高中物理 《電勢與等勢面》教案2 魯科版選修3-1（通用）

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1、第2節(jié)??電勢與等勢面 【教學(xué)目的】 1. 知道電勢的概念，知道什么是等勢面。理解在同一等勢面上移動(dòng)電荷時(shí)電場力不做功 2. 知道電場線跟等勢面垂直，并且由電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面。 3. 知道實(shí)際中常取地球或與地球相連的導(dǎo)體作為電勢的參考位置，認(rèn)為它們的電勢為零。 4. 知道處于靜電平衡的導(dǎo)體是等勢體，導(dǎo)體表面是等勢面。 5. 了解如何用等勢面來形象地描繪電場重點(diǎn)各點(diǎn)電勢的分布情況。 【教學(xué)重點(diǎn)】 掌握電勢這一概念，分清電勢與電勢能的區(qū)別 【教學(xué)難點(diǎn)】 分清電勢與電勢能的區(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）課件——電場中的等勢面

2、 【教學(xué)安排】 【新課導(dǎo)入】 問題導(dǎo)入電勢的概念： 問題1——如圖1所示，將一電量為q=+1×10-5C的正檢驗(yàn)電荷在一個(gè)正點(diǎn)電荷Q形成的電場中，從無窮遠(yuǎn)處B點(diǎn)（即零勢能點(diǎn)）移到靠近場源電荷的A點(diǎn)。如果在此過程中電場力對q所做功為W=-2×10-3J，則A點(diǎn)電勢能為？ ——q在B點(diǎn)時(shí)電勢能為零，將q由B點(diǎn)移至A點(diǎn)，需克服電場力做功，電勢能增加，所以A點(diǎn)電勢能為-W=2×10-3J（即W的絕對值）。 問題2——要是換用q/=2q的檢驗(yàn)電荷，電場不變，則檢驗(yàn)電荷在A點(diǎn)的電勢能為？ ——由于電場不變，所以在任一點(diǎn)上q/所受電場力是原來q的兩倍，但方向不變，所以由A到B電場力仍做負(fù)功，W/

3、=2W=-4×10-3J，在A點(diǎn)具有電勢能為-2W=4×10-3J。 問題3——要是換用q//=-2q的檢驗(yàn)電荷，電場不變，則檢驗(yàn)電荷在A點(diǎn)的電勢能為？ ————任一點(diǎn)上q//所受電場力是原來q的兩倍，但方向相反，所以由A到B電場力仍做正功，W//=-2W=4×10-3J，在A點(diǎn)具有電勢能為-2W=-4×10-3J。 問題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——對于確定的電場來說不同電量的電荷在場中同一點(diǎn)的電勢能不同，可見電勢能與電荷和電場同時(shí)有關(guān)，但電勢能與電量比不變（含符號）——都是200J/C，與檢驗(yàn)電荷無關(guān)。電勢能與電量的比值與檢驗(yàn)電荷無關(guān)，由場唯一決定，

4、是表征場的特性的物理量。我們就把這一比值稱為場中這一點(diǎn)的電勢。 【新課內(nèi)容】 板書：1、電勢：①意義——表征場的能的特性（由場唯一決定，與檢驗(yàn)電荷無關(guān)）的物理量。 ②定義為電勢能與電量的比值。 如果用ф表示電勢，用ε表示電荷q的電勢能，那么ф=ε／q（ε、q、ф均可正可負(fù)，計(jì)算時(shí)帶符號運(yùn)算）。此式只是電勢的定義式，而不是決定式場中某點(diǎn)電勢由場唯一決定。場定了，場中某點(diǎn)電勢就唯一確定了，與放不放檢驗(yàn)電荷，放什么樣的檢驗(yàn)電荷無關(guān)。 板書： ③符號——ф； ④公式——ф=ε／q（ε、q、ф均可正可負(fù)，計(jì)算時(shí)帶符號運(yùn)算；計(jì)算式而非決定式） ⑤單位——伏特，簡稱伏，符號為V（1V=1J/C

5、）； ⑥電勢是標(biāo)量 問題5——那么，電勢的正負(fù)表示什么呢？與電勢能一樣，電勢是相對的，是相對于零勢面來說的，零勢能點(diǎn)即為零電勢點(diǎn)，一般選大地或無限遠(yuǎn)為零勢面。 板書：2、一般選大地或無限遠(yuǎn)為零電勢位置。 所以，電勢的正負(fù)表示該處的電勢是高與零電勢還是低于零電勢。在最近的學(xué)習(xí)中，我們不斷地把電場與重力場類比，下面就請大家思考一下，電勢類似于重力場中的哪個(gè)物理量呢？（——高度） 在剛才的問題中，A點(diǎn)電勢就是+200V，表示它的電勢比B高出200V。 問題6——如圖2所示：將正檢驗(yàn)電荷q從無窮遠(yuǎn)分別移至A，B，C，…各點(diǎn)克服電場力所做功為WA，WB， WC，…且WA＞W(wǎng)B＞W(wǎng)C均為正值，

