2019-2020学年高中物理上学期第三周 电势能 电势教学设计.doc

2019-2020学年高中物理上学期第三周 电势能 电势教学设计课题电势能电势课时3考点、知识点电势能电势 电势差学习目标1.知道电场力做功与路径无关2理解电场力做功与电势能变化的关系，理解电势能的概念，认识电势能的相对性3知道电势的定义方法及其定义式、单位4理解电势差与电势、电场力做功之间的关系，同时会应用公式WqU进行相关的计算5知道等势面的定义，知道电场线一定垂直于等势面重、难点1.知道电场力做功与路径无关2理解电场力做功与电势能变化的关系，理解电势能的概念，认识电势能的相对性(重点、难点)3知道电势的定义方法及其定义式、单位(重点)4理解电势差与电势、电场力做功之间的关系，同时会应用公式WqU进行相关的计算(重点)5知道等势面的定义，知道电场线一定垂直于等势面(难点)学习环节和内容学生活动建议教师活动建议调整记录环节一：1公式WqEd，适用于匀强电场2特点静电力移动电荷所做的功，只与始末位置有关，而与电荷的路径无关1电场力对正电荷一定做正功，对负电荷一定做负功()2只有在匀强电场中移动电荷时，电场力做功才与路径无关，此结论在非匀强电场中不成立()3WqEd求电场力的功，适用于任何电场()电场力做功与路径无关，只跟起始位置和终止位置有关，这与前边学过的哪种力做功类似？这种力做功又对应于哪种能量变化？【提示】重力做功重力势能的变化学生课前独立完成改学生导学案，统计学生完成情况环节二：如图141所示，在场强为E的匀强电场中有相距为L的A、B两点，AB连线与电场线的夹角为.图141探讨1：将一电荷量为q的正电荷分别沿路径AB、路径ACB、路径ADB移动该电荷，电场力做功的关系？【提示】相等探讨2：电场力做功的特点？【提示】电场力做功的大小与路径无关，只与始末位置有关电场力做功正负的判断1根据电场力和位移方向的夹角判断，此法常用于匀强电场中恒定电场力做功情况的判断夹角为锐角电场力做正功，夹角为钝角电场力做负功2根据电场力和瞬时速度方向的夹角判断，此法常用于判断曲线运动中变化电场力的做功情况，夹角是锐角时电场力做正功，夹角是钝角时电场力做负功，电场力和瞬时速度方向垂直时电场力不做功学生合作探究完成教师旁观引导学生完成探究过程环节三：1如图142所示，A、B是一条电场线上的两点，一带正电的点电荷沿电场线从A点运动到B点，在这个过程中，关于电场力做功的说法正确的是() 【导学号：33410025】图142A电场力做正功B电场力做负功C电场力不做功D电场力先做正功后做负功【解析】正电荷的受力方向与电场线方向相同，则从A到B电场力做正功，选项A正确【答案】A2如图143所示，在场强为E的水平匀强电场中，一根长为l的绝缘杆，两端分别固定着电荷量为q和q的小球(大小不计)现让绝缘杆绕中点O逆时针转动角，则转动过程中两个带电小球克服电场力做功为多少？图143【解析】电场力对带正电小球做功为W1qE(1cos )电场力对带负电小球做功为W2qE(1cos )转动过程中电场力对两小球做的总功为WW1W2qEl(1cos )，即两个带电小球克服电场力做功为qEl(1cos )【答案】qEl(1cos )在应用公式WqEd计算电场力做的功时，必须满足的条件是：(1)电荷处在匀强电场中.(2)公式WqEd中的d是沿电场线方向上的两点间的距离.课堂训练，加深学生对于知识点的理解，同时学生展示，差改错。教师组织小组合作完成课堂练习，教师旁观记录学生完成情况。