高中物理 选修31 教案.docx

高中物理 选修31 教案.docx

《高中物理 选修31 教案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理 选修31 教案.docx（60页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

高中物理选修31教案

选修3-1

第一章　静电场

2　库仑定律

学习目标

　　1．通过观察演示实验，定性了解电荷之间的作用力大小与电荷量的多少以及电荷之间距离大小的关系；

　　2．了解库仑定律的建立过程和相关的物理学史；

　　3．能说出点电荷的物理意义、理解真空中的库仑定律以及适用条件和电力常量k的物理意义、数值和单位。

　　4．能用库仑定律解决涉及点电荷静电力计算的简单问题。

　　三、学习重点

　　库仑定律及适用条件。

　　四、学习难点

　　库仑定律的实验。

　　五、学习过程

　　回忆：

自然界存在几种电荷？

它们之间的相互作用是怎么样的？

　　提出问题：

既然电荷之间存在相互作用，那么电荷之间相互作用力的大小决定于那些因素呢？

　　下面我们利用科学的研究思想，分定性与定量两个方面来探究一下。

（1）定性研究

　　目标一──通过观察演示实验，定性了解电荷之间的作用力大小与电荷量的多少以及电荷之间距离大小的关系；

　　演示实验：

探究影响电荷间相互作用力的因素。

　　观察实验现象后，请你回答下列问题：

　　1．在带电物体靠近小球过程中，你看到了什么现象？

　　2．细线的偏角增大，说明了什么呢？

　　3．在起电机给物体充电的过程中，你观察到了什么现象？

　　4．得出结论：

①两电荷间的作用力，                                 ；

　　②两电荷间的作用力，                                。

（2）定量研究

　　刚才我们得到的结论是：

                                        。

　　请回忆一下，我们以前有没有遇到过类似的物理情景呢？

　　1．分析问题：

               与电荷间的作用力变化规律具有一定的类似性。

　　2．提出猜想（类比）：

　　猜想公式：

　　3．定量探究三者的关系：

　　库仑当时在探究三者之间的定量关系时，遇到了很多的困难，下面我们了解一下库仑当时的有关情况。

　　①探究F与r的关系

　　问题1：

“电力”非常小，如何解决力的准确测量？

　　用扭丝的转角 间接测量，思想方法：

  放大、转化   。

　　问题2：

如何确定电荷之间的距离呢？

　　把金属球理想成为        ，利用       间接测量距离。

　　思想方法：

          。

　　②探究F与q的关系：

　　问题：

如何确定两球电荷量呢？

　　电荷均分原理：

电荷在两个相同金属球之间      分配。

　　解决了探究思路中的问题，就可以进行具体的实验了，库仑设计了一种非常完美、精巧的扭秤，建立了库仑定律。

　　目标二──了解库仑定律的建立过程和相关的物理学史；

库仑定律的发现过程与启示

　　一、科学家对电力的早期研究

　　二、库仑定律的建立

　　三、平方反比定律的验证和影响

　　目标三──能说出点电荷的物理意义、理解真空中的库仑定律以及适用条件和电力常量k的物理意义、数值和单位。

　　1．库仑定律的内容：

真空中两个静止的        相互作用跟它们所带    的乘积成正比，跟它们之间距离的        成反比，作用力的方向在它们的                     。

　　2．库仑定律表达式：

                    其中k为      ，后来测得

　　3．库仑定律的适用条件：

                                          。

　　4．点电荷：

是一种       ，当带电体的        比起相互作用的距离小很多时，带电体可视为点电荷。

　　5．库仑的实验的研究方法                           。

　　6．在老师的引导下完成课本中例1和例2的学习。

　　目标四──能用库仑定律解决涉及点电荷静电力计算的简单问题

　　1．关于点电荷的下列说法中正确的是（）

　　A．真正的点电荷是不存在的

　　B．点电荷是一种理想模型

　　C．足够小的电荷就是点电荷

　　D．一个带电体能否看成点电荷，不是看它的尺寸大小，而是看它的形状和大小对所研究的问题的影响是否可以忽略不计

　　2．三个相同的金属小球a、b和c，原来c不带电，而a和b带等量异种电荷，相隔一定距离放置，a、b之间的静电力为F。

现将c球分别与a、b接触后拿开，则a、b之间的静电力将变为（   ）

　　A．F/2             B．F/4           C．F/8           D．3F/8

　　3．两个半径为0．3m的金属球，球心相距1．0m放置，当他们都带1．5×10?

5C的正电时，相互作用力为F1，当它们分别带+1．5×10?