6、WA／q＞W(wǎng)B／q＞W(wǎng)C／q＞…。即фA＞фB＞фC＞…＞0沿著電場線方向電勢降低。 板書：3、沿電場線方向電勢降低，逆著電場線方向電勢升高。(正電荷沿電場線電勢能減小，負(fù)電荷沿電場線電勢能增加)。 板書：4、正點(diǎn)電荷電場中各點(diǎn)電勢均為正；負(fù)點(diǎn)電荷電場中各點(diǎn)電勢均為負(fù)。 請大家就這一點(diǎn)給出證明?！鐖D2，可證正點(diǎn)電荷的電場電場線由正電荷指向無限遠(yuǎn)，即電勢逐漸降低到零，所以每點(diǎn)電勢都高于零，而由圖3可知負(fù)點(diǎn)電荷電場電勢為負(fù)。 1. 等勢面 正如電場線能直觀地描述電場的場強(qiáng)分布一樣，等勢面能使我們對電場電勢的整體特點(diǎn)有一個(gè)直觀的認(rèn)識。因此，在電場中又引入了這個(gè)概念來幫助我們形象地認(rèn)

7、識電場中各點(diǎn)的電勢分布情況。下面我們就來學(xué)習(xí)有關(guān)“等勢面”的知識。 板書：5、等勢面：電場中電勢相同的各點(diǎn)構(gòu)成的面叫做等勢面。 問題1——請同學(xué)們根據(jù)等勢面的概念想象點(diǎn)電荷形成的電場中等勢面會(huì)是什么形狀。 ——引導(dǎo)學(xué)生思考：首先，電勢為標(biāo)量，所以不用帶箭頭，而且等勢面上電勢都相同，即從無窮遠(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。將等勢面形象地與等高線相類比。 板書：6、電荷沿等勢面移動(dòng)的過程中，電場力始終不做功。 問題2：由電場力做功的定義式：W= q

8、 E·s·cosα，電荷在電場中怎樣移動(dòng)時(shí)，電場力對電荷始終不做功？從而引導(dǎo)學(xué)生得出等勢面與電場線垂直的結(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)電荷形成的電場及兩個(gè)等量異種電荷電場與等量同種電荷電場的等勢面的形狀和特點(diǎn)。請同學(xué)們想象并畫出勻強(qiáng)電場中等勢面的形狀和特點(diǎn) ——根據(jù)歸納情況板書：7、等勢面的性質(zhì)：①電場線跟等勢面處處垂直，并且由電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面。 演示等勢面的FLASH：各種不同電場中的電場線及等勢面形狀的掛圖。 問題3：在各種不同的電場中，我們發(fā)現(xiàn)它們的等勢面有一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是任意兩個(gè)電勢不同的等勢面都沒有相交，那么，請同學(xué)

9、們思考：是不是所有電場中的等勢都符合這個(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)電勢值。 板書：②任意兩個(gè)電勢不等的等勢面不能相交。 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)生通過仔細(xì)觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)：電場線密集的地方等勢面也密集。關(guān)于這一點(diǎn)原因，我們將在下一節(jié)課上討論。 板書：*③電場線密集的地方等勢面也密集，電場線稀疏的地方等勢面也稀疏。 *回顧靜電平衡的導(dǎo)體的電場線分布，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用課堂所學(xué)分析導(dǎo)體周圍的等勢面的形狀，得出靜電平衡的導(dǎo)體是個(gè)等勢體，其表面是等勢面。 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

10、表面）是一個(gè)等勢體，其表面為等勢面。 隨堂鞏固練習(xí)： 1、關(guān)于等勢面的敘述，正確的是： A、在同一等勢面上移動(dòng)電荷時(shí)，一定不受電場力，所以電場力做功為零 。 B、等勢面一定跟電場線垂直，即跟場強(qiáng)的方向垂直。 C、勻強(qiáng)電場的等勢面是垂直電場線的一族平面。 D、點(diǎn)電荷電場的等勢面是以點(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中沿正電荷到負(fù)電荷連線上電勢如何變化，從中點(diǎn)O沿垂直平分線到無限遠(yuǎn)處電勢如何變化?！瑯臃治龅攘客N正電荷的電場中兩電荷連線和垂直平分線上的電勢分布。 通過本題強(qiáng)調(diào)電勢與場強(qiáng)是完全不同的兩個(gè)概念，揭示了電場的力和能的不同特性，因此電勢大的場強(qiáng)不一定大，電勢小的場強(qiáng)也不一定小。又如：勻強(qiáng)電場中場強(qiáng)處處相等，但電勢則是靠近正板的高。 2. 尖端放電——自學(xué)為主，閱讀書P33/3、尖端放電——教師演示用感應(yīng)起電機(jī)進(jìn)行尖端放電實(shí)驗(yàn)。 討論避雷針的引電避雷作用。 【課后作業(yè)】 教材本節(jié)課后練習(xí)2、4；教材全練P17-18 【課后反思】