第五节 电势差与电场强度的关系（表格式教学设计）物理粤教版2019必修第三册

该高中物理教学设计聚焦“电势差与电场强度的关系”核心知识点，通过回顾场强（力的角度）和电势（功的角度）的描述差异，类比重力做功与高度差的关系，搭建已有知识与新知识的学习支架，梳理两者内在联系。 以科学探究为主线，引导学生推导匀强电场中U=Ed关系，结合φ-x图像斜率理解E的物理意义，通过微元法分析非匀强电场，培养科学思维与探究能力，实例丰富（如等势面与电场线疏密关系探究），助力教师突出重难点，提升学生运动与相互作用、能量观念及解题能力。

第五节　电势差与电场强度的关系 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第五节　电势差与电场强度的关系 教学 目标 物理观念 通过初步分析带电粒子在电场中运动的问题，逐步提升学生的运动与相互作用观念和能量观念。 科学思维 通过公式E＝在非匀强电场中的定性应用，引导学生用微元法的极限思想对非匀强电场进行分析，提升演绎、类比的科学思维。 科学探究 引导学生利用已有的物理概念和规律，对匀强电场中电势差与电场强度的关系进行探究推导，并在得出定量关系的基础上，引导学生猜想并进行探究分析，得出等势面和电场线疏密程度的关系，逐步提升学生利用已有的物理概念和规律进行理论探究的能力。 科学态度 与责任 在理论学习的基础上，引导学生用所学知识解决相关的实际问题，并在分析思考的过程中，培养学生严谨认真、实事求是的科学态度。 教学 重难点 1.知道电势差与电场强度的关系式，了解其适用条件(重点)。 2.会用关系式U＝Ed处理匀强电场问题，利用公式E＝定性分析非匀强电场(重点)。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 教师：我们已知描述电场有两个物理量：场强和电势． 场强从电场对电荷有作用力的角度来描述电场，电势则从电场力对在电场中移动的电荷做功的角度来描述电场． 既然描述的是同一电场，那么场强与电势、电势差有什么联系呢？学完这节内容之后，同学们也就明白了。 学生课前预习，了解教材内容。 新课讲授 一、电势差 教师：同学们回顾之前学习的内容，思考一下！ 如图所示，影响重力做功大小的是A、B两点的高度值，还是A、B两点之间高度的差值呢？ 学生：A、B两点之间高度的差值。 教师：类比思考：如图所示，某个电荷在确定的电场中由A点移动到B点，影响静电力做功多少的因素是A点或B点的电势值呢？还是A、B两点之间电势的差值呢？ 学生：猜想：也是A、B两点之间电势的差值。 教师：电场中两点间电势的差值叫作电势差,也叫电压。 师生：共同归纳总结： 定义：电场中两点之间电势的差值叫作电势差，也叫作电压。 UAB＝φA－φB UBA＝φB－φA UAB＝－UBA。 教师：思考：如图,A、D两点的电势差为多少？C、D两点间电势差为多少? UAD和UCD哪个大？ 学生：UAD＝φA－φD＝10V－8V＝2V，表示φA>φD； UCD＝φC－φD＝6V－8V＝-2V，表示φA<φD; UAD等于UCD。 教师：电势差的正负只表示这两点间电势的高低，不表示电势差的大小。 师生：共同归纳总结： 电势差是标量，有正负，电势差的正负表示电势的高低。 教师：接下来，从做功的角度，探究电场力做功与电势能的关系。 如图所示，电荷q从A点移动到B点，求电场力做的功。 学生：WAB＝EpA-EpB＝qφA-qφB＝q(φA-φB)＝qUAB 故UAB＝ 教师：很好，电场中A、B两点间的电势差等于电场力做的功与电荷量q的比值。 【例1】　有一个带电荷量q＝－3×10－6 C的点电荷，从某电场中的A点移到B点，电荷克服静电力做功6×10－4 J，从B点移到C点，静电力对电荷做功9×10－4 J。 (1)AB、BC、CA间电势差各为多少？ (2)若取B点电势为零，则A、C两点的电势各为多少？电荷在A、C两点的电势能各为多少？ 答案　(1)200 V　－300 V　100 V (2)200 V　300 V　－6×10－4 J　－9×10－4 J 解析　(1)点电荷由A移到B克服静电力做功即静电力做负功，WAB＝－6×10－4 J，则有 UAB＝＝ V＝200 V UBC＝＝ V＝－300 V UCA＝UCB＋UBA＝－UBC＋(－UAB)＝300 V－200 V＝100 V。 (2)若φB＝0，由UAB＝φA－φB，得φA＝UAB＝200 V， 由UBC＝φB－φC，得φC＝φB－UBC＝0－(－300 V)＝300 V， 电荷在A点的电势能 EpA＝qφA＝－3×10－6×200 J＝－6×10－4 J 电荷在C点的电势能 EpC＝qφC＝－3×10－6×300 J＝－9×10－4 J。 学生复习重力做功特点，利用类比法找出电场力做功与电势能的关系。 学生完成理解解答。 新课讲授 二、电势差与电场强度的关 教师：如图所示，在电场强度为E的匀强电场中，A、B是相距为d且沿电场方向上的两点，其电势差为UAB，现将一个电荷量为q的电荷由A移到B。试分析电势差与电场强度的关系。 学生：WAB＝Fd＝qEd，WAB＝qUAB，故UAB＝Ed 教师：如果A、B两点不在同一条电场线上(如图)，上述结论还成立吗？请尝试进行论证。 学生：WAB＝Flcos θ＝Fd＝qEd，WAB＝qUAB ，故UAB＝Ed。