10.2 电势差 教学设计 -2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

第十章 静电场中的能量 课时10.2 电势差 1、 教材分析 本节内容涉及前面学习的电势能和电势的相关知识,并且与以前所学的高度差有相似的规律,因此讲解时可以采取类比法来进行讲解。 由高度差类比讲解引入电势差的概念,从而得到电势差命名的由来。强化电势差与电场力做功和试探电荷无关,运用理论探究的方法,有电场力做功和电势能的关系导出电势差和电场力做功的关系,在物理学中,特别是技术应用方面经常用到电势差的概念。引入电势差的概念,使求静电力做功的计算十分方便,不需要考虑静电力的大小和电荷移动的路径,特别是对于静电力是变力时,往往用它来求功。 2、 学情分析 本节内容有着承上启下的作用。对电势差概念的引入,考虑到用电场力做功来引入比较具体且可与力学中做功的概念直接联系起来。教学中采用类比的方法,类比力学中的重力做功,通过电场力做功来引入,以增强知识的可感知性,有助于学生的理解,在学习电势差的表达式和定义式时,应注意下标的使用规则和正负号表示的物理意义,所以在教学过程中,应注意让学生逐步理解,帮助学生真正掌握电势差的概念。 3、 教学目标 1.理解电势差的概念及正、负值的含义。 2.会用UAB=φA-φB及UAB=WAB/q进行有关计算。 3.知道等势面的性质,了解常见等势面的特点。 4.能在熟悉的情景中运用等势面模型解决实际问题。 4、 重难点 重点:1.电势差的概念 2.静电力做功公式的推导和具体的应用 难点:1.静电力做功公式中正负号的物理意义和应用 2.电势差的理解和应用 5、 授课内容 (一)电势差 1.定义 在电场中,两点之间电势的差值叫作电势差,也叫作电压。 2.公式 设电场中A点的电势为φA,B点的电势为φB,则A、B两点之间的电势差为UAB=φA-φB,B、A两点之间的电势差为UBA=φB-φA,所以UAB=-UBA。 3.电势差的正负 电势差是标量,UAB为正值,A点的电势比B点的电势高;UAB为负值,A点的电势比B点的电势低。 4.静电力做功与电势差的关系 (1)公式推导 由静电力做功与电势能变化的关系可得 WAB=EpA-EpB,又因EpA=qφA,EpB=qφB,可得WAB=qφA-qφB=q(φA-φB)=qUAB,所以有UAB=。 (2)物理意义:电场中A、B两点间的电势差等于这两点之间移动电荷时静电力做的功与电荷量q的比值。 【典例1】下列说法正确的是 ( ) A.电场中两点间电势的差值叫作电势差,也叫电压 B.电势差与电势一样,是相对量,与零电势点的选取有关 C.UAB表示B点与A点之间的电势差,即UAB=φB-φA D.A、B两点的电势差是恒定的,不随零电势点的不同而改变,所以UAB=UBA 【典例2】对于电场中确定的A、B两点,关于表达式UAB=,下列说法正确的是 ( ) A.电势差UAB随着静电力所做的功WAB的变化而变化 B.WAB随着试探电荷q运动路径不同而变化 C.试探电荷q的大小直接影响电势差UAB的大小 D.电势差UAB由电场决定,与静电力做功WAB及试探电荷q无关 对电势差的三点理解 (1)电场中两点间的电势差,由电场本身和两点位置决定。在确定的电场中,即使不放入电荷,任意两点间的电势差都有确定的值。 (2)讲到电势差时,必须明确所指的是哪两点间的电势差。A、B间的电势差记为UAB,而B、A间的电势差记为UBA。 (3)电势差有正负,电势差的正负表示电场中两点电势的高低 【变式1】在某电场中,将一带电荷量为q=+2.0×10-9 C的点电荷从a点移到b点,静电力做功Wab=-4.0×10-8 J,则a、b两点间的电势差Uab为 ( ) A.-400 V B.-200 V C.-20 V D.20 V 【变式2】如图所示,真空中静止点电荷产生的电场中,A、B为同一条电场线上的两点。取无穷远处为零势能位置。电荷量为+q的试探电荷,在A点的电势能为EpA,在B点的电势能为EpB。则A、B两点间的电势差UAB等于 ( ) A. B. C. D. 【变式3】电场中某区域的电场线如图所示,A、B是电场中的两点。一个电荷量q=+4.0×10-8 C的点电荷在A点所受静电力FA=2.0×10-4 N,将该点电荷从A点移动到B点,静电力做功W=8.0×10-7 J。求: (1)A点电场强度的大小EA; (2)A、B两点间的电势差UAB。 (1)A点电场强度的大小为: EA== N/C=5×103 N/C (2) A、B两点间的电势差UAB== V=20 V (二)等势面 1.定义:电场中电势相同的各点构成的面叫作等势面。 2.等势面与电场线的关系 (1)电场线跟等势面垂直。 (2)电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面。 【典例1】下列说法中正确的是 ( ) A.沿电场线方向电势降低,所以电势降低的方