10.3 电势差与电场强度的关系 教学设计-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

10.3电势差与电场强度的关系 【教材分析】 本节课所采用的教材是人教版高中物理必修3第10章第3节的内容，电场强度和电势都 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，可以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公式，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。这在分析问题时是很有用的。 本节内容的重点是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。同样，本节内容的难点是电场强度的大小为什么等于两点间电势差与这两点沿电场方向的 距离的比值问题。 【教学目标】 一、知识与技能 1.理解匀强电场中电势差与电场强度的关系U=Ed,并且能够推导出这个关系式。 2.会用关系式U-Ed进行有关的计算。 3.理解电势与场强无直接的关系。 二、过程与方法 通过推导电场强度与电势差的关系，使学生的分析能力和推理能力得到进一步培养。 三、情感、态度与价值观 通过从不同角度认识电场强度与电势、电势差的关系，使学生在遇到具体问题时要注意分析， 不要武断地下结论，使学生养成多角度多方面看问题的学习品质。 【教学重难点】 教学重点： 1.U=Ed的理解与应用 2.电势、电势差及电场强度间的关系 教学难点： 1.U=Ed的灵活应用 2.电势、电势差及电场强度间的关系 【新课导入】 观察思考：如图是带电体空间分布的电场线和等势面的剖面图，等势面就成了等势线。观 察电场线和等势线你发现什么？ 电场线密的地方等势线也密，电场线稀疏的地方等势线也稀疏。 为什么会出现这样的现象呢？ 那么，电场强度和电势之间会存在一个什么样关系呢？我们通过什么来建立它们之间的关 系？ 电场强度是试探电荷受到的静电力与它的电荷量的比值： 站 电势是电势能与试探电荷电荷量的比值：Q- q 从这两个定义式可见，两者的共同媒介是试探电荷，那么我们可否通过试探电荷来建立它 们之间的关系呢？ 下面以匀强电场为例讨论它们的关系。 【新课讲解】 1.匀强电场中电势差与电场强度的关系 推导匀强电场中电势差与电场强度的关系： (1)如图所示，电荷9从匀强电场中的A点移动到B点，A、B两点的电势差为UB,静电力 做的功W为多少？ 学生推导，得出结论：W=qUB。 (2)若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还可以怎么求？ 学生思考，上台板演：g所受的静电力F=gE,因为匀强电场中电场强度E处处相等，所以电 荷g所受的静电力F是一个恒力，静电力做的功W=Fd=gEd。 (3)比较功的两个计算结果，可以得到U。=Ed。 学生分析思考，提出猜想：在匀强电场中，沿电场强度方向的两点间的电势差等于电场强度和 这两点的距离的乘积。 (4)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？ 学生进一步思考并检验：如图所示的匀强电场E中，正电荷9在静电力作用下从A点移动到B 点，已知A、B两点的距离为1，分析电场强度E与电势差U之间有什么关系。 -E B 学生讨论、分析：如图所示，设A、B两点间的电势差仍为U,设AB与电场线方向的夹角为 ,将正电荷从A点移动到B点，电荷受到的静电力的方向水平向右，与位移方向的夹角为 a,故静电力做的功W=Eqlcosa,由几何关系知/cosa=d,所以W=Eglcos=Egd,利用 电势差和功的关系可知W=gU,比较这两个式子可得U=Elcosa=Ed,其中d为A、B两点 沿电场线方向的距离。 2.对公式U=Ed的理解 师：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，即U=Ed。 教师启发、微励，引导学生总结自己对公式U=Ed的理解。 师生活动：小组合作，集思广益，用文字叙述或用数学语言总结电势差和电场强度大小的关系。 U为电场中两点间的电势差，E为电场强度，d为两点间沿电场线方向的距离，也可以说是A、 B两点的距离s在电场强度方向的投影，或A、B两点所在等势面间的距离。 教师强调U=Ed只适用于匀强电场中的计算。 师：由上面的分析可知，电势差和电场强度的大小关系为UB=Ed或E=O丝，请大家体会公 式E=O丛的物理意义。 生：在匀强电场中，电场强度的大小等于两点之间的理意义。电势差与两点沿电场方向的距离 之比。也就是说，电场强度在数值上等于沿电场方向单位距离上降低的电势。 师：用公式E=·丝能计算匀强电场的电场强度，但是电场强度与电势并无直接关系。 d (1)电场强度为0的地方电势不一定为0，电势为不为0取决于零电势点的选取。 (2)