仍成立。 师生：共同归纳总结： 1．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UAB＝Ed，如果匀强电场中两点连线不沿电场方向，d的取值应为在电场方向的投影距离。 2．公式：E＝。 (1)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的距离之比。 (2)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。 (3)电场强度单位的换算：1V/m＝1 N/C。 教师：根据UAB＝Ed，可作出φ－x图像，能说说斜率的意义吗？ 学生：斜率k=Δφ/Δx=U/d=E， 即电场强度描述的是电势随空间位置变化的快慢，电场强度是电势对空 间位置的变化率。 【例2】　若一匀强电场的场强为 1.0×104 V/m，在平行于电场的平面上画半径为 10 cm 的圆，在圆周上取三点A、B、C ，如图所示。请分别计算A、B 间和B、C 间的电势差。 答案　UAB=1000V，UBC=600V 解析　设圆的半径为r，A、B间的电势差为UAB=Er=1.0×104×10×10-2V=1000V B、C间的电势差为UBC=Ercos53°=10000×0.1×0.6V=600V 课 堂 练 习 1．电场中A、B两点间的电势差，一电荷量的点电荷从A点运动到B点，该点电荷的电势能减少（　C　） A． B． C． D． 2．如图所示，在圆心O为正点电荷Q的电场中有1、2、3三个点，以下说法正确的是（　D　） A．1、2两点的电场强度方向相同 B．2、3两点的电势相同 C．将正的试探电荷分别从“1”移动到“2”和“3”，电场力做功相同 D．电势差的大小关系满足U21>U13 3．如图所示是一个匀强电场的等势面，每两个相邻等势面相距2 cm，由此可以确定电场强度的方向和数值是（　B　） A．竖直向下，E=100 V/m B．水平向左，E=100 V/m C．水平向左，E=200 V/m D．水平向右，E=200 V/m 4．如图所示，三条曲线表示三条等势线，其电势φC=0，φA=φB=10V，φD=-30V，将电荷量为q=1.2×10-6 C的正电荷在该电场中移动。求： （1）把这个电荷从C移到D，静电力做功多少？ （2）把这个电荷从D移到B再移到A，电势能变化多少？ 答案　（1）3.6×10-5 J；（2）增加4.8×10-5 J 解析　（1）电荷从C移到D，静电力做功为 （2）A、B两点电势相等，则 所以电势能增加了4.8×10-5 J。 5．如图所示，匀强电场中A、B、C三点构成一个直角三角形，其中∠A＝30°，边长AC＝16 cm。将电荷量q＝－6×10－6 C的点电荷由A点移到B点，静电力做功2.4×10－5 J，再由B点移到C点，该点电荷克服静电力做功2.4×10－5 J，取B点的电势为零，求： (1)A、C两点的电势； (2)匀强电场的电场强度。 答案　(1)－4 V　－4 V　(2) V/m，方向垂直AC斜向左上 解析　(1)将点电荷由A点移到B点，由匀强电场的电势差与静电力做功的关系式可得 UAB＝＝ V＝－4 V 由电势差定义可得UAB＝φA－φB 解得φA＝－4 V 将点电荷由B点移到C点，由匀强电场的电势差与静电力做功的关系式可得 UBC＝＝ V＝4 V 由电势差定义可得UBC＝φB－φC 解得φC＝－4 V (2)因φA＝φC，因此直线AC是匀强电场的一条等势线，由电场线与等势线垂直且由高电势指向低电势，如图所示，LBC＝LAC·sin 30°＝8 cm 可得电场强度大小E＝＝＝ V/m 方向垂直AC斜向左上。 课 堂 小 结 本节课的教学重点是推导匀强电场中电势差与电场强度的定量关系。通过建构最简单匀强电场情境，引导学生寻找电势差与电场强度的关系，从而帮助学生发现描述电场“力”的性质和描述电场“能”的性质的物理量之间的关联，让学生更加立体、全面地认识电场，梳理物理量之间的结构，逐步提升学生的能量观念。 板 书 设 计 第五节　电势差与电场强度的关系 一、电势差 1．定义：电场中两点之间电势的差值叫作电势差，也叫作电压。 UAB＝φA－φB，UBA＝φB－φA，UAB＝－UBA。 2．静电力做功与电势差的关系：UAB＝ 3．电势差是标量，有正负，电势差的正负表示电势的高低。 UAB>0，表示A点电势比B点电势高。 二、电势差与电场强度的关 公式：E＝。d的取值应为在电场方向的投影距离。 作业 布置 1.完成教材课后作业：“习题”。 2.配套分层作业。 教学反思 本节课提供了一个非常好的契机来梳理电场中相关物理量之间的知识结构。首先通过寻找匀强电场中电势差与电场强度的关系的活动，利用功的表达式、电场力做功与电势差的关系，比较容易地得到了结论。接着通过在点电荷的电场中沿一条电场线取两条相等的线段并比较电势差之间的关系，让学生学会利用E＝定性地分析并解决问题，进一步明确此公式只适用于匀强电场中求解电势差，在非匀强电场中是不能求解的。对于定性分析的问题可以引导学生采用微分的思想进行比较，逐步提升学生依据现有模型和规律，对事物或过程的发展做出合理的判断的物理学科关键能力。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $