高二物理人教版選修31 1.9靜電場中的圖像問題教案

1、.靜電場中的圖像問題重/難點(diǎn)重點(diǎn)：理清描繪電場的圖像有哪幾種情況。難點(diǎn)：如何求解靜電場中的圖像問題。重/難點(diǎn)分析重點(diǎn)分析：在高中物理靜電場中，我們都已經(jīng)注重帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)，我們還應(yīng)重視描繪電場本質(zhì)的圖像。描繪電場的圖像有以下兩種情況，一種是直接在坐標(biāo)系中用電場線或等勢線描繪電場的分布，另一種是描繪電場的本質(zhì)的物理量隨間隔 或其他量的變化關(guān)系圖像，如場強(qiáng)隨坐標(biāo)軸變化的函數(shù)圖像，電勢隨坐標(biāo)軸變化的函數(shù)圖像，電勢能隨坐標(biāo)軸變化的圖像。難點(diǎn)分析：解答該類型題關(guān)鍵是要讀懂圖像的意義，即坐標(biāo)軸，坐標(biāo)原點(diǎn)，斜率，交點(diǎn)坐標(biāo)，變化趨勢等的物理意義，同時(shí)結(jié)合題意，讀懂條件，以及提出的問題，根據(jù)電場強(qiáng)度的定

2、義式和電勢的根本公式解決問題。同時(shí)一定要根據(jù)圖像描繪的內(nèi)容找出對(duì)應(yīng)我們學(xué)習(xí)過的靜電場的模型，場源可能是點(diǎn)電荷，也可能是電偶極子，還可能是帶電平板等。打破策略一、在坐標(biāo)系中用電場線或者等勢線來描繪電場知識(shí)準(zhǔn)備：1、等勢線和電場線互相垂直；2、等勢線密的部分電場強(qiáng)度大；   3、電勢沿著電場線電勢越來越低。例1. 其中某部分靜電場的分布如下圖。虛線表示這個(gè)靜電場在xoy平面內(nèi)的一簇等勢線，等勢線形狀相對(duì)于ox軸、oy軸對(duì)稱。等勢線的電勢沿x軸正向增加。且相鄰兩等勢線的電勢差相等。一個(gè)電子經(jīng)過P點(diǎn)其橫坐標(biāo)為-x0時(shí)，速度與ox軸平行。適當(dāng)控制實(shí)驗(yàn)條件，使該電子通過電場區(qū)

3、域時(shí)僅在ox軸上方運(yùn)動(dòng)。在通過電場區(qū)域過程中，該電子沿y方向的分速度vy隨位置坐標(biāo)x變化的示意圖是 題目分析：根據(jù)等勢線與電場線垂直和電勢變化的情況從而畫出經(jīng)過p點(diǎn)的電場線畫時(shí)先在經(jīng)過的等勢線上的點(diǎn)作一小段垂線，再用平滑的曲線連接起來，然后根據(jù)受力情況求出物體在y軸方向的加速度和水平方向的加速度，得出物體在程度方向的速度和豎直方向速度變化情況。這其實(shí)是運(yùn)動(dòng)的合成與分解的問題。解：由于等勢線的電勢沿x軸正向增加，等勢線與電場線垂直，故可做出經(jīng)過P點(diǎn)的電場線如下圖，電子所受的電場力與場強(qiáng)方向相反，故電子受到一個(gè)斜向右下方的電場力，這個(gè)力可以分解為沿x軸正方向的力和沿y軸負(fù)方向的力，所以粒子從-x0

