魯科版選修3－1 2.2 電勢(shì)與等勢(shì)面 教案.doc

第二節(jié)電勢(shì)與等勢(shì)面 教案【教學(xué)目的】1. 知道電勢(shì)的概念，知道什么是等勢(shì)面。理解在同一等勢(shì)面上移動(dòng)電荷時(shí)電場(chǎng)力不做功2. 知道電場(chǎng)線跟等勢(shì)面垂直，并且由電勢(shì)高的等勢(shì)面指向電勢(shì)低的等勢(shì)面。3. 知道實(shí)際中常取地球或與地球相連的導(dǎo)體作為電勢(shì)的參考位置，認(rèn)為它們的電勢(shì)為零。4. 知道處于靜電平衡的導(dǎo)體是等勢(shì)體，導(dǎo)體表面是等勢(shì)面。5. 了解如何用等勢(shì)面來(lái)形象地描繪電場(chǎng)重點(diǎn)各點(diǎn)電勢(shì)的分布情況。【教學(xué)重點(diǎn)】掌握電勢(shì)這一概念，分清電勢(shì)與電勢(shì)能的區(qū)別【教學(xué)難點(diǎn)】分清電勢(shì)與電勢(shì)能的區(qū)別【教學(xué)媒體】實(shí)驗(yàn)人造閃電（感應(yīng)起電機(jī)/蠟燭/鐵架臺(tái)）課件電場(chǎng)中的等勢(shì)面【教學(xué)安排】【新課導(dǎo)入】問(wèn)題導(dǎo)入電勢(shì)的概念：?jiǎn)栴}1如圖1所示，將一電量為q=+110-5c的正檢驗(yàn)電荷在一個(gè)正點(diǎn)電荷q形成的電場(chǎng)中，從無(wú)窮遠(yuǎn)處b點(diǎn)（即零勢(shì)能點(diǎn)）移到靠近場(chǎng)源電荷的a點(diǎn)。如果在此過(guò)程中電場(chǎng)力對(duì)q所做功為w=-210-3j，則a點(diǎn)電勢(shì)能為？q在b點(diǎn)時(shí)電勢(shì)能為零，將q由b點(diǎn)移至a點(diǎn)，需克服電場(chǎng)力做功，電勢(shì)能增加，所以a點(diǎn)電勢(shì)能為-w=210-3j（即w的絕對(duì)值）。問(wèn)題2要是換用q/=2q的檢驗(yàn)電荷，電場(chǎng)不變，則檢驗(yàn)電荷在a點(diǎn)的電勢(shì)能為？由于電場(chǎng)不變，所以在任一點(diǎn)上q/所受電場(chǎng)力是原來(lái)q的兩倍，但方向不變，所以由a到b電場(chǎng)力仍做負(fù)功，w/=2w=-410-3j，在a點(diǎn)具有電勢(shì)能為-2w=410-3j。問(wèn)題3要是換用q/=-2q的檢驗(yàn)電荷，電場(chǎng)不變，則檢驗(yàn)電荷在a點(diǎn)的電勢(shì)能為？任一點(diǎn)上q/所受電場(chǎng)力是原來(lái)q的兩倍，但方向相反，所以由a到b電場(chǎng)力仍做正功，w/=-2w=410-3j，在a點(diǎn)具有電勢(shì)能為-2w=-410-3j。問(wèn)題4從上述這些結(jié)果大家有什么發(fā)現(xiàn)嗎？學(xué)生討論，得出結(jié)論對(duì)于確定的電場(chǎng)來(lái)說(shuō)不同電量的電荷在場(chǎng)中同一點(diǎn)的電勢(shì)能不同，可見電勢(shì)能與電荷和電場(chǎng)同時(shí)有關(guān)，但電勢(shì)能與電量比不變（含符號(hào)）都是200j/c，與檢驗(yàn)電荷無(wú)關(guān)。電勢(shì)能與電量的比值與檢驗(yàn)電荷無(wú)關(guān)，由場(chǎng)唯一決定，是表征場(chǎng)的特性的物理量。我們就把這一比值稱為場(chǎng)中這一點(diǎn)的電勢(shì)?！拘抡n內(nèi)容】板書：1、電勢(shì)：意義表征場(chǎng)的能的特性（由場(chǎng)唯一決定，與檢驗(yàn)電荷無(wú)關(guān)）的物理量。定義為電勢(shì)能與電量的比值。如果用表示電勢(shì)，用表示電荷q的電勢(shì)能，那么=q（、q、均可正可負(fù)，計(jì)算時(shí)帶符號(hào)運(yùn)算）。此式只是電勢(shì)的定義式，而不是決定式場(chǎng)中某點(diǎn)電勢(shì)由場(chǎng)唯一決定。