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?！窘虒W(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(tái)）課件電場中的等勢面【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，

2、將一電量為q=+110-5C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=-210-3J，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=210-3J（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/=2W=-410-3J，在A點(diǎn)具有電勢能為-2W=410-3J。問題3要是換用q/=-2q的檢驗(yàn)電荷，電場不變

3、，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=410-3J，在A點(diǎn)具有電勢能為-2W=-410-3J。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，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?！拘抡n內(nèi)容】板書：1、電勢：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。定義為電勢能

4、與電量的比值。如果用表示電勢，用表示電荷q的電勢能，那么=q（、q、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： 符號；公式=q（、q、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）單位伏特，簡稱伏，符號為V（1V=1J/C）；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

5、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WAWBWC均為正值，WAqWBqWCq。即ABC0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。如圖2，可證正點(diǎn)電荷的電場電場

6、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)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

7、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 Escos，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)：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

8、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)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：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：*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

9、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。同樣分析等量同種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?！菊n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】