4、開場沿x軸正方向做初速度為v的加速度運(yùn)動(dòng)；沿y軸的負(fù)方向做初速度等于0的加速運(yùn)動(dòng)，所以沿y軸方向的速度方向向下，為負(fù)值，故A、C錯(cuò)誤。電子通過y軸后受到的電場力斜向右上方，故沿y軸負(fù)方向減速運(yùn)動(dòng)；又由于在x軸方向始終加速，故在程度方向通過一樣的位移時(shí)間變短，根據(jù) vy=ayt，故通過一樣的程度位移，豎直方向速度變化量減小，到達(dá)x0時(shí), vy還沒有減小到0。故D正確。二、描繪電場的本質(zhì)的物理量隨間隔 或其他量的變化關(guān)系圖像，場源可能是點(diǎn)電荷，解答該類型題除了要讀懂圖像的意義，還要結(jié)合我們學(xué)習(xí)過靜電場模型，找出圖像與模型的聯(lián)絡(luò)，使困難的的圖像問題豁然開朗。 例2. 空間有一沿x軸對(duì)稱分布的電場，其

5、電場強(qiáng)度E隨x變化的圖象如下圖。以下說法正確的選項(xiàng)是AO點(diǎn)的電勢最低Bx2點(diǎn)的電勢最高Cx1和- x1兩點(diǎn)的電勢相等Dx1和x3兩點(diǎn)的電勢相等分析：解答此題需掌握：電場線的切線方向表示空間該點(diǎn)的場強(qiáng)方向；沿著電場線電勢越來越低；解答： A、B、從圖象可以看出，電場強(qiáng)度的大小和方向都沿x軸對(duì)稱分布，沿著電場強(qiáng)度的方向，電勢一定降低，故根據(jù)其電場強(qiáng)度E隨x變化的圖象容易判斷，O點(diǎn)的電勢最高，故A錯(cuò)誤，B也錯(cuò)誤； C、由于x1和x2兩點(diǎn)關(guān)于y軸對(duì)稱，且電場強(qiáng)度的大小也相等，故從O點(diǎn)到x1和從O點(diǎn)到x2電勢降落相等，故x1和- x1兩點(diǎn)的電勢相等，因此C正確；D、由于沿著電場強(qiáng)度的方向，電勢

6、一定降低，故從O點(diǎn)到x1和從O點(diǎn)到 x3電勢都是一直降落，故x1和x3兩點(diǎn)的電勢不相等，故D錯(cuò)誤；應(yīng)選C。點(diǎn)評(píng)：此題關(guān)鍵抓住沿著電場強(qiáng)度的方向，電勢一定降低；然后結(jié)合圖象得到電場強(qiáng)度的分布情況，再分析電勢變化情況即可。解答：聯(lián)絡(luò)等量正電荷的連線的中垂線的中點(diǎn)兩邊的電場分布，答案立即就出來了，選擇C。例3. 兩帶電量分別為q和-q的點(diǎn)電荷放在x軸上，相距為L，能正確反映兩電荷連線上場強(qiáng)大小E與x關(guān)系的是圖分析：考察電場的疊加。結(jié)合等量異種電荷的電場線分布情況分析，電場線的疏密程度反映場強(qiáng)的大小，電場線的切線方向反映電場強(qiáng)度的方向。解答：由等量異種點(diǎn)電荷的電場強(qiáng)度的關(guān)系可知，在兩電荷連線中點(diǎn)處電場強(qiáng)度最小，但不是零，從兩點(diǎn)電荷向中點(diǎn)電場強(qiáng)度逐漸減小。應(yīng)選A。點(diǎn)評(píng)：此題關(guān)鍵是結(jié)合等量異種電荷的電場線分布情況分析，也可以結(jié)合點(diǎn)電荷的電場強(qiáng)度公式列式求解?？傊?，只要我們結(jié)合題意，讀懂圖像的意義，根據(jù)圖像描繪的內(nèi)容找出對(duì)應(yīng)我們學(xué)習(xí)過的靜電場的模型，再根據(jù)電場強(qiáng)度的定義式和電勢的根本公式或功能關(guān)系來解決這類問題就比較容易。打破反思本節(jié)課內(nèi)容比較復(fù)雜，涉及的知識(shí)點(diǎn)繁雜，對(duì)新學(xué)生的認(rèn)知才能和理解