标完成过程 一、本章主要知识结构: [教师]上节课布置让课后回顾整章知识,且用一结构图给出知识间的联系,请同 学拿出自己的结构图,老师巡视,选出设计较好的一份,同时也要肯定大多数同学的设 计. [投影片出示]

[指出]通过大家对知识点画结构图,可以使知识点形成网络,把它们间的联系找 了出来,使知识系统化. [引导学生]通过本章内容的回顾,主要可分为三大部分: ①电荷、电荷守恒定律和库仑定律(实验基础) ②电场、电场强度、电力线、电势、等势面、电势差及其关系(电场特性) ③带电粒子在电场中的运动、静电场中的导体、电容器(应用) 三大部分的关系:电荷产生电场、电场的作用又会使几种情况下有具体的应用. [引导得出,出示板书]对刚才的结构图略加改动,结构,关系更加明确. 二、重点概念、规律及其综合应用 [投影片出示]

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[例 1]半径为 r 的两金属球放置于空气中,两球边缘相距为 r.今使两球带上等量的

Q2 异种电荷 Q,两电荷间的库仑力大小为 F,比较 F 与 k 的大小关系. (3r ) 2
[学生解答]F= k

Q2 (3r ) 2

[引导学生分析]如果电荷能全部集中在球心处,则两者相等.但由于两球心间距 3r 不是远远大于 r,故不能将两球当点电荷处理.实际上,由于异种电荷的相互吸引,电荷分 布在两球靠近的球面处,即电荷间距小于 3r,故 F> k

Q2 . (3r ) 2

[提醒学生]应用库仑定律时注意适用条件:①真空(干燥空气中) ;②点电荷 [问题]根据本章内容,总结一下电场强度如何确定? [学生]分组讨论、归纳,并说明本组方法. [教师总结,出示板书] 电场强度的确定:①定义 E=F/Q;②库仑定律 E=k

Q ,③电场强度的叠加原理;④电 r2

场强度与电势差的关系 E=U/d;⑤电场线(等势面)确定场强方向,定性确定场强大小. [提问]E=F/Q,E= k

Q ,E=U/d 三公式的应用情况相同吗? r2 Q 适合真空中点 r2

[学生答]三公式适用条件不同:①E=F/Q,适合任何电场;②E= k

电荷的电场;③E=U/d 适合匀强电场. [提醒学生]应用公式时一定要注意公式的适用条件. [投影片出示] [例 2]在 x 轴上有两个点电荷:一个带正电 Q1,一个带负电-Q2,且 Q1=2Q2,用 E1 和 E2 分别表示两个电荷所产生的场强的大小,则 x 轴上:

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A.E1=E2 之点共有二处,其中两处合场强为零,另一处合场强为 2E2 B.E1=E2 之点共有三处,其中一处合场强为零,另两处合场强为 2E2 C.E1=E2 之点只有一处,该处合场强为零 D.E1=E2 之点共有二处,一处合场强为零,另一处合场强为 2E2 [学生解答]D [教师评析,指出]当多个电场共同存在于某个空间时,此时某点的场强应为各电 场在该点场强的矢量和. [例 3] 两个固定的等量异种电荷, 在它们的连线及其 垂直平分线上分别有 a、b、c、d 四点,则它们的场强的大 小关系如何? [提醒学生]可将等量异种电荷间电场线、等势面的 分布图画出讨论. [学生解答]Ea>Eb>Ec>Ed [指出]电场线的疏密表示场强大小,某点切线方向表示该点场强方向,也可根据 等势面的疏密判断场强大小,因等势面越密,电势差越大,场强也越大. [问题]电场中的电势高低如何确定? [学生]分组讨论,且说明本组结果. [教师总结,出示板书] 电势高低的判定:①电势定义;②电势与电势差的关系 UAB=φ A-φ B;③等势面;④ 电场线;⑤电场力做功公式 W=qU;⑥电势能变化;⑦导体静电平衡时导体是等势体;⑧ 实验测定. [出示例 3,提问]在例 3 中,a、b、c、d 四点的电势大小? [学生解答]φ a>φ b=φ c=φ d [指出]电场线从电势高的等势面指向低电势的等势面 [投影片出示] - [例 4]一个带正电的质点,电量 q=2.0×10 9C,在静电场中由 a 点移到 b 点,在 - - 此过程中,除电场力外,其他力做功为 6.0×10 5J,质点的动能增加了 8.0×10 5J,则 a、b 两点的电势哪点高? [引导学生分析,解答] 根据动能定理:W 电+W 其=Δ EK - - - ∴W 电=Δ E-W 其=8.0×10 5-6.0×10 5=2.0×10 5J.