場(chǎng)定了，場(chǎng)中某點(diǎn)電勢(shì)就唯一確定了，與放不放檢驗(yàn)電荷，放什么樣的檢驗(yàn)電荷無(wú)關(guān)。板書： 符號(hào)； 公式=q（、q、均可正可負(fù)，計(jì)算時(shí)帶符號(hào)運(yùn)算；計(jì)算式而非決定式） 單位伏特，簡(jiǎn)稱伏，符號(hào)為v（1v=1j/c）；電勢(shì)是標(biāo)量問(wèn)題5那么，電勢(shì)的正負(fù)表示什么呢？與電勢(shì)能一樣，電勢(shì)是相對(duì)的，是相對(duì)于零勢(shì)面來(lái)說(shuō)的，零勢(shì)能點(diǎn)即為零電勢(shì)點(diǎn)，一般選大地或無(wú)限遠(yuǎn)為零勢(shì)面。板書：2、一般選大地或無(wú)限遠(yuǎn)為零電勢(shì)位置。所以，電勢(shì)的正負(fù)表示該處的電勢(shì)是高與零電勢(shì)還是低于零電勢(shì)。在最近的學(xué)習(xí)中，我們不斷地把電場(chǎng)與重力場(chǎng)類比，下面就請(qǐng)大家思考一下，電勢(shì)類似于重力場(chǎng)中的哪個(gè)物理量呢？（高度）在剛才的問(wèn)題中，a點(diǎn)電勢(shì)就是+200v，表示它的電勢(shì)比b高出200v。問(wèn)題6如圖2所示：將正檢驗(yàn)電荷q從無(wú)窮遠(yuǎn)分別移至a，b，c，各點(diǎn)克服電場(chǎng)力所做功為wa，wb， wc，且wawbwc均為正值，waqwbqwcq。即abc0沿著電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低。板書：3、沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低，逆著電場(chǎng)線方向電勢(shì)升高。(正電荷沿電場(chǎng)線電勢(shì)能減小，負(fù)電荷沿電場(chǎng)線電勢(shì)能增加)。板書：4、正點(diǎn)電荷電場(chǎng)中各點(diǎn)電勢(shì)均為正；負(fù)點(diǎn)電荷電場(chǎng)中各點(diǎn)電勢(shì)均為負(fù)。請(qǐng)大家就這一點(diǎn)給出證明。如圖2，可證正點(diǎn)電荷的電場(chǎng)電場(chǎng)線由正電荷指向無(wú)限遠(yuǎn)，即電勢(shì)逐漸降低到零，所以每點(diǎn)電勢(shì)都高于零，而由圖3可知負(fù)點(diǎn)電荷電場(chǎng)電勢(shì)為負(fù)。1. 等勢(shì)面正如電場(chǎng)線能直觀地描述電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)分布一樣，等勢(shì)面能使我們對(duì)電場(chǎng)電勢(shì)的整體特點(diǎn)有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)。因此，在電場(chǎng)中又引入了這個(gè)概念來(lái)幫助我們形象地認(rèn)識(shí)電場(chǎng)中各點(diǎn)的電勢(shì)分布情況。下面我們就來(lái)學(xué)習(xí)有關(guān)“等勢(shì)面”的知識(shí)。板書：5、等勢(shì)面：電場(chǎng)中電勢(shì)相同的各點(diǎn)構(gòu)成的面叫做等勢(shì)面。問(wèn)題1請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)等勢(shì)面的概念想象點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)中等勢(shì)面會(huì)是什么形狀。引導(dǎo)學(xué)生思考：首先，電勢(shì)為標(biāo)量，所以不用帶箭頭，而且等勢(shì)面上電勢(shì)都相同，即從無(wú)窮遠(yuǎn)往點(diǎn)電荷處搬運(yùn)電荷做功都相同的點(diǎn)，也就是在這些點(diǎn)之間搬運(yùn)電荷電場(chǎng)力不做功，所以應(yīng)分布在以點(diǎn)電荷為球心的同心球面上。