5C和?

1．5×10?

5C的电量时，相互作用力为F2，则（  ）

　　A．F1=F2   B．F1＜F2     C．F1＞F2   D．无法判断

　　4．两个相同的金属小球，带电量之比为1∶7，相距为r，两者相互接触后在放回原来的位置上，则它们间的库仑力可能为原来的（   ）

　　A．4/7；       B．3/7；     C．9/7；        D．16/7

　　5．两个带同种电荷的相同金属小球（两球距离远大于小球的直径）所带电量分别为Q1，Q2，现让它们接触后再放回原处，那么它们的相互作用与原来相比（ ）

　　A．可能变大   B．可能变小   C．可能不变   D．以上三种都可能存在。

　　六、小结

　　请你和同学一起小结本节课的内容 

　　七、课后作业

　　教材“问题与练习”3，4，5。

电场强度

二、学习目标

　　1．知道电荷相互作用是通过电场实现的，知道场与实物是物质存在的两种不同形式；

　　2．体会用比值定义物理量的方法，理解电场强度的定义公式、单位、方向；

　　3．能用电场强度概念求点电荷产生电场的电场强度，并能进行有关的计算；

　　4．知道电场强度的叠加原理，并能用这一原理进行简单计算；

　　5．知道电场线的定义和特点，会用电场线描述电场强度的大小和方向，知道几种典型电场的电场线分布。

　　三、学习重点

　　电场强度的概念及其定义式

　　四、学习难点

　　对电场概念的理解、应用电场的叠加原理进行简单的计算

　　五、学习过程

　　学习目标一──知道电荷相互作用是通过电场实现的，知道场与实物是物质存在的两种不同形式；

　　问题1：

两个点电荷间产生作用力，需要直接接触吗？

　　问题2：

电荷间的作用力是通过什么物质传递的？

是超距离作用吗？

　　请你带着问题阅读：

教材第10页《电场》和“科学漫步”栏目《法拉第和场的概念》

　　1．英国物理学家、化学家               首先提出场的概念。

他指出：

电荷的周围存在          ，带电体间的相互作用是通过它们各自产生的        传递的。

电场是一种特殊形态的         ，电场最基本的特征是           ，这也是检验空间是否存在电场的依据之一。

　　2．场是一种“物质”──它和分子、原子组成的实物一样具有能量、质量和动量，电视机、收音机信号的发射与接受就是电磁场在空间的传播；

　　“特殊”──看不见、摸不着；“存在于电荷周围”

　　场的概念：

电场是存在于电荷周围的一种特殊的物质。

场与实物是物质存在的两种不同形式。

　　学习目标二──体会用比值定义物理量的方法，理解电场强度的定义公式、单位、方向；

　　思考：

用什么可以检验空间存在的看不见又摸不着的电场？

　　请你阅读教材第10-11页“电场强度”

