電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系（教學(xué)設(shè)計(jì)）高二物理（人教版2019）

第3節(jié)電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系教學(xué)設(shè)計(jì)備課人學(xué)科物理課題電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系教學(xué)內(nèi)容分析電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度是描述電場(chǎng)性質(zhì)的兩個(gè)重要物理量。電勢(shì)差是描述電場(chǎng)能的性質(zhì)，而電場(chǎng)強(qiáng)度是描述電場(chǎng)力的性質(zhì)。這兩個(gè)物理量雖然是從不同的角度上描述電場(chǎng)的性質(zhì)，但通過(guò)電場(chǎng)力做功對(duì)能量的轉(zhuǎn)化，兩者之間建立起了密切的聯(lián)系。所以在本節(jié)的教學(xué)中，要注意幫助學(xué)生從整體的角度認(rèn)識(shí)電場(chǎng)構(gòu)建起電場(chǎng)的力與能兩個(gè)不同側(cè)面的聯(lián)系。同時(shí)，也幫助學(xué)生對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度的另一種定義方式進(jìn)行理解。學(xué)情分析通過(guò)前一階段的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)初步了解電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)能、電勢(shì)、電勢(shì)差等概念，并掌握了電場(chǎng)力做功的特點(diǎn)，知道了電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能之間的關(guān)系。另一方面，學(xué)生對(duì)這些概念、規(guī)律的認(rèn)知還有待進(jìn)一步深入理解，對(duì)比如等勢(shì)面的特點(diǎn)，學(xué)生知道一些結(jié)論但對(duì)其理論依據(jù)還并不清楚。由此，教師要在教學(xué)中注意發(fā)揮本節(jié)作為電場(chǎng)的力與能的橋梁的作用，讓學(xué)生逐步體會(huì)從整體上把握靜電場(chǎng)的相關(guān)規(guī)律。教學(xué)目標(biāo)1、經(jīng)歷探究勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的定量關(guān)系的過(guò)程，理解關(guān)系式的意義。2、知道電場(chǎng)強(qiáng)度另一個(gè)單位“伏每米”的物理意義。教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：勻強(qiáng)電場(chǎng)中UAB教學(xué)難點(diǎn)：電場(chǎng)強(qiáng)度新的物理意義：電場(chǎng)強(qiáng)度在數(shù)值上等于沿電場(chǎng)方向單位距離上降低的電勢(shì)。教學(xué)過(guò)程教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖新課導(dǎo)入【復(fù)習(xí)】已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的關(guān)于電場(chǎng)的6個(gè)物理量之間的關(guān)系。復(fù)習(xí)并思考。對(duì)前一階段所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行回顧，幫助學(xué)生建立起知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。環(huán)節(jié)一問(wèn)題與思考【提問(wèn)】我們已經(jīng)知道，如果只畫(huà)出帶電體空間分布的電場(chǎng)線和等勢(shì)面的剖面圖，等勢(shì)面就成了等勢(shì)線。圖中每相鄰兩條等勢(shì)線之間的電勢(shì)差是相等的。電場(chǎng)線密的地方等勢(shì)線也密，電場(chǎng)線稀疏的地方等勢(shì)線也稀疏。這是為什么？【提問(wèn)】電場(chǎng)強(qiáng)度大的地方電勢(shì)是否一定高？反之又如何？→結(jié)論1：E大處φ不一定高（低）；φ高處E不一定大（小）?！咎釂?wèn)】電場(chǎng)強(qiáng)度為零的點(diǎn)電勢(shì)一定為零嗎？反之如何呢？取無(wú)窮遠(yuǎn)處為零電勢(shì)點(diǎn)→結(jié)論2：E為零處，φ不一定為零；φ為零處，E不一定為零?！鷪?chǎng)強(qiáng)E與φ無(wú)直接關(guān)系?！咎釂?wèn)】如圖，若沿場(chǎng)強(qiáng)方向移動(dòng)電荷，從力的角度和能量的角度，靜電力做功為多少？→由兩式可得，UAB=EdAB即兩點(diǎn)間的電勢(shì)差等于場(chǎng)強(qiáng)和這兩點(diǎn)間距離的乘積?！咎釂?wèn)】這正確嗎？【提問(wèn)】如圖，若不沿場(chǎng)強(qiáng)方向移動(dòng)電荷，有同樣的結(jié)果嗎？→由兩式可得，UAB=Ed→這就是勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差等于電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系。思考。觀察圖片，分析A、B、C、D兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)，加以比較。→EA>EB，φA>φBEC>ED，φC<φD觀察圖片，分析兩圖中各自O(shè)點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)，加以比較?！