高中物理人教版选修31 11电荷及其守恒定律教案.docx

1、高中物理人教版选修31 11电荷及其守恒定律教案教学设计第一节、电荷及其守恒定律教学目标重点：电荷守恒定律难点：利用电荷守恒定律分析解决相关问题摩擦起电和感应起电的相关问题。教学过程：【板书】第一章 静电场复习初中知识：【板书】自然界中的两种电荷正电荷和负电荷：把用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷称为正电荷，用正数表示把用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷称为负电荷，用负数表示电荷及其相互作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引（二）进行新课：第1节、电荷及其守恒定律【板书】电荷（1）原子的核式结构及摩擦起电的微观解释构成物质的原子本身就是由带电微粒组成。 原子：包括原子核（质子和中子）和核外电子。（

2、2）摩擦起电的原因：不同物质的原子核束缚电子的能力不同实质：电子的转移结果：两个相互摩擦的物体带上了等量异种电荷（3）金属导体模型也是一个物理模型P3用静电感应的方法也可以使物体带电【演示】：把带正电荷的球C移近彼此接触的异体A，B(参见课本图1.11)可以看到A，B上的金属箔都张开了，表示A，B都带上了电荷如果先把C移走，A和B上的金属箔就会闭合如果先把A和B分开，然后移开C，可以看到A和B仍带有电荷；如果再让A和B接触，他们就不再带电这说明A和B分开后所带的是异种等量的电荷，重新接触后等量异种电荷发生中和【板书】（4）、静电感应：把电荷移近不带电的异体，可以使导体带电的现象。利用静电感应使

3、物体带电，叫做感应起电提出问题：静电感应的原因？带领学生分析物质的微观分子结构，分析起电的本质原因：把带电的球C移近金属导体A和B时，由于同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，使导体上的自由电子被吸引过来，因此导体A和B带上了等量的异种电荷感应起电也不是创造了电荷，而是使物体中的正负电荷分开，是电荷从物体的一部分转移到另一部分。得出电荷守恒定律【板书】2、电荷守恒定律：电荷既不能创造，也不能消灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分另一种表述：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和总是保持不变。引导学生分析问题与练习33元电荷电荷的多少叫做电荷量符号：Q或q 单位

4、：库仑 符号：C元电荷:电子所带的电荷量，用e表示.注意：所有带电体的电荷量或者等于e，或者等于e的整数倍。就是说，电荷量是不能连续变化的物理量。电荷量e的值：e=1.6010-19C比荷：电子的电荷量e和电子的质量me的比值,为C/第二节、库仑定律（1课时）教学目标重点：掌握库仑定律难点：会用库仑定律的公式进行有关的计算教学过程：（一）复习上课时相关知识（二）新课教学【板书】-第2节、库仑定律提出问题：电荷之间的相互作用力跟什么因素有关？【演示】：带正电的物体和带正电的小球之间的相互作用力的大小和方向使同学通过观察分析出结论(参见课本图1.21)【板书】：1、影响两电荷之间相互作用力的因素：

5、1距离2电量2、库仑定律内容表述：力的大小跟两个点电荷的电荷量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比作用力的方向在两个点电荷的连线上公式：静电力常量k = 9.0109Nm2/C2适用条件：真空中，点电荷理想化模型【介绍】：（1）关于“点电荷”，应让学生理解这是相对而言的，只要带电体本身的大小跟它们之间的距离相比可以忽略，带电体就可以看作点电荷严格地说点电荷是一个理想模型，实际上是不存在的这里可以引导学生回顾力学中的质点的概念容易出现的错误是：只要体积小就能当点电荷，这一点在教学中应结合实例予以纠正（2）要强调说明课本中表述的库仑定律只适用于真空，也可近似地用于气体介质，对其它介质对电荷间库

6、仑力的影响不便向学生多作解释，只能简单地指出：为了排除其他介质的影响，将实验和定律约束在真空的条件下扩展：任何一个带电体都可以看成是由许多点电荷组成的任意两点电荷之间的作用力都遵守库仑定律用矢量求和法求合力利用微积分计算得：带电小球可等效看成电量都集中在球心上的点电荷静电力同样具有力的共性，遵循牛顿第三定律，遵循力的平行四边形定则【板书】：3、库仑扭秤实验（1785年，法国物理学家库仑）【演示】：库仑扭秤(模型或挂图)介绍：物理简史及库仑的实验技巧实验技巧：（1）小量放大（2）电量的确定【例题1】：试比较电子和质子间的静电引力和万有引力已知电子的质量m1=9.1010-31kg，质子的质量m2