　　检验电荷（试探电荷）：

                                           ；

　　场源电荷：

                                                     。

　　和老师一起分析：

如图所示，在场源电荷Q形成的电场中P点，分别放一检验电荷+q，+2q，+3q，分别计算检验电荷所受的电场力大小和F/q的比值。

检验电荷的电荷量

电场力F

F/q               

q

2q

3q

　　①定义：

　　②定义式：

　　③方向：

　　④单位：

　　⑤物理意义：

电场中某点的电场强度数值上等于单位正电荷在那里所受的电场力。

　　活学活用：

　　1．电场中有一点P，下列哪些说法正确的是（ ）

　　A．若放在P点的试探电荷的电量减半，则P点的场强减半；

　　B．若P点没有试探电荷，则P点的场强为零；

　　C．P点的场强越大，则同一电荷在P点受到的电场力越大；

　　D．P点的场强方向为试探电荷在该点的受力方向。

　　2．在与场源电荷Q相距r=30cm的P点，q=4．0×10-9C的负点电荷受到的电场力F=2．0×10-5N，方向指向Q，如图所示。

（1）求P点电场强度的大小和方向。

（2）Q为何种电荷，其电荷量是多少？

　　3．教材“问题与练习”第1题和第5题。

　　学习目标三──能用电场强度概念求点电荷产生电场的电场强度，并能进行有关的计算；

　　1．点电荷是最简单的场源电荷。

设一个点电荷的电荷量为+Q，与之相距为r的A点放一试探电荷，所带电荷量为+q。

请你由库仑定律和场强的定义式推导点电荷场强的表达式。

　　2．决定因素：

　　①大小：

由场源电荷的电荷量Q以及场源电荷到场点之距r“全权”决定，而与检验电荷的电荷量q的大小及其存在与否无关。

　　②方向：

由场源电荷电性决定。

　　3．比较场强定义式和点电荷场强表达式的区别

　　活学活用

　　1．一点电荷Q=2．0×10-8C，在距此点电荷30cm处，该点电荷产生的电场的场强是多少？

　　2．教材“问题与练习”第2题。

　　学习目标四──知道电场强度的叠加原理，并能用这一原理进行简单计算；

　　请你阅读教材12页《电场的叠加》

　　电场强度是矢量，如果有几个点电荷同时存在，它们的电场就互相      ，形成合电场。

这时某点的场强等于各个点电荷      产生的电场强度的     。

　　活学活用

　　1．如图所示，在真空中有两个点电荷Q1＝+3．0x10－８C和Q2＝－3．0x10－8C，它们相距0．1m，A点与两个点电荷的距离r相等，r=0．1m。

求电场中A点场强。

　　2．教材“问题与练习”第7题。

　　学习目标五──知道电场线的定义和特点，会用电场线描述电场强度的大小和方向，知道几种典型电场的电场线分布。

　　请你阅读教材《电场线》

　　1．为了直观的描述电场，英国物理学家　　　　提出了用电场线描述电场的方法。

如果在电场中画出一些曲线，使曲线上每一点的　　方向都跟该点的　　方向一致，这样的曲线就叫做电场线。

电场线是     的，实际并不存在。

电场线从　         出发，终止于　    ；任意两条电场线在电场中不　 　；电场线密集的地方电场强度　  ，电场线稀疏的地方电场强度　     。

　　2．要牢记以下5种常见的电场的电场线：

　　在电场的某一区域内，如果各点的场强　　　　　都相同，这个区域的电场就叫做匀强电场。

匀强电场中的电场线是　     　分布的　　直线。

　　活学活用

电势能和电势

【教材分析】

本节内容为物理选修3－1中第一章静电场中第四节的教学内容，它处在电场强度之后，位于电势差之前，起到承上启下的作用。

它是课程教学中利用物理思维方法较多的一堂课，尤其是用类比的方法达到对新知识的探究，同时让学生就具体的物理知识迁移埋下思维铺垫。

教材从电场对电荷做功的角度出发，推知在匀强电场中电场力做功与移动电荷的路径无关。

进而指出这个结论对非匀强电场也是适用的，并与重力势能类比，说明电荷在电场中也是具有电势能。

电场力做功的过程就是电势能的变化量，而不能决定电荷在电场中某点的电势能的数值，因此有必要规定电势能零点。

对学生能力的提高和对知识的迁移、灵活运用给予了思维上的指导作用。

【教学目标】

1．知识与技能

·理解静电力做功的特点、电势能的概念、电势能与电场力做功的关系。

·理解电势的概念，知道电势是描述电场的能的性质的物理量。

·明确电势能、电势、静电力的功、电势能的关系。

·了解电势与电场线的关系，了解等势面的意义及与电场线的关系。

2．过程与方法

·通过与前面知识的结合，理解电势能与静电力做的功的关系，从而更好的了解电势能和电势的概念。

·培养对知识的类比能力，以及对问题的分析、推理能力。

·通过学生的理论探究，培养学生分析问题、解决问题的能力。

培养学生利用物理语言分析、思考、描述概念和规律的能力。

3．情感、态度与价值观

·尝试运用物理原理和研究方法解决一些与生产、生活相关的实际问题，增强科学探究的价值观。

利用知识类比和迁移激发学生学习兴趣，培养学生灵活运用知识和对科学的求知欲。

·利用等势面图象的对称美，形态美以获得美的享受、美的愉悦，自己画图，在学习知识的同时提高对美的感受力和鉴别力。

·在研究问题时，要培养突出主要矛盾，忽略次要因素的思维方法。

【教学重点和难点】

1．重点

·理解掌握电势能、电势、等势面的概念及意义。

2．难点

·掌握电势能与做功的关系，并能用此解决相关问题。

【教学课时】2课时

【实验器材准备】挂图

【教学方法】理论、类比探究、分析归纳、讨论分析、应用举例、体验探究

【教学过程】

复习前面相关知识。

1．静电力，电场强度概念，指出前面我们从力的性质研究电场，从本节起将从能量的角度研究电场。

2．复习功和能量的关系：

如图所示从静电场中静电力做功使试探电荷获得动能入手，提出问题：

是什么转化为试探电荷的动能？

引入新课。

第四节、电势能和电势

一、静电力做功的特点

让试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中沿几条不同路径从A点运动到B点，我们来计算这几种情况下静电力对电荷所做的功。