并对学生展示内容作最终总结环节一：1定义电荷在静电场中具有势能，这个势能叫做电势能2电势能的变化与电场力做功的关系(1)关系式：WABEpAEpBEpAB(2)电场力对电荷做3若将无穷远处的电势能规定为零，则电荷在电场中某点的电势能的大小就等于将电荷从该点移到无穷远处电场力所做的功，即EpAWA.4在国际单位制中，电势能的单位是焦耳(J)1电势能是相对的，规定不同的零势能点，电荷在电场中某点的电势能不同()2无论正、负电荷，只要电场力做正功，电荷的电势能一定减少()3负电荷顺着电场线的方向移动，电势能减少()怎样才能确定电荷在电场中某点的电势能？【提示】(1)先规定零势能点(2)电荷在某点的电势能，等于把它从该点移动到零势能位置时电场力所做的功学生课前独立完成改学生导学案，统计学生完成情况环节二：我们知道重力做正功时，物体的重力势能减小(如图144甲)，当重力做负功时，物体的重力势能增大(如图乙)甲乙丙图144探讨1：当电场力做正功(或负功)时(如图丙)，其电势能又是怎样变化的呢？【提示】电场力做正功电势能减小，电场力做负功电势能增加探讨2：若仅有电场力做功，其动能如何变化？【提示】动能可能增加，也可能减小1电势能的特点(1)电势能是由电场和电荷共同决定的，属于电荷和电场所共有的，我们习惯上说成电荷的电势能(2)电势能是标量，有正负但没有方向，其正负表示大小(3)电势能是相对的，其大小与选定的参考点有关确定电荷的电势能，首先应确定参考点，也就是零势能点的位置2电势能与重力势能的比较两种势能电势能重力势能定义电场中的电荷具有的势能电势能重力场中的物体具有的势能重力势能系统性电荷和电场物体和地球大小的相对性电荷在某点的电势能等于把电荷从该点移到零势能位置时电场力做的功物体在某点的重力势能等于把物体从该点移到零势能位置时重力做的功变化大小的量度电场力做的功是电势能变化大小的量度，电场力做的功等于电势能的减少量重力做的功是重力势能变化大小的量度，重力做的功等于重力势能的减少量对应力做功的特点做功多少只与始末位置有关，与经过的路径无关，且做的功等于势能的减少量2.带电粒子在电场中运动问题的分析方法(1)根据带电粒子运动轨迹的弯曲方向，判断带电粒子所受电场力的方向(2)把电场线方向、电场力方向与电性相联系进行分析(3)把电场线的疏密和电场力大小、加速度大小相联系进行分析(4)把电场力做的功与能量的变化相联系进行分析3电场线与带电粒子运动轨迹重合的条件(1)电场线是直线(2)带电粒子只受电场力作用，或受其他力，但方向沿电场线所在直线(3)带电粒子初速度为零或初速度方向沿电场线所在的直线学生合作探究完成教师旁观引导学生完成探究过程环节三：3(多选)一个电荷只在电场力作用下从电场中的A点移到B点时，电场力做了5106 J的功，那么()A电荷在B处时将具有5106 J的电势能B电荷在B处将具有5106 J的动能C电荷的电势能减少了5106 JD电荷的动能增加了5106 J【解析】根据电场力做功与电势能变化的关系可知，电场力做正功，电势能减小，选项C正确；根据动能定理，外力(电场力)对物体做的功等于物体动能的变化，电场力对物体做功为5106 J，物体的动能就会增加5106 J，故选项D正确【答案】CD4将带电荷量q11.0108 C的点电荷，从无限远处移到匀强电场中的P点，需克服电场力做功2.0106 J，q1在P点受到的电场力是2.0105 N，方向向右试求： 【导学号：33410026】(1)P点场强的大小和方向；(2)电荷的电势能在移动过程中如何变化？电荷在P点的电势能是多少？【解析】(1)E N/C2 000 N/C，方向向右(2)无穷远处电势能为零，电荷在由无穷远处移到该点过程中电场力做负功，电势能增加，在P点的电势能等于该过程中克服电场力做的功EpWP2.0106 J.【答案】(1)2 000 N/C向右(2)增加2.0106 J课堂训练，加深学生对于知识点的理解，同时学生展示，差改错。教师组织小组合作完成课堂练习，教师旁观记录学生完成情况。