高三电学复习教案1静电场.docx
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高三电学复习教案1静电场
一、静电场
教学目标
通过复习整理静电场的规律、概念,建立静电扬的知识结构.利用场的思想、场叠加的思想认识和解决电场问题,加深对静电场的理解.
教学重点、难点分析
静电场部分的内容概念性强,规律内容含义深刻,是有关知识应用的基础.但由于概念和规律较抽象,对掌握这些概念和规律造成了一定的难度.所以,恰当地建立有关的知识结构,处理好概念之间、规律之间的关系,是解决复习困难的有效方式.
教学过程设计
教师活动
一、对规律和概念的回顾
从本节课开始,我们复习静电场的有关知识,请同学们回顾一下,我们原来学过的规律和概念都有哪些?
(将学生分组,进行回顾和整理)
学生活动
学生按组,回忆已学的有关知识,相互提醒,相互启发.
在教师的安排下,每组学生选择一名代表,将他们整理的知识内容写在黑板上.(安排3个,由于内容基本相同,其它组再做一些补充.)
学生代表上台.
建立知识结构:
从同学们整理出来的知识内容上看,基本上能够把静电场的有关内容列举出来,但一般来说,每个同学在整理知识时,方式方法又有所区别.为了使知识在我们头脑中更有利于理解和记忆,建立一个适合于自己的知识结构网络是必要的和有效的.下面,我们来共同构造这个静电场部分的知识结构网络.
(带领学生整理和建立静电场的知识结构,知识结构图表见附图)
二、静电场概念的几个问题讨论
1.场概念的巩固
[问题1]带电小球A、C相距30cm,均带正电.当一个带有负电的小球B放在A、C间连线的直线上,且B、C相距20cm时,可使C恰受电场力平衡.A、B、C均可看成点电荷.①A、B所带电量应满足什么关系?
②如果要求A、B、C三球所受电场力同时平衡,它们的电量应满足什么关系?
学生读题、思考,找学生说出解决方法.
通过对此题的分析和求解,可以加深对场强概念和场强叠加的理解.学生一般从受力平衡的角度进行分析,利用库仑定律求解.在学生解题的基础上做以下分析.
分析与解:
①C处于平衡状态,实际上是要求C处在A、B形成的电场中的电场强度为零的地方.
既然C所在处的合场强为零,那么,C所带电量的正或负、电量的多或少均对其平衡无影响.
②再以A或B带电小球为研究对象,利用上面的方法分析和解决.
答案:
①qA∶qB=9∶4,②qA∶qB∶qC=9∶4∶36.
[问题2]如图3-1-1所示,在方框区域内有匀强电场,已知UA=2V,UB=-6V,UC=-2V.试用作图法画出电场中电场线的方向.
学生读题、思考.找学生在黑板上作图.
通过此题的分析和解决,使学生对匀强电场的理解更深刻.
分析和解:
据题A、B两点间的电势差为8V,A、C两点间的电势差为4V.所以,先将A、B两点用直线连接,则A、B两点间的中点的电势为4V,与C点的电势相同.将这两点连起来,就是电势为-2V的等势线,电场线应与该直线垂直,且由高电势点指向低电势点.(如图3-1-1所示)
大小,其单位为V/m.那么,单位N/C能否用在匀强电场中?
如果能,其物理意义是什么?
单位V/m能否用在点电荷的电场中,如果能,其物理意义又是什么?
学生思考、讨论,可以请学生谈他们的认识与理解.
通过对此问题的讨论,使学生准确理解电场强度的物理含义.
2.问题的是非讨论:
在静电场中,
①场强较大处,电势也一定较高吗?
反之,电势较高处,场强一定也较大吗?
②场强为零处,电势也一定为零吗?
反之,电势为零处,场强一定也为零吗?
③场强相等处,电势也一定相等吗?
反之,电势相等处,场强一定也相等吗?
学生思考、讨论,可以请学生谈他们的认识与理解.
讨论中应提示学生,如果要推翻一个结论,只需举出一个反例.
分析与解:
①以点电荷(正和负)的电场为例.②以等量异号电荷的电场和等量同号电荷的电场为例.③以匀强电场和点电荷的电场为例.