W＝F|AB|＝qE|AB|W＝F|AB|cosθ＝qE|AB|W＝W1+W2+W3+……

其中F＝qE|AM|

分析三种情况下的做功的数据结果，结合具体的问题情景，从中找到共同点和不同点，联系前面所学的知识，归纳得出相关的物理知识。

从中发现问题和知识结论。

结论：

静电力做的功只与电荷的起始位置和终点位置有关，与电荷经过的路径无关。

拓展：

该特点对于非匀强电场中也是成立的。

二、电势能

寻找类比点：

力做功只与物体位置有关，而与运动路径无关的事例在物理中有哪些呢？

属于什么能？

（移动物体时重力做的功与路径无关同一物体在地面附近的同一位置才具有确定的重力势能。

）

思考：

静电力做功也与路径无关，是否隶属势能？

我们可以给它一个物理名称吗？

1．电势能：

由于移动电荷时静电力做功与移动的路径无关，电荷在电场中也具有势能，这种势能我们叫做电势能。

电势能用Ep表示。

【思考与讨论】如果做功与路径有关，那能否建立电势能的概念呢？

2．讨论：

静电力做功与电势能变化的关系

通过知识的类比，让学生能从中感受到新知识的得出也可以通过已有获取。

静电力做的功等于电势能的变化。

功是能量变化的量度。

电场力做多少功，电势能就变化多少，在只受电场力作用下，电势能与动能相互转化，而他们总量保持不变。

WAB＝－（EpB－EpA）＝EpA－EP

【思考讨论】对不同的电荷从A运动到B的过程中，电势能的变化情况：

正电荷从A运动到B做正功，即有WAB>0，则EpA>EpB，电势能减少。

●正电荷顺着电场线的方向其电势能逐渐减少。

负电荷从A运动到B做正功，即有WAB<0，则EpA>EpB，电势能增加。

●负电荷顺着电场线的方向其电势能逐渐降低。

对此分析得出：

电势能为系统所有，与重力势能相类似。

3．求电荷在某点处具有的电势能

问题讨论：

在上面讨论的问题中，请分析求出A点的电势能为多少？

学生思考后无法直接求出，不妨就此激励学生，并提出类比方法。

类比分析：

如何求出A点的重力势能呢？

进而联系到电势能的求法。

则EpA＝WAB（以B为电势能零点）

电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移动到零势能位置撕所做的功。

4．零势能面的选择

通常把电荷离场源电荷无限远处的电势能规定为零，或把电荷在大地表面上的电势能规定为零。

拓展：

求电荷在电场中A、B两点具有的电势能高低。

将电荷由A点移动到B点，根据静电力做功情况判断。

若静电力做功为正功，电势能减少，电荷在A点电势能大于在B点的电势能。

反之静电力做负功，电势能增加，电荷在A点电势能小于在B点的电势能

弄清正、负电荷在电场中电势能的不同特点，判断其做功特点再进行判断。

通过对不同内容的拓展，引导学生能通过自己对不同事例的分析，知道对问题考虑的全面性有所了解，同时能正确认识到在分析问题时还应该思考问题的不同侧面，达到对问题的全面解决。