7、=1.6710-27kg电子和质子的电荷量都是1.6010-19C分析：这个问题不用分别计算电子和质子间的静电引力和万有引力，而是列公式，化简之后，再求解解：电子和质子间的静电引力和万有引力分别是可以看出，万有引力公式和库仑定律公式在表面上很相似，表述的都是力，这是相同之处；它们的实质区别是：首先万有引力公式计算出的力只能是相互吸引的力，绝没有相排斥的力其次，由计算结果看出，电子和质子间的万有引力比它们之间的静电引力小的很多，因此在研究微观带电粒子间的相互作用时，主要考虑静电力，万有引力虽然存在，但相比之下非常小，所以可忽略不计【例题2】：详见课本P9说明：1点电荷是一种理想化的物理模型，这一

8、点应该使学生有明确的认识2通过本书的例题，应该使学生明确地知道，在研究微观带电粒子的相互作用时为什么可以忽略万有引力不计3在用库仑定律进行计算时，要用电荷量的绝对值代入公式进行计算，然后根据是同种电荷，还是异种电荷来判断电荷间的相互作用是引力还是斥力4库仑扭秤的实验原理是选学内容，但考虑到库仑定律是基本物理定律，库仑扭秤的实验对检验库仑定律具有重要意义，所以希望教师介绍给学生，可利用模型或挂图来介绍 第三节、电场 电场强度（2课时）教学目标重点：电场强度的概念及其定义式难点：对电场概念的理解、应用电场的叠加原理进行简单的计算教学过程（二）新课教学-第3节 电场 电场强度1、电场： 启发学生从哲

9、学角度认识电场，理解电场的客观存在性，不以人的意识为转移，但能为人的意识所认识的物质属性利用课本图145说明：电荷A和B是怎样通过电场与其他电荷发生作用电荷A对电荷B的作用，实际上是电荷A的电场对电荷B的作用；电荷B对电荷A的作用，实际上是电荷B的电场对电荷A的作用（1）电荷之间的相互作用是通过特殊形式的物质电场发生的，电荷的周围都存在电场.特殊性：不同于生活中常见的物质，看不见，摸不着，无法称量，可以叠加.物质性：是客观存在的，具有物质的基本属性质量和能量.（2）基本性质：主要表现在以下几方面引入电场中的任何带电体都将受到电场力的作用，且同一点电荷在电场中不同点处受到的电场力的大小或方向都可

10、能不一样.电场能使引入其中的导体产生静电感应现象.当带电体在电场中移动时，电场力将对带电体做功，这表示电场具有能量.可见，电场具有力和能的特征提出问题：同一电荷q在电场中不同点受到的电场力的方向和大小一般不同，这是什么因素造成的？引出电场强度的概念：因为电场具有方向性以及各点强弱不同，所以造成同一电荷q在电场中不同点受到的电场力的方向和大小不同，我们用电场强度来表示电场的强弱和方向2、电场强度(E)：由图1.2-1可知带电金属球周围存在电场。且从小球受力情况可知，电场的强弱与小球带电和位置有关。引出试探电荷和场源电荷-（1）关于试探电荷和场源电荷-（详见P12）注意：检验电荷是一种理想化模型，

11、它是电量很小的点电荷，将其放入电场后对原电场强度无影响指出：虽然可用同一电荷q在电场中各点所受电场力F的大小来比较各点的电场强弱，但是电场力F的大小还和电荷q的电量有关，所以不能直接用电场力的大小表示电场的强弱实验表明：在电场中的同一点，电场力F与电荷电量q成正比，比值F/q由电荷q在电场中的位置所决定，跟电荷电量无关，是反映电场性质的物理量，所以我们用这个比值F/q来表示电场的强弱（2）电场强度定义：电场中某一点的电荷受到的电场力F跟它的电荷量q的比值，叫做该点的电场强度，简称场强用E表示。公式（大小）：E=F/q （适用于所有电场）单位：N/C 意义P13提出问题：电场强度是矢量，怎样表示

