最新人教版高中物理选修31第一章《电势差与电场强度的关系》教学设计.docx

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最新人教版高中物理选修31第一章《电势差与电场强度的关系》教学设计

教学设计

6　电势差与电场强度的关系

本节分析

电场强度和电势差都是描述电场性质的物理量，两者从不同角度对电场性质进行描述．虽然前者是矢量，后者是标量，但通过静电力做功在两者之间建立了联系．对于一般的电场，学生只要定性了解电势差与电场强度的关系就可以了．对于匀强电场，要求了解它们的定量关系式，即在匀强电场中推导出电场强度与电势差之间的关系式，并通过公式变形，用比值的方法指出电场强度在数值上等于沿电场方向每单位距离上降低的电势．

学情分析

学生前面已经学过了电场强度、电场力、电势差以及电场力所做的功，两种求电场力的功的方法学生也相对比较熟悉，本节主要是对公式UAB＝Ed的使用条件以及应用进行探究．本节通过分析推理得出匀强电场的电势差与电场强度之间的关系，在教学中重视启发学生联想，分析物理量之间的关系，要使学生不仅知道结论，并会推导得出结论，在一定的条件下正确应用结论．

教学目标

　知识与技能

（1）理解匀强电场中电势差与电场强度的定性、定量关系．对于公式U＝Ed要知道推导过程．

（2）能够熟练应用U＝Ed解决有关问题．

（3）知道电场强度另一个单位“V/m”的物理意义．

　过程与方法

通过对匀强电场中电势差和电场强度的定性、定量关系的学习，培养学生分析、解决问题的能力．

　情感、态度与价值观

（1）从不同角度认识电场、分析寻找物理量之间的内在联系，培养学生对科学的探究精神．

（2）体会自然科学探究中的逻辑美．

教学重难点

　重点：

匀强电场中电势差与电场强度的关系．

　难点：

公式U＝Ed在实际问题中的应用．

教学方法

类比法、推导公式法、讨论法．

教学准备

多媒体．

教学设计

（一）（设计者：

杨家峰）

教学过程设计

主要教学过程

教学设计

教师活动

学生活动

一、引入新课

【问题引入】

电场强度是与电场对电荷的作用力相联系的，电势差是与电场力移动电荷做功相联系的．那么电场强度与电势差有什么关系呢？

（设计意图：

以思维导图的形式复习前面学过的知识，很自然地引入本节内容的学习，有利于培养学生的探究精神，同时有助于学生知识体系的建立．）

积极思考，主动尝试探究.

二、新课教学

（一）匀强电场中电势差与电场强度的关系推导

【自主探究】

如图所示，在匀强电场E中，正电荷q在电场力作用下从A点沿电场方向移动到B点，已知A、B两点之间的距离为d，分析电势差UAB与电场强度E之间有什么关系？

（1）电荷q从匀强电场中的A点移动到B点，A、B两点的电势差为UAB，静电力做的功W为多少？

（依据电场力做功与电势差的关系式）

W＝qUAB

（2）匀强电场的电场强度为E，电荷q从A点移动到B点，静电力做的功W为多少？

（依据功的计算式）

q所受的静电力是F＝qE

因为匀强电场中电场强度E处处相等，所以电荷q所受的静电力F是一个恒力，静电力做的功W为W＝Fd＝qEd

（3）比较功的两个计算结果，可以得到UAB＝Ed

【归纳总结】

匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点沿电场方向的距离的乘积.

【思考讨论】

上面讨论中A、B两点位于同一条电场线上．如果它们不在同一条电场线上，还能得出以上结论吗？

如图所示，设A、D两点间电势差仍为U，A、D间距离为s，与AB夹角α，将正电荷从A移动到D.

利用电势差和功的关系，得W＝qU

利用功的计算式，得W＝Eqscosα＝Eqd＝qU

【归纳总结】

比较以上两个式子可得U＝Escosα＝Ed.d为AB两点间距离，也是AB所在等势面间距离或者可以说是AD两点间距离s在电场强度方向的投影.

小结：

1.公式U＝Ed适用于匀强电场，在非匀强电场中可以定性地判定两点间电势差的大小.

2.公式U＝Ed中的d为匀强电场中两点沿电场线方向的距离.

3.电场强度与电势差的关系也可以写作E＝

.

它的意义是在匀强电场中，电场强度的大小等于两点间的电势差与两点沿电场强度方向距离的比值．也就是说，电场强度在数值上等于沿电场方向每单位距离上降低的电势.