3.电场叠加问题的讨论
[问题1]如图3-1-2所示,半经为r的硬橡胶圆环上带有均匀分布的正电荷,其单位长度上的带电量为q,现截去环上一小段AB,AB长为
方向如何?
学生思考、讨论,可以请学生谈他们的认识与理解.
通过本题的求解,使学生加强对电场场强叠加的应用能力和加深对叠加的理解.
分析与解:
解法之一,利用圆环的对称性,可以得出这样的结果,即圆环上的任意一小段在圆心处所产生的电场场强,都与相对应的一小段产生的场强大小相等,方向相反,相互叠加后为零.由于AB段被截掉,所以,本来与AB相对称的那一小段所产生的场强就成为了
小段可以当成点电荷,利用点电荷的场强公式可求出答案.
解法之二,将AB段看成是一小段带正电和一小段带负电的圆环叠放,这样仍与题目的条件相符.而带正电的小段将圆环补齐,整个带电圆环在圆心处产生的电场的场强为零;带负电的一小段在圆心处产生的场强可利用点电荷的场强公式求出,这就是题目所要求的答案.
[问题2]如图3-1-3,等边三角形ABC的边长为a,在它的顶点B、C上各有电量为Q(>0)的点电荷.试求三角形中心处场强E的大小和方向.
学生自己练习求解,以巩固概念.
通过此题的求解,进一步巩固对场强矢量性的认识和场强叠加理解.
三、电场中的导体、电容器
1.电场中的导体
组织学生整理、复习.
(1)什么是静电感应?
应明确:
静电感应是一个过程,是导体内电荷重新分布的过程.
找学生描述静电感应过程.
(2)导体处于静电平衡时,有哪些性质?
①导体内部的电场强度处处为零;
②导体表面是个等势面,导体是一个等势体;
③净电荷只分布在导体的外表面.
应让学生逐一说明这些性质的含义.
(3)巩固练习
[问题]观察与解释.
引导学生仔细观察.
(配合演示实验)①与毛皮摩擦过的胶棒靠近一个不带电的静电计上的小球,可以使静电计的指针张开,解释原因,此时静电计指针上带何种电荷?
②若在此情况下,胶棒与小球接触,指针会带何种电荷?
③若胶棒不与小球接触,而是用手接触一下小球,指针闭合,然后将胶棒拿开,指针又张开,解释这个现象,并说明此时指针带何种电荷?
学生可以互相讨论,然后给出解释.
[问题2]如图3-1-4所示,绝缘的导体球壳P上有一个小孔,用一根导线将球壳内的小金属球a和球壳外的小金属球b连接起来,P带正电.静电平衡时,金属球a、b是否带电?
分别带何种电荷?
学生通过思考回答,如果有不同的解释,可以讨论解决.
通过对此题的分析,可使学生对静电平衡的性质的理解更准确.
可提示学生:
小球a和小球b与球壳P等电势,小球a可看成是球壳内表面的一部分,而小球b应是球壳P外表面的一部分.
2.电容器
复习要点:
(2)电容器是一个储存和释放电能的元件.
(3)平行板电容器的电容由哪些因素决定?
(重温平行板电容器的研究的演示实验)
让学生做整理工作.
学生应知道在演示实验中,静电计指针指示的是指针与外壳之间
的电势差,也是电容器两板之间的电势差.
学生读题,思考后回答.
问题讨论:
[问题1]如图3-1-5所示,金属板A、C平行放置,且均接地,设金属板B带有正电荷3×10-6C,将B插入A、C之间,并使
C板各带电量多少?
此题可以巩固静电平衡和电容的有关概念.
答案:
E1∶E2=2∶1;QA=2×10-6C,QC=1×10-6C.
[问题2]如图3-1-6所示,已知电源电动势E=18V,电容CA=20μF,CA=10μF.
学生读题,思考后回答.
(1)开关S先接1,再接2,则QB=?
(2)在此基础上,开关S再接1,然后又接2,则QB=?
通过此题的分析和求解,加深对电容器储存和释放电荷功能的理解.
答案:
(1)QB=1.2×10-4C;
(2)QB=1.6×10-4C.