蠄DO點(diǎn)：E＝0，φ≠0下圖O點(diǎn)：φ＝0，E≠0思考并計(jì)算：力的角度：Ｗ=Fd=qEdAB能量的角度：Ｗ=qUAB思考。思考并計(jì)算：力的角度：Ｗ=EqLABcosθ能量的角度：Ｗ=qUAB在上一節(jié)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上提出新的問(wèn)題，對(duì)等勢(shì)線的特點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步的討論。在不同的具體情境中提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)關(guān)于電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)的相關(guān)結(jié)論。在勻強(qiáng)電場(chǎng)中沿電場(chǎng)線方向，分析推導(dǎo)得到關(guān)系式UAB=EdAB，為得到電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系進(jìn)行基礎(chǔ)的論證。在勻強(qiáng)電場(chǎng)中與電場(chǎng)線成一定角度的方向，進(jìn)一步論證關(guān)系式UAB=EdAB，并得出結(jié)論。環(huán)節(jié)二電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)差的關(guān)系【講述】在勻強(qiáng)電場(chǎng)中電場(chǎng)強(qiáng)度大小等于兩點(diǎn)間電勢(shì)差與兩點(diǎn)沿電場(chǎng)強(qiáng)度方向距離的比值?！剑篣AB=Ed或E→單位：伏每米（V/m）→換算關(guān)系：1V/m=1N/C【提問(wèn)】電場(chǎng)強(qiáng)度的兩種單位怎樣進(jìn)行換算？【講述】E=→電場(chǎng)強(qiáng)度E的方向是電勢(shì)降低最快的方向?！纠}】如圖，真空中平行金屬板M、N之間的距離d為，有一2×1015kg的帶電粒子位于M板旁，粒子的電荷量為8×1015C，給兩金屬板加200V直流電壓。（1）求帶電粒子所受的靜電力的大小。（2）求帶電粒子從M板由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到達(dá)N板時(shí)的速度。（3）如果兩金屬板距離增大為原來(lái)的2倍，其他條件不變，則上述問(wèn)題（1）（2）的答案又如何？【解析】（1）根據(jù)，可求出電場(chǎng)強(qiáng)度和粒子所受靜電力分別為，而重力大小為靜電力遠(yuǎn)大于重力，所以重力可以忽略不計(jì)。（2）上一問(wèn)已經(jīng)求出電場(chǎng)強(qiáng)度大小，則根據(jù)動(dòng)能定理，有代入數(shù)據(jù)解得故帶電粒子從M板由靜開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到達(dá)N板時(shí)的速度為40m/s。（3）當(dāng)兩金屬板距離增大為原來(lái)的2倍，有，解得，粒子所受靜電力依舊遠(yuǎn)大于重力，重力可忽略不計(jì)，帶電粒子從M板由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到達(dá)N板，有解得，故重力依舊可以忽略不計(jì)，速度仍為40m/s?！咎釂?wèn)】以上的學(xué)習(xí)中有沒(méi)有其他新發(fā)現(xiàn)？理解電場(chǎng)強(qiáng)度的第二種定義方式及公式E=結(jié)合以往的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行推導(dǎo)：結(jié)合推導(dǎo)E=應(yīng)用所學(xué)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行審題、分析、解答。結(jié)合上述例題進(jìn)行思考。在上述分析的基礎(chǔ)上給出電場(chǎng)強(qiáng)度的第二種定義方式，引導(dǎo)學(xué)生從另一個(gè)角度認(rèn)識(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度。通過(guò)單位換算，使學(xué)生了解到電場(chǎng)強(qiáng)度的兩種定義方式的統(tǒng)一性。對(duì)E=通過(guò)例題，幫助學(xué)生在具體情境中應(yīng)用所學(xué)內(nèi)容。環(huán)節(jié)三思考與拓展【提問(wèn)】點(diǎn)電荷周?chē)葎?shì)面分布間距不相等。這是為什么？【提問(wèn)】沿電場(chǎng)線方向任意相等距離上的電勢(shì)差相等。這是為什么？【提問(wèn)】AC連線的中點(diǎn)B的電勢(shì)與A、C兩點(diǎn)的電勢(shì)的關(guān)系是怎樣的？【提問(wèn)】在勻強(qiáng)電場(chǎng)中沿同一方向任意相等距離上的電勢(shì)差相等。這是為什么？→勻強(qiáng)電場(chǎng)中任意兩點(diǎn)連線中點(diǎn)的電勢(shì)等于這兩點(diǎn)電勢(shì)之和的一半。【提問(wèn)】在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，兩條平行線段上相等距離的兩點(diǎn)間的電勢(shì)差相等。這是為什么？→推廣：若AB//CD，則【提問(wèn)】在勻強(qiáng)電場(chǎng)中任意兩點(diǎn)的連線的n等分點(diǎn)也將這兩點(diǎn)間的電勢(shì)差n等分。（幾何等分點(diǎn)也是電勢(shì)差等分點(diǎn)）【提問(wèn)】在勻強(qiáng)電場(chǎng)中沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)隨位置坐標(biāo)均勻降落。如圖，在場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，沿電場(chǎng)線方向建立一直線坐標(biāo)系，O為原點(diǎn)，取O點(diǎn)的電勢(shì)為0，則坐標(biāo)為x處的P電勢(shì)是多大？