【思考讨论】

由上式可以得到电场强度的另一个单位：

伏[特]每米（V/m），这个单位与前面学过的单位牛[顿]每库[仑]（N/C）相同．请证明这一点.

1伏/米＝

＝

＝1牛/库

【巩固练习】

如图所示，在匀强电场中的M、N两点距离为2cm，两点间的电势差为5V，M、N连线与电场强度方向成60°，则此电场的电场强度多大？

（设计意图：

把学生有能力解决的问题放手交给学生去解决，可以使学生加深对知识的理解，而不是死记硬背，同时可以激发学生的探究意识，也可以让学生体验到成功的快乐．）

【归纳总结】

与电场强度相关的公式间的区别与联系

物理意义

引入过程

适用范围

E＝

是电场强度的定义式

F∝q，E与F，q无关，是反映某点电场强度的性质

任何电场

E＝k

是真空中点电荷电场强度的决定式

由E＝

和库仑定律共同导出

点电荷形成的电场

E＝

是匀强电场中电场强度的决定式

由F＝qE和W＝qU导出

匀强电场

学生根据问题设计，独立推导.

学生充分进行讨论，参考解决上面问题的方法得出结论.

学生思考整理.

学生自主完成推导过程.

学生在学案上自主总结完成.

（二）电场强度与电势的关系

【思考与讨论】

一电荷分别沿AB、AD两个方向运动，哪个电势降落得快？

【结论】

电场强度的方向是电势降落最快的方向.

【合作探究】

【问题1】根据如图所示，分析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】根据如图所示，分析电场强度为零的点电势一定为零吗？

反之又如何呢？

结论：

____________________.

说明：

电场强度与电势无直接关系

（设计意图：

学生容易把电场强度、电势、电势差的概念弄混，所以在设计上加入了以上内容进行辨析．）

学生思考并讨论，得出结论.

学生充分讨论，探究电势与电场强度的关系.

三、课堂小结

回顾本节“你学到了什么？

”

梳理本节知识要点.

四、课后作业

教材问题与练习1～3.

课后完成.

板书设计

6　电势差与电场强度的关系

匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点沿电场方向的距离的乘积．

UAB＝Ed

1．公式适用于匀强电场．

2．d为匀强电场中两点沿电场线方向的距离．

3．变式：

E＝

.

4．单位：

1V/m＝1N/C.

教学反思

尽管本节的内容不多，但却有着较为特殊、较为重要的地位：

教材在引入电场强度描述电场的力的特性以及引入电势描述电场的能的特性后，又建立起电势差与电场强度间的关系，并以此关系构建电场的“力”与“能”这两个侧面间的联系，从而帮助学生整体地认识电场．对于本节的教学，通常情况下会把相关的教学内容与相应的教学活动做这样的处理：

首先利用在匀强电场中移动电荷时电场力做功的两种计算方法，建立起电势差与电场强度间的关系；然后再利用所建立起来的关系解决相关的问题，以达到帮助学生确认与理解上述关系的目的．学习本节学生易犯的一个错误是把电势高低与电场强度大小直接联系起来，认为电场中某点电势高（低）电场强度就大（小）．因此，我们在引入课题时要正确强调讨论电势差和电场强度的关系，并且在一开始先指出这两个概念的不同之处．在引导学生推导关系的过程中，要注意让学生仔细体会推导思路，及各物理量的物理意义：

从力的角度计算功是W＝qEd，从能的角度来计算是W＝qU.要使学生明确公式U＝Ed的使用条件：

匀强电场，且沿着电场强度方向．

教学设计

（二）（设计者：

高登营）

教学过程设计

主要教学过程

教学设计

教师活动

学生活动

一、引入新课

【自主复习】

电场强度：

放入电场中某点的电荷所受的静电力F跟它的电荷量q的比值，叫做该点的电场强度.

电势差的概念：

电场中两点间电势的差值叫做电势差.

电场力做功的求法：

（1）W＝F电s　

（2）WAB＝qUAB

【问题导入】

提出问题：

既然电场强度E、电势差U都可以描述电场，那么两者之间有何关系？

导入本节新课.

通过学生对前面知识的回顾，导入本节新课，并为后序课程作铺垫.

二、新课教学

【问题设计1】

匀强电场中电势差与电场强度的关系.

（1）如图所示，电荷q从匀强电场中的A点移动到B点，A、B两点的电势差为UAB，求静电力做的功W为多少？

（2）如图所示，匀强电场的电场强度为E，电荷q从A点移动到B点，求静电力做的功W为多少？

结论：

比较功的两个计算结果，可以得到UAB＝Ed.

【要点提炼】匀强电场中两点间的____________等于电场强度与这两点沿__________方向的距离的乘积.

