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1、2022年高中物理 電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系教案 人教版第二冊
一、教學(xué)目標(biāo)
1.定性掌握電勢差與場強(qiáng)的關(guān)系。
2.定量掌握勻強(qiáng)場中電勢差與場強(qiáng)的關(guān)系。
二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)
1.場強(qiáng)方向——電勢降低最快的方向。
2.U=E·d——d為沿場強(qiáng)方向兩點(diǎn)所在等勢面間距離。
三、教學(xué)方法:講授法
四、教 具:投影儀、幻燈片
五、教學(xué)過程:
(一)引入新課
場強(qiáng)是跟電場對電荷的作用力相聯(lián)系的,電勢差是跟電場力移動電荷做功相聯(lián)系的。那么場強(qiáng)與電勢差有什么關(guān)系呢?我們以勻強(qiáng)場為例來研究。
(二)進(jìn)行新課
前面講過,沿著電場線方向,也就是沿著場強(qiáng)的方向,電勢越來越低,從圖中可以看
2、出沿AB、AD、AC方向,電勢都在降低,但沿AB方向距離最短,即降低得最快,而AB方向即為場強(qiáng)方向,可見場強(qiáng)的方向是指向電勢降低最快的方向。
1.場強(qiáng)方向是指向電勢降低最快的方向。
我們再來研究場強(qiáng)和電勢差的數(shù)量關(guān)系。設(shè)AB間距離為d,電勢差為U1,場強(qiáng)為E。把正電荷q從A點(diǎn)移到B時,電場力qE所做的功為W=qEd。利用電勢差和功的關(guān)系,這個功又可求得為W=qU,比較這兩個式子,可得W=qEd=Uq,即U=Ed。這就是說,在勻強(qiáng)電場中,沿場強(qiáng)方向的兩點(diǎn)間的電勢差等于場強(qiáng)和這兩點(diǎn)間距離的乘積。如果不是沿場強(qiáng)方向的呢?例如AD兩點(diǎn)間電勢差仍為U,設(shè)AD間距離s,與AB夾角α,將正電荷從A移動到
3、D,受電場力方向水平向右,與位移夾角α,故電場力做功為W=Eqs cosα,s cosα=d,所以W=Eqs cosα=Eqd。利用電勢差和功的關(guān)系,W=qU,比較這兩個式子可得U=Escosα=Ed。d為AB兩點(diǎn)間距離,也是AB所在等勢面間距離或者可以說是AD兩點(diǎn)間距離s在場強(qiáng)方向的投影。
2.U=Ed。U為兩點(diǎn)間電壓,E為場強(qiáng),d為兩點(diǎn)間距離在場強(qiáng)方向的投影。
3.由U=Ed,得E=U/d,可得場強(qiáng)的另一個單位:V/m。
1伏/米==1牛/庫
所以場強(qiáng)的兩個單位伏/米,牛/庫是相等的。
注意:此公式只適用于勻強(qiáng)場。
(三)例題精講
【例?1 】勻強(qiáng)電場E=200N/C,UAC
4、=5V,AB間距離多少?
UAC=Ed
=m=2.5×m =5×m
【例2】? 勻強(qiáng)電場電場線與AC平行,把10C的負(fù)電荷從A移至B的電場力,做功6×10J, AB長6cm,求:(1)場強(qiáng)方向;(2)設(shè)B處電勢為1V,則A處電勢為多少?(3)場強(qiáng)為多少?電子在A點(diǎn)電勢能為多少?
解? (1)將負(fù)電荷從A移至B,電場力做正功,所以所受電場力方向沿A至C,又因?yàn)槭秦?fù)電荷,場強(qiáng)方向與負(fù)電荷受力方向相反,所以場強(qiáng)方向應(yīng)為C至A方向。
(2)由W=qU
U=W/q=6×10J/10C=6V
即AB兩點(diǎn)間電勢差為6V。
沿電場線方向電勢降低,B點(diǎn)電勢高于A點(diǎn)電勢。U=UB-UA,
5、UB=1V,UA=UB-U,UA=1V-6V=-5V,即A點(diǎn)的電勢-5V。
(3)由B向AC做垂線交于D,D與B在同一等勢面上。
==U=6V,沿場強(qiáng)方向AD兩點(diǎn)間距離為=6×cm=3cm=0.03m
所以E==200V/m。
(4)電子在A點(diǎn)的電勢能E=qU=(-e)×(-5V)=5eV(注:計(jì)算電勢能時要帶號運(yùn)算。)
【例3?】 一個10-5C的電荷從電場外移到電場內(nèi)一點(diǎn)A,外力克服電場力做功0.006J,則A點(diǎn)電勢為多少?如果此電荷從電場外移到電場內(nèi)另一點(diǎn)B時,電場力做功是0.002J,則AB兩點(diǎn)間電勢差UAB為多少?如果有另一個電量是0.2C的負(fù)電荷從A移到B,則電場力做正
6、功還是負(fù)功,大小是多少?
解? (1)正電荷在場外時電勢能、電勢均為零,從場外移至A點(diǎn)電場力做負(fù)功,所以電勢能增加,即在A點(diǎn)正電荷具有的電勢能為正,A點(diǎn)的電勢也為正,又因?yàn)閃=qUA∞,所以UA∞=W/q=0.006J/10-5C=6×102V,U∞=0,UA∞=UA-U∞,UA=6×102V
(2)W=qUAB,UAB=W/q=0.002J/10-5C=2×102V。
(3)將10-5C的正電荷從A移至B時電場力做正功,如果將負(fù)電荷從A移到B,負(fù)電荷所受電場力方向與正電荷所受電場力方向相反,電場力對正電荷做正功,對負(fù)電荷做功為負(fù),大小為W=qUAB=0.2C×2×102V=40J
(四)課堂練習(xí)
見教材133頁練習(xí)六(1)、(2)、(3)題。
(五)布置作業(yè)
133頁練習(xí)六(4)、(5)、題做在作業(yè)本上。
說明:
1.學(xué)習(xí)本節(jié)課學(xué)生易犯的一個錯誤是把電勢高低與場強(qiáng)大小直接聯(lián)系起來,認(rèn)為電場中某點(diǎn)電勢高(低)電場強(qiáng)度就大(?。R虼?,我們在引入課題時要正確強(qiáng)調(diào)討論電勢差和場強(qiáng)的關(guān)系,并且在一開始先指出這兩個概念的不同之處。
2.在引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)關(guān)系的過程中,要注意讓學(xué)生仔細(xì)體會推導(dǎo)思路,物理意義:從力的角度計(jì)算功是W=qEd,從能的角度來計(jì)算是W==qU。
3.要使學(xué)生明確公式U=Ed的使用條件是:勻強(qiáng)電場,且沿著場強(qiáng)方向。