13.5.电势差 等势面.doc

电势差 电势 等势面一、素质教育目标1通过类比法教学，使学生理解电势差的概念2会计算点电荷在电场力作用下，从电场中一点移动到另一点时电场力所做的功。3知道电场力对电荷做了多少功，电势能就减少多少。二、重点、难点、疑点及解决办法1重点电势差概念，电势能的改变与电场力做功的关系，电功计算。2难点电势差的定义（比值）及“在电场中电场力对电荷做功引起电荷的电势能的减少”的认识。3疑点电势差的定义U=W/q电势能的改变量=电场力做多少功4解决办法首先在学生已有基础上引导学生为什么要提出电势差概念，再采用电场与重力场的类比，用类比法研究电场，给出电势差定义，最后讲电势差的应用电功的计算、电场中的功能关系。让学生明白为什么要学，怎样学，学了有什么用，以此来突破教学的难点。本课教学教师的主导作用尤为重要。三、教学步骤1复习引入通过前一节的学习，我们知道带电体周围有电场（如图1，点电荷+Q形成的电场），且一般来说不同点的电场强弱不同（EaEb）（匀强电场除外），所以同一电荷放入电场中不同点受到的电场力不同（FaFb），如果电荷q在电场力作用下运动，电场力对电荷会做功。这一节课我们将学习与电场力对电荷做功有密切关系的物理量。力对物体做功，功的计算式如何？应用时应注意什么？（学生答，W=Fscos，F应是恒力）电荷在大多数电场中运动时受到的电场力是变力，变力做功一般不能直接用上面公式。那么，我们怎样去求电场力对电荷做的功呢？为此，我们研究电场时就又引入了一个重要的物理量电势差（板书课题）（置疑，为什么要提出电势差？引起学生学习兴趣）。2电势差本课要学习的电势差是电学中一个很重要的物理量，这里讲的电势差就是初中学过的电压（使学生不感到陌生）。但初中电学中没给它下过确切定义。电流做功与哪些因素有关？W=UIt或W=（U2/R）t=I2Rt电流通过导体做功是与电压（电势差）有关。而电流做功，实则是电场力作用下移动电荷做功。由此可见，电势差与电场力做功有关（将两者联系下来为学习电势差做准备），那么，电势差与电场力做功有什么关系？我们先回顾一下，物体在重力作用下，从位置高处向位置低处移动，移动物体过程中重力要做功。而移动电荷电场力也要做功，两者非常类似。我们可以用上节课用过的科学研究方法类比法来加以研究。移动物体重力做功的多少，跟这两处的高度差有关系，质量为m的物体在高度差为h的两位置间（a、b），在由高到低的移动过程中，重力对物体所做的功W正比于高度差h。（如图3）即W=mgh Wh W/m=恒量（gh）恒量与W、m无关。与此相似，电量为q的电荷在电场中两点间移动过程中，电场力对电荷所做的功W正比于两点间“”差U，W/q也是恒量。因q成倍增加，在电场中受的力也成倍增加，W也成倍增加，与W、q无关。即WU W/q=恒量（标在图2旁）反之在重力场中对高度差一定的两位置来说，W/m为恒量（gh）而在电场中，对于电势差一定的两点间来说，W/q也是恒量，电场中的W/q就把它叫做电势差（图2，W/q=U），那么如何定义电势差呢？（让学生讨论、思考、类比归纳）（培养学生归纳能力）（教师归纳）电荷在电场中两点间移动时，电场力所做的功跟它的电量的比值，叫做这两点间电势差。说明两点间电势差等于单位电荷从其中一点移动到另一点电场力所做的功。高度差是由重力场中高、低两位置决定的，与物体质量无关。与其类似，电势差也是由电场中两点位置决定的一个物理量，与电荷电量大小无关。电势差单位伏特，简称伏，符号V，1库电荷从电场中的一点移动到另一点，如果电场力做了1焦的功，那么这两点间的电势差就是1伏。在两点间电势差为U（电势差容易由仪器测出）的电场中，移动电荷q电场力做功为W=qU，可很方便地算出（电势差的应用）。这个公式不管电场如何分布，电场力是变力还是恒力都可用来计算电功。3电势能电场与重力场有许多相似之处，物体在重力场中具有能重力势能，与它相似电荷在电场中也具有能电势能，简称为电能。重力做功引起物体重力势能的减少。重力做多少功，重力势能减少多少，Ep=WG减少的重力势能哪里去啦？减少的重力势能转化为动能或其它形式的能。要求学生用类比法得出电场力做功引起物体电势能的减少，电场力做多少功，电荷的电势能就减少多少。定量关系=W电=qU减少的电势能哪里去啦？引导学生思考、分析、举例、归纳减少的电势能转化成电荷的动能或其它形式的能。如，电灯发光，电场力对电荷做功，电势能（电能）转化为动能、光能、内能。（与本课开头的内容连贯起来、前后呼应）4等势面一般说来，电场中各点的电势不同，但电场中也有许多点的电势相等。我们把电场中电势相等的点构成的面叫等势面。（1）在同一等势面上的任意两点间移动电荷，电场力不做功，因为等势面上各点电势相等，电荷在同一等势面上各点具有相同的电势能，所以在同一等势面上移动电荷电势能不变，即电场力不做功。（2）等势面一定跟电场线垂直，即跟场强的方向垂直。假如不是这样，场强就有一个沿着等势面的分量，这样在等势面上移动电荷时电场力就要做功。但这是不可能的，因为在等势面上各点电势相等，沿着等势面移动电荷时电场力是不做功的。所以场强一定跟等势面垂直。（3）前面已经指出，沿着电场线方向电势越来越低。可见，电场线不但距等势面垂直，而且是由电势较高的等势面指向电势较低的等势面。（4）几种典型场的等势面。（5）处于静电平衡状态的导体是一个等势体，它的表面是一个等势面。因为导体在静电平衡状态时内部场强处处为零，在导体的任意两点间移动电荷时电场力所做的功为零，因此导体内部各点电势相等。四、总结、扩展1电场中两点间电势差，类同于重力场中的两点间的高度差。电势差U=W/q U与W、q无关，与W、q的比值有关。2电势能指电荷在电场中具有的能，类同于重力场中的重力势能。电场力做功，电势能减少，做多少功，电势能减少多少；类同于重力做功，重力势能减少，做多少力功，重力势能减少多少。3课堂练习P11练习三（1）、（2）五、板书设计 电势差 等势面电荷在电场中两点间移动时，电场力所做的功跟它的电量的比值，叫做两点间电势差U=W/q2重力势能 电势能Ep=WG=W电=gU