12、电场的方向呢？方向性：物理学中规定，电场中某点的场强方向跟正电荷在该点所受的电场力的方向相同指出：负电荷在电场中某点所受的电场力的方向跟该点的场强方向相反带领学生讨论真空中点电荷周围的电场，说明研究方法：将检验电荷放入点电荷周围的电场中某点，判断其所受的电场力的大小和方向，从而得出该点场强唯一性和固定性电场中某一点处的电场强度E是唯一的，它的大小和方向与放入该点电荷q无关，它决定于电场的源电荷及空间位置，电场中每一点对应着的电场强度与是否放入电荷无关.带领学生总结出真空中点电荷周围电场的大小和方向在此过程中注意引导学生总结公式E=F/q和E=kQ/r2的区别及联系3、（真空中）点电荷周围的电场

13、、电场强度的叠加（1）点电荷周围的电场大小：E=kQ/r2 （只适用于点电荷的电场）方向：如果是正电荷，E的方向就是沿着PQ的连线并背离Q；如果是负电荷：E的方向就是沿着PQ的连线并指向Q(参见课本图147)说明：公式E=kQ/r2中的Q是场源电荷的电量，r是场中某点到场源电荷的距离从而使学生理解：空间某点的场强是由产生电场的场源电荷和该点距场源电荷的距离决定的，与检验电荷无关提出问题：如果空间中有几个点电荷同时存在，此时各点的场强是怎样的呢？带领学生由检验电荷所受电场力具有的叠加性，分析出电场的叠加原理（2）电场强度的叠加原理：某点的场强等于该点周围各个电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和

14、先分析方法（P13-14）后举例：先在同一直线再不在同一直线。例如：课本图1.3-3中P点的场强，等于Q1在该点产生的场强E1和Q2在该点产生的场强E2的矢量和从而使学生进一步理解到，任何带电体都可以看做是有许多点电荷组成的利用点电荷场强的计算公式及叠加原理就可以计算出其周围各点场强组织学生讨论课本中的【说一说】，由学生讨论后归纳：（1）关于静电平衡（2）静电平衡后导体内部电场的特点：处于静电平衡状态的导体，内部的场强处处为零（注意：这时的场强是合场强，即外电场和感应电场的叠加）处于静电平衡状态的导体，电荷只分布在导体的外表面上。4、电场线（1）电场线：电场线是画在电场中的一条条有方向的曲线，

15、曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度的方向。（2）电场线的基本性质电场线上每点的切线方向就是该点电场强度的方向.电场线的疏密反映电场强度的大小(疏弱密强).静电场中电场线始于正电荷或无穷远，止于负电荷或无穷远.它不封闭，也不在无电荷处中断.任意两条电场线不会在无电荷处相交(包括相切)介绍各种点电荷电场线的分布情况。【演示】模拟电场线指出：电场线是为了形象描述电场而引入的，电场线不是实际存在的线。5、匀强电场(1)定义：电场中各点场强的大小相等、方向相同的电场就叫匀强电场.(2)匀强电场的电场线：是一组疏密程度相同(等间距)的平行直线.例如，两等大、正对且带等量异种电荷的平行金属板间的电场中，

16、除边缘附近外，就是匀强电场.如图14.3-1.常见电场的电场线电场电场线图样简要描述正点电荷发散状负点电荷会聚状等量同号电荷相斥状等量异号电荷相吸状匀强电场平行的、等间距的、同向的直线说明1电场强度是表示电场强弱的物理量，因而在引入电场强度的概念时，应该使学生了解什么是电场的强弱，同一个电荷在电场中的不同点受到的电场力的大小是不同的，所受电场力大的点，电场强2应当使学生理解为什么可以用比值F/q来表示电场强度，知道这个比值与电荷q无关，是反映电场性质的物理量用比值定义一个新的物理量是物理学中常用的方法，应结合学生前面学过的类似的定义方法，让学生领会电场强度的定义3应当要求学生确切地理解E=F/

17、q和E=kQ/r2这两个公式的含义，以及它们的区别和联系4应用电场的叠加原理进行计算时不应过于复杂，一般只限于两个电场叠加的情形通过这种计算，使学生理解场强的矢量性5电场线是为了形象描述电场而引入的，电场线不是实际存在的线。1.4电势能和电势【教学目标】【教学重点和难点】1重点 理解掌握电势能、电势、等势面的概念及意义。2难点 掌握电势能与做功的关系，并能用此解决相关问题。一、静电力做功的特点结合课本图1。4-1（右图）分析试探电荷q在场强为E的均强电场中沿不同路径从A运动到B电场力做功的情况。q沿直线从A到Bq沿折线从A到M、再从M到Bq沿任意曲线线A到B结果都一样即：W=qELAM =qE