提高思维的深度和发散能力，达到对物理学习全面化的探究要求。

三、电势

我们通过静电力的研究认识了电场强度，现在要通过电势能的研究来认识另一个物理量──电势。

它同样是表征电场性质的重要物理量度。

通过类比可见，若用左图中的Ep/m，或右图中的Ep/q，它们的值是相同的。

如何来表征这个相同的量呢？

让学生很快能想到用比值定义法来定义物理量，对知识活学活用。

上面讨论的是特殊情况，下面我们来讨论一般情况：

（如图）

EpA＝qE场Lcosθ

可见，EpA与q成正比，即电势能跟电荷量的比值EpA/q都是相同的。

对电场中不同位置，由于L与θ可以不同，所以这个比值一般是不同的。

电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值，是由电场中这点的位置决定的，跟试探电荷本身无关。

得出结论后，引导学生类比电场的得来过程，提出新的物理量──电势。

1．定义：

电荷在电场中某一点的电势能与他的电荷量的比值，叫做这一点的电势。

用φ表示。

表达式：

φ＝Ep/q（与试探电荷无关）

2．电势是标量，它只有大小没有方向，但有正负。

3．单位：

伏特（V）1V＝1J/C

物理意义：

电荷量为1C的电荷在该点的电势能是1J，则该点的电势就是1V。

以上结论由学生得出，自己能用所学知识进行简单的描叙，培养相关应用归纳知识的能力。

思索：

如何来判断电势的高低呢？

让学生明白：

根据静电力做功的正负，判断电势能的变化，进而判定电势的高低。

现通过具体情景来进行分析。

4．电场线指向电势降低的方向。

电势顺线降低；顺着电场线方向，电势越来越低。

与电势能相似，我们知道Ep有零势能面，因此电势也具有相对性。

引导学生得出：

应该先规定电场中某处的电势为零，然后才能确定电场中其他各点的电势。

5．零电势位置的规定：

电场中某一点的电势的数值与零电势的选择有关，即电势的数值决定于零电势的选择。

因此电势有正负之分，是由于其零电势的选择决定。

通常以大地或无穷远默认为零。

与零电势能的位置规定是否有相似之处呢？

与知识进行类比，从前面的结论中领会到知识的相通性，能对知识进行类比应用。

【思考与讨论】参看书上的问题进行思考与讨论，然后思考若是q当做负电荷来进行研究，其结果是否一样呢？

四、等势面

在地理课上常用等高线来表示地势的高低。

今天我们学习了电势的知识后，那我们可以用什么来表示电势的高低呢？

学生：

在电场中常用等势面来表示电势的高低。

1．等势面：

电场中电势相同的各点构成的面。

【体验性实践】寻找等势面：

找正点电荷和带电平行金属板中的等势面。

通过体验性实践活动，让学生明白到如何去寻找等势面，达到对后续结论探究创设前置氛围。

观看挂图，从中寻找不同电场中等势面的不同和相同点，进行合理猜想。

2．等势面与电场线的关系

⑴在同一等势面上各点电势相等，所以在同一等势面上移动电荷，静电力不做功。

WAB＝EpA－EPb＝qφA－qφB＝0

讨论：

什么情况下会出现力做功为零的情况？

引导分析得出：

F⊥v

⑵电场线跟等势面一定垂直，即跟电场强度的方向垂直。

引导学生用反证法达到证明的目的，加深对知识点的应用。

而沿着电场线的方向，电势越来越低。

归纳总结可得出：

电场线跟等势面垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面。

若两个相邻的等势面间的电势之差是相等的，则能得到书上图1．4－5的图形。

观看图形或挂图，结合电场线的特点，可得出结论。

⑶等势面越密，电场强度越大。

⑷等势面不相交、不相切。

3．应用等势面：

由等势面描绘电场线

方法：

先测绘出等势面的形状和分布，再根据电场线与等势面的关系，绘出电场线的分布，于是我们就知道电场的情况了。

【体验性实验】测绘两个异种点电荷的静电场分布。

加强体验性实验的教学，让学生形成深刻印象，达到对知识应用能力的提高。

电势差与电场强度的关系

学习目标

　　1．能说出在匀强电场中电势差与电场强度的定量关系，并且能够推导出这个关系式掌握表达两者关系的公式U=Ed；能说出电场强度另一单位“伏特每米”的物理意义；

　　2．会灵活运用关系式U=Ed进行有关计算。

　　二、学习重点

　　场强与电势差关系的理解及应用。

U=Ed及其成立条件。

　　三、学习难点

　　灵活运用关系式U=Ed进行有关的计算。

　　四、自主学习过程

　　任务一：

回忆复习

　　1．电场的两个基本性质是什么？

　　2．关于电势差与电场强度这两个物理量，请你回忆这两个物理概念，并思考它们有哪些不同之处？

　　任务二：

探究电势与电场强度的关系

　　问题1：

电场强度大的地方电势是否一定高？

反之又如何呢？

　　结论：

                                             。

　　问题2：

电场强度为零的点电势一定为零吗？

反之又如何呢？

　　结论：

                                                 。

　　任务三：

探究电势差与电场强度的关系

　　请你阅读教材22页和23页：

　　1．若沿场强方向移动电荷，

　　假设在如图所示的匀强电场E中，有一带电量为＋q的粒子在电场力的作用下由A点移到B点，AB两点间的电势差为UAB，距离为L，AB与电场强度的夹角为θ。

求电场力所做的功。

　　2．若不沿场强方向移动电荷呢？

　　结论：

（1）电势差与电场强度：

在匀强电场中两点间的电势差等于_____________与这两点沿__________方向上距离的乘积。

（2）电场强度与电势差：

在匀强电场中，电场强度的大小等于两点间的_________与两点沿___________方向距离的比值，公式E＝______，单位___________。

也就是说，电场强度在数值上等于沿电场方向每单位距离