【问题设计2】思考与讨论：

上面讨论中A、B两点位于同一条电场线上．如果它们不在同一条电场线上，如图所示，还能得出以上结论吗？

【要点提炼】电场强度与电势差的关系也可以写作________.

意义：

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．也就是说，电场强度在数值上等于沿电场方向每单位距离上降低的电势.

由上式可以得到电场强度的另一个单位：

伏[特]每米（V/m），这个单位与前面学过的单位牛[顿]每库[仑]（N/C）相同.

【例题】某电场的电场线和等势面如图中的实线和虚线所示，过a、b两点等势面的电势分别是φA＝50V，φb＝20V，那么a、b连线中点c的电势φC为（　　）

A.等于35V　　　B．大于35V

C.小于35VD．等于15V

【分析】由题图可以看出ac段的电场线比bc段的电场线密，ac段的电场强度较大，根据公式U＝Ed可知，a、c间的电势差Uac大于b、c间的电势差Ucb，即φa－φc＞φc－φb，得到φc＜

＝

V＝35V，所以选C项.

本部分以题目的形式出现，设置小台阶、层层递进.

由学生自己推导，提问学生得出结论.

通过要点提炼让学生学会自主总结知识，进而培养归纳能力.

本部分让学生充分进行讨论，各抒己见，最后引导学生得出正确结论.

当堂检测所学知识的掌握情况.

三、课堂小结

电场力的大小跟电场强度E有关系，即F＝qE.电荷由于电场力的作用在电场中两点间移动时所做的功跟这两点间的电势差UAB有关，即WAB＝qUAB，由于力和功是互相联系的，所以电场强度与电势差之间存在着必然的联系．在匀强电场中，UAB＝Ed.在非匀强电场中，电势差UAB与电场强度E的关系要复杂得多，但可以由该关系式进行定性的判断．电场强度的大小跟电势的高低没有必然的联系.

学生先自己总结整理，再补充、巩固.

四、课后作业

教材问题与练习1～4.

板书设计

6　电势差与电场强度的关系

一、复习相关知识

1．电场强度

2．电势差的概念：

电场中两点间电势的差值叫做电势差

3．静电力做功的两种计算方法

二、电场强度与电势差的联系

1．在匀强电场中E＝

2．电场中，电场强度的方向就是电势降落最快的方向

3．两个相同的单位：

V/m、N/C

教学反思

本节教学的一个重要内容就是要得出公式U＝Ed，即在匀强电场中，沿着电场强度的方向，任意两点间的电势差等于电场强度与这两点间的距离的乘积，并进而得出不沿电场强度方向两点间的电势差的求法．然而在实际解题时学生却往往又会将不沿电场强度方向两点间的电势差误当作沿电场强度方向的情况去处理、去求解．究其原因，是因为学生在学习上述内容时，对“沿着电场强度的方向”这个前提条件没有引起足够的重视，因此只有通过与“不沿电场强度的方向的两点间的电势差又怎样求”的情况进行对比才能得到强化．

众所周知，雷雨季节的闪电与高压电场中的绝缘物质被电离击穿导电是一个道理．在雷雨天气，带电云层所形成的高压电场强度是很高的．通常，带电云层对大地放电一般是这种情况，其云层属于正电荷区高电位，大地处于负电荷区低电位．空气原本是不导电的，但在强大的电场力作用下，气体原子核最外层的电子就会受到电场力的激发而形成带电离子．获得电子的原子称其为负离子，失去电子的原子称其为正离子．在电场力的作用下，带电离子可形成电子流．

空气是一般的绝缘介质，而纯正单一的气体其原子核外围电子的游离惰性也是很强的．然而空间气体中的成分并不纯正，也掺杂有其他的物质颗粒或者是水分子而极易构成低电场下形成的离子态．面对自然界所形成的强大电场，由空间气体形成的绝缘介质是微不足道的，数亿伏特的电压场很容易将气体核外电子激发游离而成为带电离子参与导电．绝缘介质击穿就是绝缘物质构成的离子态，高压电场形成的弧光放电现象，就是绝缘介质核外电子被激发游离后形成的能量释放所产生的光辐射．

云层之间的雷暴闪电，是属于强大的云间正负电荷构成的高压电场，在电场力的作用下，气体被击穿后形成的正负电荷碰撞产生的光辐射和空气冲击波效应，这类似于带有正电荷云层对大地的放电现象．云层电荷聚集的数量越多，高压静电场力越大，其雷电光辐射强度以及雷暴冲击波声音分贝系数也就越强．