《靜電場中的能量復(fù)習(xí)》教案教學(xué)目標教學(xué)目標：1.梳理知識并將知識進行關(guān)聯(lián)整合，形成知識結(jié)構(gòu)；2.梳理本章體現(xiàn)的核心素養(yǎng)，讓學(xué)生有意識發(fā)展自己的核心素養(yǎng)；3.通過具體問題的解決，促進知識的理解，體會發(fā)展核心素養(yǎng)。教學(xué)重點：將知識進行關(guān)聯(lián)整合，形成知識結(jié)構(gòu)教學(xué)難點：體會發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)教學(xué)過程時間教學(xué)環(huán)節(jié)主要師生活動知識的關(guān)聯(lián)與整合知識的關(guān)聯(lián)與整合以問題為導(dǎo)向，按學(xué)習(xí)順序復(fù)習(xí)梳理本章重要的知識。為什么要研究靜電場中的能量？靜電力做功有什么特點？和“重力與重力勢能的關(guān)系”類比，靜電力做功與電勢能變化有怎樣的關(guān)系？和定義電場強度的方式類比，如何定義電勢？什么是電勢差？靜電力做功與電勢差有什么關(guān)系？電勢差與電場強度有什么關(guān)系？什么是電容器？如何定義電容？帶電粒子在靜電場中如何加速？帶電粒子在靜電場中如何偏轉(zhuǎn)？形成知識結(jié)構(gòu)研究的思路和方法核心素養(yǎng)的體現(xiàn)物理觀念——能量觀念在回答“為什么要研究靜電場中的能量？”這個問題時，章首語提出一個問題，古代，人們用弩來加速箭，箭的速度能達到102m/s數(shù)量級；后來人們又在槍膛中用火藥加速子彈，子彈的速度能達到103m/s數(shù)量級；而現(xiàn)代人們需要用高速的微觀粒子轟擊另一微觀粒子，來進行科學(xué)研究，其速度的數(shù)量級達到107m/s，那是怎樣加速的呢？直線粒子加速器以及示意圖如圖所示。A、B板之間存在電場，由運動和相互作用觀念。帶正電的粒子q在電場中從A運動到B只受到靜電力F的作用，做加速運動，可以加速到所要求的速度。由能量觀念，由于靜電力做正功，所以粒子動能增加，速度增大。如果靜電力做正功WAB，由動能定理可知，該粒子的動能也增加了WAB，根據(jù)能量守恒定律，粒子動能增加了，意味著另外一種形式的能量減少了，并且這種形式的能量的減少量也等于WAB。研究章首語中帶電粒子加速的問題，就有兩種思路：一種是利用牛頓第二定律結(jié)合勻變速直線運動公式來分析；另一種是利用靜電力做功結(jié)合動能定理來分析?？茖W(xué)思維（1）科學(xué)思維——兩個物理量之比定義新物理量電場強度、電勢、電容都是用兩個物理量之比定義的物理量（2）科學(xué)思維——類比法類比“重力和重力勢能的關(guān)系”，得到了靜電力和電勢能的關(guān)系。類比電場強度的定義方式，我們定義了電勢。（3）科學(xué)思維——反證法在證明兩個等勢面不相交時利用了反證法?？茖W(xué)探究——證據(jù)實驗探究：電容器兩極板間電勢差跟所帶電荷量的關(guān)系時，利用實驗提供證據(jù)?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任觀察電容器的充、放電現(xiàn)象，這是全書、也是全部高中物理課程中唯一的一個觀察性實驗，我們可以體會到物理學(xué)是建立在觀察和實驗基礎(chǔ)上的創(chuàng)造性工作。實驗中要如實記錄實驗現(xiàn)象，所以要有實事求是的態(tài)度。應(yīng)用與體會應(yīng)用與體會1.運動與相互作用觀念和能量觀念是解決物理問題的兩種思路。例1．如圖所示，兩平行金屬板相距為d，電勢差為U，一個電子從O點沿垂直于極板的方向射出，最遠到達A點，然后返回。已知OA相距為h，電子質(zhì)量為m，電子的電荷量為e，試計算此電子在O點射出時的速度。解析：方法1：兩平行金屬板間為勻強電場,電場強度為E=電子受到靜電力F=Ee=根據(jù)牛頓第二定律，電子的加速度a=電子從O運動到A作勻減速直線運動，初速度為v0，末速度為0，位移為h。v所以電子在O點射出時的速度這個方法除了利用了牛頓第二定律與勻變速直線運動公式，還利用了靜電場中電勢差、電場強度、靜電力這幾個物理量之間的關(guān)系。方法2：兩平行金屬板間為勻強電場,電場強度為E=OA之間電勢差為U電子由O運動到A靜電力做功速度減小，由動能定理得所以電子在O點射出時的速度這個方法除了用靜電力做功并結(jié)合動能定理來分析，還利用了電場強度、電勢差、靜電力做功三個物理量之間的關(guān)系。當解決的問題屬于勻強電場且涉及運動時間等描述運動過程的物理量時，適合運用前一種思路分析；當問題只涉及位移、速率等動能定理公式中的物理量或非勻強電場情景時，適合運用后一種思路分析。