并对学生展示内容作最终总结环节一：1电势(1)定义：电荷在电场中某点的电势能与它的电荷量的比值(2)公式和单位：电势的定义公式为，单位是伏特，符号是V.(3)物理意义：电场中某点的电势数值上等于单位正电荷由该点移动到参考点(零电势点)时电场力所做的功(4)特点：电势与检验电荷无关，反映了静电场各点的能的性质2电势差(1)定义：电场中两点间电势的差值叫做电势差，也叫做电压(2)表达式：UABAB或UBABA.UAB与UBA的关系：UABUBA.3电势差与电场力做功的关系知道了电场中两点的电势差，就可以计算在这两点间移动电荷时电场力做的功，而不必考虑电场力的大小和方向以及电荷移动的路径，WABqUAB或UAB.4等势面电场中电势值相等的各点构成的曲面1电势是由电场本身决定的，电场中某点的电势大小也是确定的()2电场中两点间的电势差由电场本身的性质及初末位置决定，与其他因素无关()3电势差UAB等于将电荷q从A点移到B点时电场力所做的功()1电荷位于电场中电势较高的位置时，其电势能一定较大吗？【提示】不一定2电场中两点间电势差的正负是否表示方向？其含义是什么？【提示】电势差是标量，不表示方向，其含义是表示两点间电势的高低若UAB0，表示AB；若UAB0，表示AB.学生课前独立完成改学生导学案，统计学生完成情况环节二：图145是工作人员在测量某地的高度测量时选择不同的测量起点，所测得的高度不一样两地之间存在高度差，与高度类比，在电场中各点存在电势，两点之间存在电势差图145探讨1：电势差的大小由什么来决定？【提示】电势差由电场本身决定探讨2：电势零点变化时，某两点间的电势差随之改变吗？【提示】电势差与零电势点的选取无关探讨3：电势差与电势有哪些不同的特点？【提示】电势可与高度类比，电势差可与高度差类比1.对电势差的四点说明(1)电场中两点间的电势差，由电场本身决定，与在这两点间移动的电荷的电量、电场力做功的大小无关在确定的电场中，即使不放入电荷，任何两点间的电势差也有确定值(2)讲到电势差时，必须明确所指的是哪两点的电势差A、B间的电势差记为UAB，B、A间的电势差记为UBA.(3)电势差为标量，有正、负之分，电势差的正负表示电场中两点间的电势的高低(4)电场中两点间的电势差与电势零点的选取无关2电势和电势差的比较电势电势差U区别定义电势能与电荷量的比值电场力做功与电荷量的比值U决定因素由电场和在电场中的位置决定由电场和场内两点位置决定相对性有，与电势零点的选取有关无，与电势零点的选取无关联系数值关系UABAB，当B0时，UABA单位相同，均是伏特(V)，常用的还有kV、mV等标矢性都是标量，均具有正负物理意义均是描述电场能的性质的物理量3.等势面的特点(1)在等势面内任意两点间移动电荷，电场力不做功(2)在空间中两等势面不相交(3)电场线总是和等势面垂直，且从电势较高的等势面指向电势较低的等势面(4)在电场线密集的地方，等差等势面密集；在电场线稀疏的地方，等差等势面稀疏(5)等势面是为描述电场的性质而假想的面(6)等势面的分布与零电势点的选取无关4几种常见电场的等势面学生合作探究完成教师旁观引导学生完成探究过程环节三：5(多选)下列说法正确的是()A电势差的定义式U，说明两点间的电势差U与电场力做的功W成正比，与移动电荷的电荷量q成反比B两点间的电势差就是将正电荷从一点移到另一点电场力所做的功C将1 C的正电荷从一点移到另一点，电场力做1 J的功，这两点间的电势差为1 VD电荷只在电场力的作用下，由静止开始从一点移到另一点，电场力做的功等于电荷减少的电势能【解析】电势差的大小取决于电场本身，与检验电荷q无关，故A项错误，电势差和电场力做功是两个本质不同的物理概念，故B项错误，选项C、D正确【答案】CD6(多选)位于A、B处的两个带有不等量负电的点电荷在平面内电势分布如图147所示，图中实线表示等势线，则() 【导学号：33410027】图147Aa点和b点的电场强度相同B正电荷从c点移到d点，电场力做正功C负电荷从a点移到c点，电场力做正功D正电荷从e点沿图中虚线移到f点，电势能先减小后增大【解析】a、b两点场强方向不同，A错c点电势低于d点，正电荷从c点移到d点，即正电荷向高电势处移动，电场力做负功，B错a点电势低于c点，从a到c，把负电荷向高电势处移动，电场力做正功，C对从e到f，电势先变低后变高，故沿此方向移动正电荷，电场力先做正功，后做负功，电势能先减小后增大，D对【答案】CD7在电场中把一个带电荷量为6106 C的负电荷从A点移到B点，克服电场力做功3105 J，再将电荷从B移到C点，电场力做功1.2105 J，求(1)A与B、B与C两点间电势差；(2)以B点为零电势点时，A、C两点的电势各为多少？【解析】法一：标量运算(1)UAB V5 V；UBC V2 V.(2)以B为零电势点时，A5 V，C2 V.法二：绝对值运算(1)AB间的电势差U V5 V，因为电场力做负功，说明负电荷是由电势高处向电势低处运动的，所以A点电势比B点电势高BC间的电势差U V2 V，因为电场力做正功，所以负电荷是由电势低处向电势高处运动的，所以B点电势比C点电势低(2)因为A点电势比B点电势高5 V，所以A5 V.由于B点电势比C点电势低2 V，所以C2 V.【答案】(1)5 V2 V(2)5 V2 V(1)公式UAB不能认为UAB与WAB成正比，与q成反比，UAB由电场和A、B两点的位置决定.(2)对电势差，必须明确是哪两点间的电势差，A、B间的电势差记为UAB，而B、A间的电势差记为UBA，UBABA(AB)UAB.课堂训练，加深学生对于知识点的理解，同时学生展示，差改错。教师组织小组合作完成课堂练习，教师旁观记录学生完成情况。并对学生展示内容作最终总结课题匀强电场中电势差与电场强度的关系示波管原理课时3考点、知识点匀强电场中电势差与电场强度的关系 带电粒子在电场中的加速和偏转问题学习目标1.掌握公式UEd的推导过程，理解公式的含义，知道公式的适用条件2理解电场强度的另一种表述，能应用UEd或E解决有关问题3了解示波器的工作原理，体会静电场知识对科学技术的影响4能处理带电粒子在电场中的加速和偏转问题重、难点1.掌握公式UEd的推导过程，理解公式的含义，知道公式的适用条件(难点)2理解电场强度的另一种表述，能应用UEd或E解决有关问题(重点)3能处理带电粒子在电场中的加速和偏转问题(重点、难点)学习环节和内容学生活动建议教师活动建议调整记录环节一：如图151所示，在匀强电场中，电荷q从A点移动到B点图1511电场力做功WAB与UAB的关系为WABqUAB.2由FqE，得WABFdqEd.3对比两种计算结果，得UABEd.4公式UABEd的适用条件是：E是匀强电场，d是沿电场线方向的距离5电场强度的单位：V/m或N/C.6电场强度的大小等于沿场强方向上每单位距离上的电势差，沿电场线的方向电势越来越低1公式UABEd仅适用于匀强电场中的计算，在非匀强电场中不能用来计算()2匀强电场中电场强度在数值上等于沿电场方向上每单位距离上降低的电势()3在匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与两点间距离的乘积()在匀强电场中，能否说电势差U与距离d成正比，电场强度E与距离d成反比？【提示】在匀强电场中，电势差U与距离d成正比，但电场强度E与距离d无关学生课前独立完成改学生导学案，统计学生完成情况环节二：如图152所示，A、B、C是匀强电场中的三点，探讨以下问题：图152探讨1：关系式UEd中，d是AB之间的距离，还是AC之间的距离？【提示】d是沿电场强度方向的距离，故应是AC之间距离探讨2：将电荷沿不同的路径从A点移到B点，怎样计算电场力做的功？