2.0 ? 10 ?5 ? ∴UAB= =104V 而 UAB=φ A-φ ?9 q 2.0 ? 10 W电

B

则φ A>φ

B

[引导学生总结]根据电场力做功,可求得两点间的电势差,进而得到电势高低. [问题]带电粒子在电场中的运动问题应如何解决? [投影片出示] [例 5] 长为 L 的平行金属板, 板间形成匀强电场, 一个带电+q,质量 M 的带电粒子,

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以初速 v0 紧贴上板垂直于电场线方向射入该电场,刚好从下板边缘射出,末速度恰与下 板成 30°角,求:

(1)粒子末速度的大小. (2)匀强电场的场强. (3)两板间的距离 d. [引导学生分析,解答] 解法一:由牛顿定律和运动学公式求解 ①对速度分解,得:v=v0/cos30°=2 3 v0/3. ②粒子在电场中运动时间 t=L/v0. 粒子射出电场时场强方向分速度 vy=v0tan30°=

3 v0 3
2 3mv 0 3qL

而 vy=at=

3 Eq L Eq v0 ? ? t ∴ 3 m v0 m vy 2 t?

即 E=

③板间距离 d ?

3v0 L 3 ? ? L. 2 ? 3 v0 6

解法二:由动量定理和动能定理求解. v=v0/cos30°=

2 3 L v0 , t ? 3 v0
2 3mv 0 3qL

由动量定理有 qEt=mv0tan30° ? E ?

由动能定理有 qEd=

1 2 1 2 3 mv ? mv 0 ? d ? L 2 2 6

[指出]带电粒子在电场中的运动问题的基本思路与力学题的思路相同:①受力分 析,②运动分析,③选用恰当规律解题,解决的方法同样象力学题一样可从三大角度: ①动力学角度;②动量角度;③动能角度. 三、巩固练习

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1.平行板电容器充电后与电源断开,负极板接地,在两板间有一正电荷(电量很小) 固定在 P 点,如图,以 E 表示两极板间的电场强度,U 表示电容器两极板间的电压;W 表示正电荷在 P 点的电势能,若保持负极板不动,将正极板移到图中虚线所示位置,则 A.U 变小,E 不变 B.E 变大,W 变大 C.U 变小,W 不变 D.U 不变,W 不变 答:AC 2.质子、α 粒子的初速度均为零,同时从同一点经一电场 加速后,在另一相同的垂直粒子运动方向的电场中偏转,然后 到达荧光屏,下列说法正确的是 A.到达荧光屏的位置相同 B.到达荧光屏的时间相同 C.到达荧光屏的动能相同 D.到达荧光屏的动量相同 答:A 四、小结 通过本节复习,主要弄清以下几个问题: 1.场强、电势概念及其关系. 2.库仑定律应用时注意适用条件. 3.场强的确定. 4.电势高低的确定. 5.带电粒子在匀强电场中运动问题的思路和角度. 五、作业 本章习题 A: (6)B: 、 (5)(8) 六、板书设计

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单元练习
一、选择题 1.原来静止的点电荷在只受电场力作用时 A.一定从场强大的地方向场强小的地方运动 B.一定从电势高的地方向电势低的地方运动 C.一定从电势能大的地方向电势能小的地方运动 D.电场力一定做正功 2.一个点电荷,从静电场中的a点移到b点,其电势能的变化为零,则 A.a、b两点的场强一定相等 B.该点电荷一定沿等势面移动 C.作用于该点电荷的电场力与其移动方向总是垂直的 D.a、b两点电势一定相等 3.如图 14—12—8 所示,要使静电计的指针偏角变小,可采用的方法是 A.使两极板靠近 B.减小正对面积

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C.插入电介质 D.用手碰一下负极板

图 14—12—8 图 14—12—9 4.如图 14—12—9 所示.匀强电场方向水平向右,一带电微粒沿直虚线在电场中斜向 上运动,则该微粒在从 A 运动到 B 的过程中,其能量变化为 A.动能增大,电势能减小 B.动能减小,电势能减小 C.动能减小,电势能增大 D.动能增大,电势能增大 5.在真空中有三个点电荷 A、B、C,依次排到一条直线上,且 AB>AC,在相互间的 库仑力作用下都处于静止状态,如图 14—12—10 所示.若三个电荷的电量、电荷的正负 以及相互间距离的具体数值都是未知的,由此图可以确定 A.A、B、C 所带电荷的种类 B.A、B、C 中哪几个带同种电荷,哪几个带异种电荷 图 14—12—10 C.三者按电量从多到少排列的顺序 D.若将 B 向左或向右移动一点,电荷 B 的电势能总是减小 二、填空题 6.电场中以下各物理量:电场强度、电场力、电势、电势差、电势能,其中与零点 选择有关的量是 ,与放在电场中的电荷有关的量是 ,有方向的量 是 . 7.图 14—12—11 中带箭头的线段表示某电场中的部分电场 线, 一带电粒子只在电场力作用下经 A 点飞往 B 点, 径迹如虚线 所示,那么粒子在 A、B 两位置上加速度较大的是 点,动能 较大的是 点,电势能较大的是 . -8 8.在静电场中有 a、b、c 三点,有一个电荷 q1=3×10 C, -6 -8 自 a 移到 b,电场力做功 3×10 J.另有一个电荷 q2=-1×10 C, 图 14—12—11 -6 自 a 移到 c,电场力做功 3×10 J,则 a、b、c 三点的电势由高 到低的顺序是 ,b、c 两点间的电势差 Ubc 为 V. 9.真空中 A、B 两个点电荷相距为 L,质量分别为 m 和 2m,它们由静止开始运动(不 计重力), 开始时 A 的加速度大小为 a, 经过一段时间 B 的加速度大小也为 a, 且速度为 v,

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那么此时 A、B 两点电荷间的距离为 ,点电荷 A 的速率为 ,这两个点电荷 的电势能减少了 . 三、论述、计算题 10.试证明荷质比不同的正离子,被同一电场加速后垂直进入同一偏转电场运动,它 们离开偏转电场时的速度方向一定相同. -5 11.如图 14—12—12 所示的匀强电场中,沿着与电场线 AC 成 60°角的方向,把 10 -5 C 的负电荷从 A 点移到一水平面上的 B 点,电场力做了 6×10 J 的功,AB 间距为 6 cm. (1)求场强 E 的大小,并在图中用箭头标出 E 的方向. (2)A、B 两点哪一点的电势高?若 ? B=1 V, ? A 为多少?

图 14—12—12 图 14—12—13 12.如图 14—12—13 所示,相距为d的两块平行金属板 M、N 与电源相连,电键 S 闭 合后,MN 间有匀强电场.一个带电粒子,垂直于电场方向从 M 板边缘射入电场,恰打在 N 板中央,若不计重力,求: (1)为了使粒子能刚好飞出电场,N 板应向下移动多少? (2)若把 S 打开,为达上述目的,N 板应向下移多少?

参考答案:一、1.CD 2.D 3.AC 4.C 5.BCD 二、6.电势,电势能;电场力,电势能;电场强度,电场力.? 7.B;A;B 8. ? c> ? a> ? b,-400 9. L / 2 ,2 ? ,3mv
2

三、10.解析:设加速电压为 U1,偏转电压为 U2,偏转电场极板长为 L,两板宽度为

d
则 qU1 ?