這道題因為不涉及運動時間，所以方法2更簡潔。2．靈活利用物理量之間的關(guān)系解決靜電場相關(guān)問題例2．如圖表示某電場等勢面的分布情況。如果把電子從b等勢面移動到e等勢面，靜電力做功是多少？在電場中的A、B兩點放置電荷量相等的試探電荷，試比較它們所受靜電力的大小和電勢能的大小。解析：（1）根據(jù)靜電力做功、電勢差和電勢的關(guān)系WAB＝qUABU所以W（2）根據(jù)電勢差、電場強度、靜電力的關(guān)系可以得到電場線較密的地方等勢線也較密，這樣A點的電場強度比B點的大，所以電荷量相等的試探電荷在A點所受電場力大于在B點所受電場力。根據(jù)電勢與電勢能的關(guān)系可以得到，A點和B點在同一個等勢面上，電荷量相等的試探電荷在這兩點的電勢能相等。課后練習(xí)1．如圖甲所示，A、B是某電場中一條電場線上的兩點，一個負電荷從A點由靜止釋放，僅在靜電力的作用下從A點運動到B點，其運動的v-t圖像如圖乙所示。（1）請判斷該負電荷在A、B兩點電勢能的大小以及A、B兩點電勢的高低。（2）比較A、B兩點電場強度的大小。2．是否存在如圖所示的電場，電場線相互平行，但間距不相等？請說明理由。3．如圖所示，三個同心圓是點電荷Q周圍的三個等勢面，A、B、C分別是這三個等勢面上的點。已知這三個圓的半徑關(guān)系為rC－rB＝rB－rA，且這三點在同一條電場線上?，F(xiàn)將一個電荷量q為1.6×10-6C的電荷從A點移到C點，其電勢能減少1.92×10-5J，若取C點的電勢為0，A點的電勢為多少？UAB和UBC是否相等？4.有一個平行板電容器，電容是1.5×10-4μF，所帶電荷量為6×10-8C。如果兩板間的距離為1mm，電容器兩極板間的電場強度是多少？5.如圖所示，將帶負電的試探電荷沿著等量異種點電荷連線的中垂線從A點移動到B點，再沿連線從B點移動到C點。在此全過程中，試探電荷所受的靜電力如何變化？所經(jīng)過各點處的電勢如何變化？試探電荷的電勢能如何變化？6.如圖所示，在勻強電場中，將電荷量為－6×10-6C的點電荷從電場中的A點移到B點，靜電力做了－2.4×10-5J的功，再從B點移到C點，靜電力做了1.2×10-5J的功。已知電場的方向與△ABC所在的平面平行。（1）A、B兩點間的電勢差UAB和B、C兩點間的電勢差UBC分別為多少？（2）如果規(guī)定B點的電勢為0，則A點和C點的電勢分別為多少？（3）請在圖中畫出過B點的電場線方向，并說明理由。7.如圖所示，單刀雙擲開關(guān)S原來跟2相接，從t＝0開始，開關(guān)改接1，得到流過電路中P點的電流隨時間變化的I-t圖像（圖甲），電容器兩極板的電勢差UAB隨時間變化的圖像（圖乙）。t＝2s時，把開關(guān)改接2，請在I-t圖像和UAB-t圖像中畫出之后2s時間內(nèi)圖像的大致形狀。參考答案1．答案：（1）EpA>Ep解析：由v-t圖像可知，負電荷從A點加速運動到B點，所以電場強度方向由B指向A，沿著電場線方向電勢降低，所以φB>φA；根據(jù)Ep=qφ可知，負電荷在電勢高的地方電勢能小，所以Ep由v-t圖像可知，負電荷從A點加速運動到B點，加速度越來越小，則電場強度越來越小，所以EB2．解析：不存在。如果存在這樣的電場，根據(jù)等勢面的特點，它的等勢面AC、BD如圖所示，A、B兩點的電勢差UAB應(yīng)該等于C、D兩點的電勢差UCD。從圖中很明顯可以看出A、B兩點的距離dAB等于C、D兩點的的距離dCD。而A、B間的電場強度大于C、D間的電場強度。根據(jù)U＝Ed，可得UAB大于UCD。這與前面的結(jié)論相矛盾。所以電場線相互平行，但間距不等的電場是不存在的。3．答案：12V，不相等解析：由電勢的定義有，點電荷電場中AB段的電場強度大于BC段的電場強度，由U＝Ed分析知，UAB>UBC。本題運用U＝Ed定性分析，需注意不可想當然地認為距離相等的等勢面之間電勢差就一定相等。4．答案：解析：因為和所以5．答案：從A點移動到B點，靜電力增大，方向垂直于A、B連線向上；從B點移動到C點，靜電力增大，方向沿B、C連線指向正點電荷Q。從A點移動到B點，電勢不變；從B點移動到C點，電勢升高。從A點移動到B點，電勢能不變；從B點移動到C點，電勢能減少。解析：由等量異種點電荷的電場分布情況知，帶負電的試探電荷沿著等量異種點電荷連線的中垂線從A點移動到B點，試探電荷所受的靜電力逐漸增大，方向不變，一直垂直于A、B連線向上；試探電荷再沿連線從B點移動到C點，試探電荷所受的靜電力增大，方向不變，一直沿B、C連線指向正點電荷Q。從A點移動到B點，電勢不變；從B點移動到C點，電勢逐漸升高。帶負電的試探電荷從A點移動到B點，靜電力不做功，電勢能不變；從B點移動到C點，靜電力做正功，電勢能逐漸減少。6．答案：（1）4V，－2V；（2）4V，2V