18、LABcos与重力做功类比，引出结论：静电力做的功只与电荷的起始位置和终点位置有关，与电荷经过的路径无关。拓展：该特点对于非匀强电场中也是成立的。二、电势能寻找类比点：力做功只与物体位置有关，而与运动路径无关的事例在物理中有哪些呢？属于什么能？（移动物体时重力做的功与路径无关同一物体在地面附近的同一位置才具有确定的重力势能。）思考：静电力做功也与路径无关，是否隶属势能？我们可以给它一个物理名称吗？1电势能：由于移动电荷时静电力做功与移动的路径无关，电荷在电场中也具有势能，这种势能我们叫做电势能。电势能用Ep表示。【思考与讨论】 如果做功与路径有关，那能否建立电势能的概念呢？2讨论：静电力做功与

19、电势能变化的关系通过知识的类比，让学生能从中感受到新知识的得出也可以通过已有获取。静电力做的功等于电势能的变化。功是能量变化的量度。电场力做多少功，电势能就变化多少，在只受电场力作用下，电势能与动能相互转化，而他们总量保持不变。WAB（EpBEpA）EpAEP【思考讨论】对不同的电荷从A运动到B的过程中，电势能的变化情况：正电荷从A运动到B做正功，即有WAB0，则EpAEpB，电势能减少。（1）正电荷顺着电场线的方向其电势能逐渐减少。负电荷从A运动到B做正功，即有WABEpB，电势能增加。（2）负电荷顺着电场线的方向其电势能逐渐降低。对此分析得出：电势能为系统所有，与重力势能相类似。3求电荷在

20、某点处具有的电势能问题讨论：在上面讨论的问题中，请分析求出A点的电势能为多少？学生思考后无法直接求出，不妨就此激励学生，并提出类比方法。类比分析：如何求出A点的重力势能呢？进而联系到电势能的求法。则 EpAWAB （以B为电势能零点）电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移动到零势能位置撕所做的功。4零势能面的选择通常把电荷离场源电荷无限远处的电势能规定为零，或把电荷在大地表面上的电势能规定为零。拓展：求电荷在电场中A、B两点具有的电势能高低。将电荷由A点移动到B点，根据静电力做功情况判断。若静电力做功为正功，电势能减少，电荷在A点电势能大于在B点的电势能。反之静电力做负功，电势能增加，电荷

21、在A点电势能小于在B点的电势能弄清正、负电荷在电场中电势能的不同特点，判断其做功特点再进行判断。通过对不同内容的拓展，引导学生能通过自己对不同事例的分析，知道对问题考虑的全面性有所了解，同时能正确认识到在分析问题时还应该思考问题的不同侧面，达到对问题的全面解决。提高思维的深度和发散能力，达到对物理学习全面化的探究要求。三、电势： 通过研究电荷在电场中电势能与它的电荷量的比值得出。参阅P20图1。4-3（1）定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值，叫做这一点的电势。用表示。标量，只有大小，没有方向，但有正负。（2）公式：（与试探电荷无关）（3）单位：伏特（V）（4）电势与电场线的关系

22、：电场线指向电势降低的方向。电势顺线降低；顺着电场线方向，电势越来越低。与电势能相似，我们知道Ep有零势能面，因此电势也具有相对性。引导学生得出：应该先规定电场中某处的电势为零，然后才能确定电场中其他各点的电势。（5）零电势位置的规定：电场中某一点的电势的数值与零电势的选择有关，即电势的数值决定于零电势的选择。因此电势有正负之分，是由于其零电势的选择决定。通常以大地或无穷远默认为零。与零电势能的位置规定是否有相似之处呢？思考与讨论： 参看书上的问题进行思考与讨论，然后思考若是q当做负电荷来进行研究，其结果是否一样呢？四、等势面在地理课上常用等高线来表示地势的高低。今天我们学习了电势的知识后，那

23、我们可以用什么来表示电势的高低呢？学生：在电场中常用等势面来表示电势的高低。1等势面：电场中电势相同的各点构成的面。寻找等势面：找正点电荷和带电平行金属板中的等势面。观看挂图，从中寻找不同电场中等势面的不同和相同点，进行合理猜想。2等势面与电场线的关系在同一等势面上各点电势相等，所以在同一等势面上移动电荷，静电力不做功。WABEpAEPbqAqB0讨论：什么情况下会出现力做功为零的情况？引导分析得出：Fv电场线跟等势面一定垂直，即跟电场强度的方向垂直。引导学生用反证法达到证明的目的，加深对知识点的应用。而沿着电场线的方向，电势越来越低。归纳总结可得出：电场线跟等势面垂直，并且由电势高的等势面指

