10.2 电势差 教学设计-2021-2022学年人教版（2019）高中物理必修第三册

第十章 静电场中的能量 第2节 电势差 安徽省临泉第一中学 郭雪鹏 1、 教学内容分析 《电势差》是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》必修课程必修3模块中“静电场”主题下的内容。课程标准要求为：“了解电势能、电势和电势差的含义。” 《普通高中物理课程标准(2017年版)解读》对课程的标准的解读为：“通过具体电场中电势的分析，了解电势的客观性、标量性和相对性；理解电势差概念，知道电势差与零电势的选择无关，具有绝对性。通过对匀强电场中电势差与电场强度关系的分析研究，知道电场力做功与电势差的定量关系。会用等势面描绘静电场中，了解电场线和等势面的关系。” 教材以上楼时楼层的高度差影响做功的多少引入探究的问题：影响静电力做功多少的因素可能是电势值还是电势差？将电势差与高度差进行比较，得到高度和电势都具有相对性，与参考点选取有关，但高度差和电势差与参考点选取无关。在解决问题中，电势差具有重要应用。教材安排有利于学生理解电势差与电场中两点位置有关，与移动电荷量无关。接着利用静电力做功等于电势能的减少量，推导得到WAB=UABq，变形得到UAB=，得到电势差与零点选取无关。 2、 学情分析 在知识层面上，学生在物理必修二中学习了重力做功只取决于初、末位置的高度差，和零势能参考平面无关。类比做功的高度差，电势差与高度差作用类似。选择不同参考面，电势值一般不同，但两点电势的差值与电势零点的选取无关。学生熟悉了解类比方法，能理解电势差的重要性。在本章第1节中，学习已经学习过电势的定义和静电力做功等于电势能的减少量，在这些知识的基础上，能够推理得到静电力做功与电势差的关系。 3、 教学目标 1. 学生了解电势差概念，知道电势差正负表示两点间电势的高低关系。 2. 学生推导静电力做功跟电势差关系，会用公式WAB=UABq计算静电力做的功。 3. 学生理解等势面的概念，会画常见的等势面。通过反证法论证等势面一定与电场线垂直，体会反证法在推理过程中的应用。 4、 教学重难点 教学重点：运用公式WAB=UABq计算静电力做功。 教学难点：静电力做功公式中正负号的应用与正负号物理意义的理解。 教学方法：讲授法、启发式教学、对话教学法 5、 教学过程 新课引入 问题1：质点在A点的重力势能与重力势能参考面有关吗？ 问题2：质点从A到B，重力做功与什么因素有关？重力势能变化量与零势能参考面有关吗？ 师：重力做功取决于AB两点的高度差，与零势能点无关。在电场中，某点的电势值与电势零点选取有关，但两点间的电势差与电势零点无关，两点电势差值相对于电势值具有耕重要的应用。 新课教学 1. 电势差 电势差（电压）：电场中两点间的电势的差值。 UAB=φA-φB UBA=φB-φA UAB=- UBA · 电势差与电势零点无关，只由电场决定 · 电势差可以取正值或负值 · 单位：伏特 V 问题：若UAB>0，A、B两点电势高低如何？若UAB<0，哪一点电势高？ 空间有一电场，电场线如图所示。试证明：UAC=UAB+UBC。 证明： UAC=φA-φC =φA-φB+φB-φC =UAB+UBC 证毕 师：静电力做功等于电势能的减少量，WAB=EpA-EPB。电势能与电势有关。静电力做功与两点间的电势差有关。 WAB =EpA-EpB =φAq-φBq =(φA-φB)q =UABq 即 WAB=UABq 静电力做功等于两点间的电势差与电荷的乘积。上式中电荷量必须带正负号，对于正电荷，q取正值；对于负电荷，q取负值。 【例1】在电场中把2.0×10-9C的正电荷从A点移到B点，静电力做功1.5×10-7J.再将该电荷从B点移到C点,静电力做功-4.0×10-7J.求： (1)UAB 、 UBC 、 UAC； (2)把-1.5×10-9C的电荷从A点移到C点，静电力做多少功? 答案：(1) UAB=75V UBC=-200V UAC=-125V (2) WAC= 1.875×10-7J 2. 等势面 师：电场中各点有唯一确定的电势值，知道两点间的电势差，可计算静电力做功。为方便计算静电力做功，将电势相等的点连接形成等势面，在电场中画出等势面图，使得电势可见，计算方便。 等势面：电场中电势相等的点构成的面。 思考与讨论：同一等势面任意两点电势差是多少？电荷在电场中等势面运动，静电力做功是多少？ · 电荷沿同一等势面运动，电势能不变.静电力对电荷不做功. · 等势面与电场线处处垂直. 证明：假设等势面与电场线不垂直。 电荷q从M点沿等势面移动微小位移到N点，电场力做功W=Eq·|MN|cosα≠0.(α≠90°)而W=UMN q.故UMN≠0，即 φM ≠ φN，假设错误.