同步练习
一、选择题
1.在x轴上有两个点电荷,一个带正电Q1,一个带负电-Q2,且Q1=2Q2.用E1和E2分别表示两个电荷所产生的场强的大小,则在X轴上 [ ]
A.E1=E2之点只有一处,该处合场强为0
B.E1=E2之点共有两处:
一处合场强为0,另一处合场强为2E2
C.E1=E2之点共有三处:
其中两处合场强为0,另一处合场强为2E2
D.E1=E2之点共有三处:
其中一处合场强为0,另两处合场强为2E2
2.一平行板电容器充电后与电源断开,在两极板间有一正电荷(电量很小)固定在P点,如图3-1-7所示,以E表示两极板间的场强,U表示电容器的电压,W表示正电荷在P点的电势能.若保持负极板不动,将正极板移到图中虚线所示的位置,则 [ ]
A.U变小,E不变
B.E变大,W变大
C.U变小,W不变
D.U不变,W不变
3.一金属球,原来不带电,现沿球的直径的延长线放置一均匀带电的细杆MN,如图3-1-8所示,金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上a、b、c三点的场强大小分别为Ea、Eb、EC,三者相比,则 [ ]
A.Ea最大
B.Eb最大
C.Ec最大
D.Ea=Eb=Ec
二、论述与计算
1.如图3-1-9所示,a、b和c表示点电荷的电场中的三个等势面,
某处由静止释放后,仅受电场力作用而运动.已知它经过等势面b的时候速率为V,则它经过等势面C时的速率为多大?
2.已知电子的质量和电量分别为m、e,氢原子核外电子的轨道半径为r.若认为核外电子绕核做匀速圆周运动,库仑力为其向心力,那么,氢的核外电子绕运动等效为一个环型电流的电流强度的大小是多大?
3.如图3-1-10所示,某检验电荷+q、质量为m,在电场中受电场
从a至b速度方向转过θ角.求a、b二点的电场强度大小、方向,a、b二点间的电势差Uab
4.在如图3-1-11所示的电路中,电容器A的电容CA=30μF,电容器B的电容CB=10μF.在开关S1、S2都是断开的情况下,分别给A、B充电,充电后,M点的电势比N高5V,O点的电势比P点低5V.然后把S1、S2都接通,接通后M点的电势与N点的电势相比如何?
5.如图3-1-12所示,A、B、C、D是匀强电场中一正方形的四个顶点,已知A、B、C三点的电势分别为UA=15V,UB=3V,UC=3V.由此可得D点的电势UD等于多少?
6.证明如图3-1-13所示的电场线是不存在的.
附:
静电场规律概念部分知识结构
1.静电场规律的实验基础
(1)电荷守恒定律.
(2)库仑定律.
(3)电场叠加原理.
2.电场强度E
(1)定义:
电场中某点A的电场强度为电荷q在A点所受电场力
(2)规定:
正电荷在电场中某点的受力方向是该点的场强方向.
(应对静电场中的五种电场的电场线分布熟悉,能根据电场线的分布说出电场中场强的情况.)
(4)场强的叠加
在电场中,任意一点的场强是电场中所有电荷产生的电场强度的共同贡献.按平行四边形定则进行矢量的叠加.
3.电势、电势差
(1)定义:
静电场中某点A的电势为电荷q在A点所受具有的电
A、B两点的电势差等于A、B两点的电势之差:
UAB=UA-UB;
A、B两点的电势差等于在A、B两点间移动电荷q电场力所做的
(2)规定:
以无穷远为电势能零点.电场力对电荷做正功,电荷的电势能减少,电荷克服电场力做功,电荷的电势能增加.电荷电势能的变化量大小与电场力做功的数值相等.
(由于平等板间的匀强电场的边界是一定的,所以其电势能零点是根据具体情况规定的.)
(3)描述:
等势面.应对静电场中的五种电场的等势面分布了解,能根据等势面的分布大致说出电场中电势的情况.
4.场强和电势的关系
(1)沿场强方向是电势降落最快的方向.电场中,电场线与等势面垂直并从电势较高的等势面指向电势较低的等势面.
dAB是A、B两点沿电场线方向的距离.
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