1 2 mv0 2



tan? ?

VL at qU 2 L ? ? ?? ② V0 V0 dmV02

把①代入②得 tan? ?

U2L m , tan? 与 无关 q 2dU
(2)3d

11.(1)200 V/m,斜向下 ?(2)B 点高,-5 V 12.(1)d

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1.带电微粒所带的电量不可能是下列值中的 . -19 -19 - A.2.4×10 C B.-6.4×10 C C.-1.6×10 18 C C

D.4.0×10

-17

2.两个用相同材料制成的半径相等的带电金属小球,其中一个球的带电量的绝对值是 另一个的 5 倍,它们间的库仑力大小是 F,现将两球接触后再放回原处,它们间库仑力的大小 可能是 . A.5 F/9 B.4F/5 C.5F/4 D.9F/5 3.下列情况中,A、B 两点的电场强度矢量相等的是 . A.与正电荷距离相等的 A、B 两点 B.与负电荷距离相等的 A、B 两点 C.两个等量异种电荷连线的中垂线上,与两电荷的连线距离相等的 A、B 两点 D.两个等量同种点电荷连线的中垂线上,与两电荷的连线距离相等的 A、B 两点 4.如图 1 所示,将带电粒子从电场中的 A 点无初速地释放,不 计重力的作用,则下列说法中正确的是 A.带电粒子一定做加速直线运动 B.带电粒子的电势能一定逐渐增大 C.带电粒子的加速度一定越来越小 图 1 D.带电粒子的加速度一定越来越大 1 5. A、B 在两个等量异种点电荷连线的中垂线上,且到连线的距离相等,如图 2 所示,则 A.同一点电荷在 A、B 两点的电势能相等 B.把正电荷从 A 点移到 B 点,电势能先增大后减小 C.把正电荷从 A 点移到 B 点,电势能先减小后增大 D. A、B 两点的连线上任意两点的电势差为零 6.如图 3 所示,用两根绝缘轻细绳悬挂两小球 A 和 B,这时上 下两根细线中的张力分别为 T1 和 T2;使两小球都带上正电荷时, 上下两根细线中的张力分别为 T1′和 T2′, T1′ 则 T1, 2′ T 图2 T2.(填等于、大于或小于)

图3

图4

图5

7.如图 4 所示,A、B 为负点电荷电场中一条电场线上的两点,则这两点的场强大

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小关系是 EA EB,将一正电荷置于 A、B 两点时具有的电势能的大小关系是ε A ε B. 8.如图 5 所示,三个点电荷处于一条直线上,q2、q3 间距为 q1、q2 间距的两倍,为 使三个电荷都保持静止状态,则应有 q1:q2: q3= ,其中 和 必为同种电荷. 2 9.在场强大小和方向处处相同的电场中,用劲度系数 k=1.0×10 N/m 的绝缘轻弹簧悬 - 挂一个带电量 q=2.5×10 4 C 的小球,小球平衡时弹簧恰好无形变,若保持电场强度大小不 变,使电场方向反向,则小球在平衡时弹簧伸长了 2.0 cm,取 g=10 m/s,求小球的质量和电场 强度的大小. 10.如图 6 所示:绝缘细线的一端固定于 O 点,另一端连接一个质量为 m 的带正电的小球,要使该带电小球静止时悬线与竖直方向成α 角,可在空间 加一个大小、 方向处处相同的电场,当所加电场的方向向着什么方向时,可使 电场的场强最小,最小为多大?这时绝缘细线中的张力多大?若将细线剪断, 图6 则小球做什么运动? 参考答案: 1.A 2.BD 3.C 4.A 5.AD 6.等于,大于 7.小于,大于 8. 9:4:36;q1,q3 9.0.1 kg,4×103 N/C. 10.沿与细线垂直斜向上的方向, mgsinα /q ,mgcosα ,沿细线拉力的反方向做加 速度为 gcosα 的匀加速直线运动.

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