10.3《电势差与电场强度》 课程设计-2021-2022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
本节内容选自新人教版必修第三册第十章第3节，新课程标准对本节课的要求是“知道匀强电场中电势差与电场强度的关系”。电势差和电场强度是本章重要的物理概念，因为它们分别描述了电场的两大性质：能的性质和力的性质。因此，本节内容起到桥梁、纽带的作用，将电场的两大性质联系起来。本节课通过分析推理，导出匀强电场中电势差与电场强度的关系式，通过分析寻找物理量之间的内在联系，培养学生对科学的探究精神，帮助学生更好的理解电势、电场强度两个物理概念
学情分析
学生已经学习了电场强度、电势差这两个物理量，也以匀强电场为特例讨论了静电力做功的特点，引出电势能、电势和电势差等概念，这些都为本节课的学习打下了坚实的基础。经过高中一年的学习，学生已经具备了一定的推理能力、观察能力和归纳总结能力，在本节课中，学生能够导出匀强电场中电势差与电场强度的关系。另外，高中学生具有强烈的好奇心和求知欲，教学上可以充分调动学生积极性和主动性，发挥教师的主导和学生的主体作用，培养学生对物理的学习兴趣。
教学目标
物理观念
进一步理解电场强度、电势、电势差的概念；
知道电场强度的另一个单位“伏每米”的物理意义。
科学思维
1、电势差与电场强度关系的理论推导，提升学生物理模型建构能力和推理能力；
2、运用类比的思维方式，深化理解电势差、等势面等抽象概念；
3、合作共建，课堂小结，培养学生分析综合、归纳总结的能力。
科学探究
经历探究匀强电场中电势差与电场强度的定量关系的过程，激发学生学习物理的兴趣，提高科学探究能力；
通过例题探究，提升学生运用数学知识解决物理问题的能力。
科学态度与责任
例题讲解融入物理学史，让学生体验科学探究的曲折、艰辛和乐趣，增进对科学探究的理解，感知科学的价值和科学的精神；
回归生活，引入“跨步电压”设置问题，培养学生用科学方法解决实际问题的能力，增强学生的实践意识，养成科学态度。
教学重点
匀强电场中 UAB＝ Ed 的推导，此关系式体现了电场两个核心概念之间的联系。
教学难点
1、电场强度新的物理意义；
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，空间变化率概念的渗透。
教学流程
教学过程
实验探究，引入新课
1、演示实验：
向学生介绍如图所示的装置，感应起电机、两块圆形金属板、用锡纸包裹的小球、铁架台、导线若干。转动感应起电机，让锡纸包裹的小球接触感应起电机的放电小球，使小球带电，然后用导线将圆形金属板与起电机相连，将带电小球悬挂在两块圆形金属板之间，转动感应起电机，观察小球运动情况。
2、实验现象：
感应起电机转动起电过程中小球会偏转，且转速越大，小球偏角越大。
3、实验结论：
两极板上的电荷越多，电势差越大，极板间场强越大；
电场强度的大小和电势差正相关。
理论探究，构建新知
1、创设问题情境：
在匀强电场中，设A、B为电场线方向上的两点，它们间的距离为d。将一正电荷q沿电场线方向由A移动到B。
2、理论探究
3、得出结论：
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。
4、思考与讨论：
如图所示，如果A、B两点不在电场线上，以上结论还成立吗？
注意：d一定是两点沿电场方向的距离！
知识归纳，加深理解
1）由U=Ed变形得E=U/d,场强的单位可以写作什么？？ ——V/m
2）如何证明电场强度的两个单位是一致的？——1V/m=1J/(C·m)=1N/C
3）由U=Ed变形得E=U/d,有什么新的含义？ 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。
4）如何由E=U/d解释电场线密的地方，等差等势面也密？ 每相邻两条等势线间的电势差是相等的
5）类比a=Δv/Δt，加速度描述的是速度随时间的变化快慢，加速度是速度对时间的变化率。则E=U/d可以怎么理解？ E=U/d=Δφ/Δx，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。
6）电场强度方向的再理解 如图，图中虚线为等势线，B、C、D三点位于同一等势线上。 问题1：比较A与B、A与C、A与D间电势差的大小UAB_=__UAC_=__UAD。 问题2：电势沿AB、AC、AD三条线哪一个降落最快？_AB_____。 问题3：电势降落最快的方向与电场强度的方向是什么关系？ 电场强度方向指向电势降落最快的方向
7）等势线与等高线的再类比
例题讨论，深化应用
1、例题剖析：
如图所示，真空中平行金属板M、N之间的距离d为0.04 m，有个2×10-15 kg的带电粒子位于M板旁，粒子的电荷量为8×10-15 C，给两金属板加200 V直流电压。
求带电粒子所受的静电力的大小。
解析：
求带电粒子从M板由静止开始运动到N板时的速度大小。
(3)如果两金属板距离增大为原来的2倍，其他条件不变，则上述问题(1)(2)的答案又如何？
当d‘＝2d 时，E'＝U/ d'＝E/2， F'＝E'q＝F/2，a'＝F'/m＝a/2，则
只要加速电压U是一定的，带电粒子加速后所获得的动能就是一定的。
2、拓展延申：
上述例题中，M、N 是两块平行金属板，两板间的电场是匀强电场。如果 M、N 是其他形状，中间的电场不再均匀，例题中的三个问题还有确定答案吗？为什么？
解析：由于是非匀强电场，故静电力就没有确定答案；
由于静电力是变力，故牛顿运动定律求解就不太方便。但动能定理可以，由于静电力做功W=qU只与两板间的电压有关，故速度答案不变。
重温经典，感知科学
1、例题剖析：
如图是密立根油滴实验的示意图。油滴从喷雾器的喷嘴喷出，落到图中两极板之间的匀强电场中。油滴由于摩擦而带电，调节两极板之间的电压，当极板间电压为U时，恰好使某个油滴悬浮。若测得悬浮油滴的质量为m，两极板之间的距离为d，重力加速度为g，
求：（1）悬浮油滴带什么电荷；（2）悬浮油滴的电荷量大小。
解析：
（1）油滴受重力和电场力而平衡，电场力向上，场强方向竖直向下，故油滴带负电荷。
（2）
2、物理学史：
密立根发现所有油滴所带的电荷量都等于某个电荷量的整数倍，该电荷量为元电荷，因此他获得了1923年诺贝尔物理学奖。
这样的设计在提升学生运用所学知识解决实际问题的能力的同时，让学生体验科学探究的曲折、艰辛和乐趣，生成科学探究的能力，增进对科学探究的理解，感知科学的价值和科学的精神。
回归生活，提升能力
安全用电尝试中，有一个涉及“跨步电压”现象的问题。什么是“跨步电压”？如果遇到地面漏电，应该如何避免“跨步电压”？
解析：
跨步电压指电气设备发生接地故障时，在接地电流入地点周围电位分布区行走的人，其两脚之间的电压。
根据U=Ed可知，在特定范围内，E没有办法减小，可以通过减小d来减小电势差U。
合作共建，课堂小结
板书设计