【提示】(1)WqEd.(2)WqUAB.1应用UEd解决问题应注意的五点(1)此式只适用于匀强电场，对非匀强电场可定性讨论(2)d是电场中两点在电场方向上的距离(3)由公式E知，在匀强电场中，场强等于沿场强方向每单位长度上的电势差(4)单位“V/m”与“N/C”是相等的(5)公式说明了匀强电场中的电势分布是均匀的2电场强度三个公式的比较公式适用范围说明EF/q任何电场定义式，q为试探电荷EkQ/r2真空中点电荷的电场Q为场源电荷，E表示跟点电荷相距r处的某点的场强EU/d匀强电场沿电场线方向上相距为d的两点间的电势差为U学生合作探究完成教师旁观引导学生完成探究过程环节三：1对公式EUab/d的理解，下列说法正确的是()A此公式适用于计算任何电场中a、b两点间的电势差Ba点和b点间距离越大，则这两点的电势差越大C公式中d是指a点和b点之间的距离D公式中的d是匀强电场中a、b两个等势面间的垂直距离【解析】公式E仅适用于匀强电场，且d为a、b两点距离沿电场线方向的投影，故选D.【答案】D2如图153所示，实线表示电场线，虚线表示等势线，a、b两点的电势分别为a50 V、b20 V，则a、b连线的中点c的电势满足() 【导学号：33410033】图153Ac35 VBc35 VCc35 VD以上答案都不对【解析】由题图可知，这是一个非匀强电场，且EbEa.若此电场为匀强电场，则c35 V，而此电场中EbEc35 V，选项B正确【答案】B3如图154所示，在匀强电场中，一电荷量为q5.01010 C的正电荷，由a点移到b点和由a点移到c点，电场力做的功都是3.0108 J，已知a、b、c三点的连线组成直角三角形，lab20 cm，37.求：图154(1)a、b两点间的电势差(2)匀强电场的电场强度大小(3)电场强度的方向【解析】(1)因为正电荷q从a到b和从a到c，电场力做正功且相等，所以由WqU可得UabUac，b、c两点在同一等势面上，则电场强度方向与ac平行，由a指向c.Uab V60 V.(2)由UEd得E V/m375 V/m.(3)电场强度方向与ac平行，由a指向c.【答案】(1)60 V(2)375 V/m(3)ac在非匀强电场中，怎样应用公式E在非匀强电场中，公式E可用来定性分析问题，由E可以得出结论：在等差等势面中等势面越密的地方场强就越大，如图155甲所示再如图乙所示，a、b、c为一条电场线上的三个点，且距离abbc，由电场线的分布情况可判断UabUbc.课堂训练，加深学生对于知识点的理解，同时学生展示，差改错。教师组织小组合作完成课堂练习，教师旁观记录学生完成情况。并对学生展示内容作最终总结环节一：电子在阴极射线管中运动的三个阶级(如图156所示)1电子在电场中加速由于在阴、阳两极间形成了方向由阳极指向阴极的电场，脱离阴极的电子在电场力作用下加速，设加速电场电压为U1，带电粒子质量为m，带电荷量为q，则根据动能定理可得，带电粒子被加速后获得的速度大小为v .图1562电子在匀强电场中偏转加速后的电子进入了如图157所示的偏转电场图157电子在水平方向上保持初速度v0不变做匀速直线运动在竖直方向上做初速度为零的匀加速运动故电子的运动类似于重力场中物体的平抛运动(1)运动时间为；加速度为；(2)离开电场时的偏移量为y；(3)离开电场时的偏转角为tan .3电子飞出平行金属板后做匀速直线运动1电子枪的作用是产生高速飞行的电子束()2电子在偏转电路中垂直于偏转电场方向始终做匀速直线运动()3若偏转电场很强，电子可以垂直打在极板上()当示波管的偏转电极没有加电压时，电子束将打在荧光屏上什么位置？【提示】偏转电极不加电压，电子束沿直线做匀速直线运动打在荧光屏中心位置，形成一个亮斑学生课前独立完成改学生导学案，统计学生完成情况环节二：示波器在电子技术领域有着广泛的应用，示波管是示波器的核心部件图158探讨：在示波管的荧光屏上的可视图像是怎样形成的？