【提問(wèn)】安全用電中，有一個(gè)涉及“跨步電壓”現(xiàn)象的問(wèn)題，你知道什么是“跨步電壓”嗎？如果遇到地面有漏電，應(yīng)該如何避免“跨步電壓”？→地下電纜漏電、高壓電線斷裂后觸地等情況，都會(huì)在地面上形成以漏電處為圓心的輻射狀電場(chǎng)，沿電場(chǎng)方向任意兩點(diǎn)之間就會(huì)有電勢(shì)差．若有人處在其中，在人沿遠(yuǎn)離漏電處跨步逃離的情況下，兩腳間就有一電壓，即跨步電壓，人就會(huì)觸電．人若不動(dòng)就不會(huì)觸電，若要逃離的話，就要采用袋鼠式走動(dòng)的方式，即用跳躍的方式逃離，就可以避免“跨步電壓”?！咎釂?wèn)】電場(chǎng)強(qiáng)度的三個(gè)表達(dá)式在使用上有何區(qū)別？【隨堂練習(xí)】結(jié)合所學(xué)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分析?！鐖D，WAB=FABlAB=qUABWBC=FBClBC=qUBC∵FAB<FBCUAB=UBC∴l(xiāng)AB>lBC結(jié)合所學(xué)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分析?！鐖D，WAB=FABlAB=qUABWBC=FBClBC=qUBCFAB=FBC∴UAB=UBC→結(jié)合所學(xué)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分析。結(jié)合所學(xué)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分析。→AB//CDAB=CD=L∴UAB=UCD結(jié)合所學(xué)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分析。→如圖所示，AB為勻強(qiáng)電場(chǎng)中的兩點(diǎn)，如果O1、O2、O3…On為AB連線的n等分點(diǎn)，那么O1、O2、O3…On也是是A、B間電勢(shì)差的n等分點(diǎn)。結(jié)合所學(xué)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分析。→設(shè)坐標(biāo)為x的P點(diǎn)電勢(shì)為φP，→φOP＝－Ex→UOP＝φO－φP＝E(x－0)→在φx圖象中，斜率大小表示場(chǎng)強(qiáng)大小。在教師引導(dǎo)下進(jìn)行思考、回答。思考并完成表格。練習(xí)鞏固本節(jié)知識(shí)點(diǎn)。在上述分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步設(shè)置情景，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)于電勢(shì)差的一些結(jié)論，幫助學(xué)生更深入地認(rèn)識(shí)電勢(shì)差概念，同時(shí)也能在相關(guān)習(xí)題中幫助學(xué)生更快地獲得思路。結(jié)合圖像加以分析，從另一個(gè)角度幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)電場(chǎng)中電勢(shì)的變化規(guī)律。從新學(xué)到知識(shí)解釋生活中的現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)以致用，練習(xí)靈活運(yùn)用課內(nèi)的知識(shí)。對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度的三個(gè)公式進(jìn)行適時(shí)的小結(jié)，幫助學(xué)生在處理實(shí)際問(wèn)題是更好地選擇適當(dāng)?shù)墓?。課堂總結(jié)一、電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)的關(guān)系：1、E大處φ不一定高（低）；φ高處E不一定大（小）。2、E為零處，φ不一定為零；φ為零處，E不一定為零。→場(chǎng)強(qiáng)E與φ無(wú)直接關(guān)系。二、電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)差的關(guān)系：1、UAB=Ed或E2、電場(chǎng)強(qiáng)度的第二個(gè)定義：在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，電場(chǎng)強(qiáng)度大小等于兩點(diǎn)間電勢(shì)差與兩點(diǎn)沿電場(chǎng)強(qiáng)度方向距離的比值?！鷨挝唬悍棵祝╒/m），1V/m=1N/C→場(chǎng)強(qiáng)在數(shù)值上等于沿場(chǎng)強(qiáng)方向每單位距離上的電勢(shì)差?！妶?chǎng)強(qiáng)度E的方向是電勢(shì)降低最快的方向。三、其他結(jié)論：1、點(diǎn)電荷周?chē)葎?shì)面分布間距不相等。2、沿電場(chǎng)線方向任意相等距離上的電勢(shì)差相等。3、在勻強(qiáng)電場(chǎng)中沿同一方向任意相等距離上的電勢(shì)差相等。4、在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，兩條平行線段上相等距離的兩點(diǎn)間的電勢(shì)差相等?！趧驈?qiáng)電場(chǎng)中任意兩點(diǎn)的連線的n等分點(diǎn)也將這兩點(diǎn)間的電勢(shì)差n等分。（幾何等分點(diǎn)也是電勢(shì)差等分點(diǎn)）5、在勻強(qiáng)電場(chǎng)中沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)隨位置坐標(biāo)均勻降落。板書(shū)設(shè)計(jì)§10.3電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系1、場(chǎng)