引導(dǎo)學(xué)生共同觀察課本上p32/圖2-10和圖2-11。將等勢(shì)面形象地與等高線相類比。板書：6、電荷沿等勢(shì)面移動(dòng)的過(guò)程中，電場(chǎng)力始終不做功。問(wèn)題2：由電場(chǎng)力做功的定義式：w= q escos，電荷在電場(chǎng)中怎樣移動(dòng)時(shí)，電場(chǎng)力對(duì)電荷始終不做功？從而引導(dǎo)學(xué)生得出等勢(shì)面與電場(chǎng)線垂直的結(jié)論。在此基礎(chǔ)上，與同學(xué)們共同觀察課本p32/2-9、圖2-12，得出點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)及兩個(gè)等量異種電荷電場(chǎng)與等量同種電荷電場(chǎng)的等勢(shì)面的形狀和特點(diǎn)。請(qǐng)同學(xué)們想象并畫出勻強(qiáng)電場(chǎng)中等勢(shì)面的形狀和特點(diǎn)根據(jù)歸納情況板書：7、等勢(shì)面的性質(zhì)：電場(chǎng)線跟等勢(shì)面處處垂直，并且由電勢(shì)高的等勢(shì)面指向電勢(shì)低的等勢(shì)面。演示等勢(shì)面的flash：各種不同電場(chǎng)中的電場(chǎng)線及等勢(shì)面形狀的掛圖。問(wèn)題3：在各種不同的電場(chǎng)中，我們發(fā)現(xiàn)它們的等勢(shì)面有一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是任意兩個(gè)電勢(shì)不同的等勢(shì)面都沒有相交，那么，請(qǐng)同學(xué)們思考：是不是所有電場(chǎng)中的等勢(shì)都符合這個(gè)特點(diǎn)呢？在引導(dǎo)同學(xué)們得出肯定的答案，否則的話，交點(diǎn)處會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)電勢(shì)值。板書：任意兩個(gè)電勢(shì)不等的等勢(shì)面不能相交。就這一點(diǎn)，大家也可以將等高線進(jìn)行類比，同一點(diǎn)不會(huì)同時(shí)具有兩個(gè)高度。*可能有部分學(xué)生通過(guò)仔細(xì)觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)：電場(chǎng)線密集的地方等勢(shì)面也密集。關(guān)于這一點(diǎn)原因，我們將在下一節(jié)課上討論。板書：*電場(chǎng)線密集的地方等勢(shì)面也密集，電場(chǎng)線稀疏的地方等勢(shì)面也稀疏。*回顧靜電平衡的導(dǎo)體的電場(chǎng)線分布，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用課堂所學(xué)分析導(dǎo)體周圍的等勢(shì)面的形狀，得出靜電平衡的導(dǎo)體是個(gè)等勢(shì)體，其表面是等勢(shì)面。板書：*8、處于靜電平衡的導(dǎo)體的特點(diǎn)整個(gè)導(dǎo)體（包括表面）是一個(gè)等勢(shì)體，其表面為等勢(shì)面。隨堂鞏固練習(xí)：1、關(guān)于等勢(shì)面的敘述，正確的是：a、在同一等勢(shì)面上移動(dòng)電荷時(shí)，一定不受電場(chǎng)力，所以電場(chǎng)力做功為零 。b、等勢(shì)面一定跟電場(chǎng)線垂直，即跟場(chǎng)強(qiáng)的方向垂直。c、勻強(qiáng)電場(chǎng)的等勢(shì)面是垂直電場(chǎng)線的一族平面。d、點(diǎn)電荷電場(chǎng)的等勢(shì)面是以點(diǎn)電荷為球心的一族平面。2、如右圖所示：試分析等量異種電荷電場(chǎng)中沿正電荷到負(fù)電荷連線上電勢(shì)如何變化，從中點(diǎn)o沿垂直平分線到無(wú)限遠(yuǎn)處電勢(shì)如何變化。同樣分析等量同種正電荷的電場(chǎng)中兩電荷連線和垂直平分線上的電勢(shì)分布。通過(guò)本題強(qiáng)調(diào)電勢(shì)與場(chǎng)強(qiáng)是完全不同的兩個(gè)概念，揭