【提示】在YY偏转电极上加一个信号电压，在XX偏转电极上加一个扫描电压，在荧光屏上就会出现按YY偏转电压规律变化的可视图像带电粒子在电场中的运动1带电粒子的重力是否忽略的问题带电粒子可分为两类，一类是基本粒子，如电子、质子、离子等，这些粒子所受的重力非常小，除非有特别说明或明确的暗示，一般不考虑重力，但质量不能忽略；另一类是宏观粒子，如带电小球、带电液滴等，这些带电粒子除非有特别说明或明确的暗示，一般都需要考虑重力2带电粒子在电场中的加速模型带电粒子沿与电场线平行的方向进入匀强电场时，受到的电场力与运动方向在同一直线上，做匀加(减)速直线运动处理这类问题的方法(1)用牛顿第二定律结合运动学公式求解a，v22ad，所以v.(2)由动能定理求解，qUmv2(或qUmv2mv)v3带电粒子在电场中的偏转模型(1)粒子的偏转角已知电荷情况及初速度如图159所示，设带电粒子质量为m，带电荷量为q，以速度v0垂直于电场线方向射入匀强偏转电场，偏转电压为U1，若粒子飞出电场时偏转角为，则tan ，式中vyat.vxv0，代入得：tan 图159小结：动能一定时tan 与q成正比，电荷量相同时tan 与动能成反比已知加速电压U0若不同的带电粒子是从静止经过同一加速电压U0加速后进入偏转电场的，则由动能定理有：qU0mv由式得：tan 小结：粒子的偏转角与粒子的q、m无关，仅取决于加速电场和偏转电场即不同的带电粒子从静止经过同一电场加速后进入同一偏转电场，它们在电场中的偏转角度总是相同的(2)粒子的偏转量yat22作粒子速度的反向延长线，设交于O点，O点与电场边缘的距离为x，则x.小结：粒子从偏转电场中射出时，就像是从极板间的处沿直线射出若不同的带电粒子是从静止经同一加速电压U0加速后进入偏转电场的，则由和，得：y.(3)粒子的偏转角和偏转距离与粒子的q、m无关，仅取决于加速电场和偏转电场不同的带电粒子从静止经过同一电场加速后进入同一偏转电场，它们在电场中的偏转角度和偏转距离总是相同的学生合作探究完成教师旁观引导学生完成探究过程环节三：4如图1510所示，一个带电粒子从粒子源飘入(初速度很小，可忽略不计)电压为U1的加速电场，经加速后从小孔S沿平行金属板A、B的中心线射入，A、B板长为L，相距为d，电压为U2.则带电粒子能从A、B板间飞出，应该满足的条件是() 【导学号：33410034】图1510A.B.C. D.【解析】由平抛运动规律可知：yat2，即，所以应选D.【答案】D5长为L的平行金属板，两板间形成匀强电场，一个带电荷量为q、质量为m的带电粒子，以初速度v0紧贴上极板沿垂直于电场线方向射入匀强电场中，刚好从下极板边缘射出，且射出时速度方向恰好与下极板成30角，如图1511所示，求匀强电场的场强大小和两极板间的距离图1511【解析】设场强为E，极板间距离为d，则dat2()2tan 30由解得：E，dL.【答案】L电子在示波管中加速及偏转问题的处理方法电子在示波管内的运动分三个阶段：第一阶段是电子的发射和加速；第二阶段是电子在偏转电极间做类平抛运动；第三阶段是电子从偏转电极射出后做匀速直线运动打在荧光屏上示波管的结构如图所示设偏转电场的板长为l，板间距离为d，偏转电压为U.(1)电子在加速电场中由动能定理知eU1mv.(2)电子从进入偏转电场之后，在平行极板方向做匀速直线运动，所以从进入电场到离开电场的运动时间t；因只受电场力的作用，加速度a；离开电场时的偏移量yat2.(3)离开电场时的偏转角tan .课堂训练，加深学生对于知识点的理解，同时学生展示，差改错。教师组织小组合作完成课堂练习，教师旁观记录学生完成情况。并对学生展示内容作最终总结