24、向电势低的等势面。若两个相邻的等势面间的电势之差是相等的，则能得到书上图145的图形。观看图形或挂图，结合电场线的特点，可得出结论。等势面越密，电场强度越大。等势面不相交、不相切。3应用等势面：由等势面描绘电场线方法：先测绘出等势面的形状和分布，再根据电场线与等势面的关系，绘出电场线的分布，于是我们就知道电场的情况了。布置作业：P22 1、2、3、7第五节、电势差教学目标：教学重点 应用电势差的概念求解静电力对电荷所做的功。教学难点 应用电势差的概念求解静电力对电荷所做的功。 归纳推理法、讲授法教学过程：（一）引入新课教师：上节课我们学习了静电力做功的特点，从静电力做功的角度学习了电势能和电势

25、的概念。下面简要回顾一下上节课学习的内容。（1）静电力做功的特点：（学生回答） （2）电势：电场中某一点，电荷的_，叫做这一点的电势。电势是个相对的量，某点的电势与_的选取有关。因此电势有正、负，表示该点电势比零电势点高还是低。通常把_的电势规定为零。教师：电场中两点间电势的差值，叫做电势差。那么，电势差与静电力做功和电荷的电势能之间有什么关系呢？下面我们就来推导它们间的关系。（二）进行新课1、电势差与电势的关系教师活动：引导学生推导电势差与电势的关系式设电场中A点的电势为，B点的电势为，则有或者表示成显然讨论：（1）电势差可以是正值也可以是负值，电势差的正负表示什么意义？（2）电势的数值与零

26、电势点的选取有关，电势差的数值与零电势点的选取有关吗？为什么？这与力学中学过的哪个概念相似？2、静电力做功与电势差的关系教师活动：引导学生推导静电力做功与电势差的关系式电荷q从电场中A点移到B点，由静电力做功与电势能变化的关系可得：由电势能与电势的关系可得：；所以： 即或讨论：UAB由什么决定？由WAB、q决定吗？WAB由q、UAB决定吗？学生答UAB仅由电荷移动的两位置A、B决定，与所经路径，WAB、q均无关，但可由UAB=计算UAB，而WAB却由q，UAB决定。这些也可由比值定义法定义概念的共性规律中得到。引导学生得出电势差UAB与q、WAB均无关，仅与电场中A、B两位置有关。故电势差反映

27、了电场本身的性质。电势差的物理意义：电势差反映了电场本身的性质。电势差的单位：伏特 符号V 1V=1 J/C电势差是标量。点评：知道了电场中两点的电势差，就可以很方便地计算在这两点间移动电荷时静电力做的功，而不必考虑静电力和电荷移动的路径。例题1（教材24页）教师引导学生分析、求解。培养学生对概念的理解能力和分析解决问题的能力。例题之后教师要帮助学生及时总结点评：在应用公式或时，对各物理量的符号的处理方法：计算时将各量的正、负号代入公式，并根据结果的正、负号进行判断。（三）课堂总结：电场中两点的电势差，由电场本身的初、末位置决定，与在这两点间移动电荷的电荷量、电场力做功的多少无关在确定的电场中

28、，即便不放入电荷，任何两点间的电势差都有确定的值，不能认为UAB与WAB成正比，与q成反比只是可以利用WAB、q来测量A、B两点电势差UAB电场力做功WqU功的大小对给定的电荷来说与其运动路径无关，仅由起始和终了位置的电势差有关，此公式适用于一切电场课余作业：书面完成P25“问题与练习”第1、2题；思考并回答第3题。第六节、电势差与电场强度的关系教学目标：教学重点 U=Ed及其成立条件。教学难点 电势与场强无直接的关系；会用关系式U=Ed进行有关的计算。教学方法 分析归纳法。教学用具： 多媒体辅助教学设备教学过程（一）引入新课提问你学过哪些描述电场性质的物理量？学生答电场的两大性质：力的性质，

29、由电场强度描述，可用电场线形象表示；能的性质：由电势、电势差描述，可用等势面形象表示。提问等势面有哪些特点？学生答等势面的特点：沿等势面移动电荷电场力不做功；等势面与电场线垂直，且电场线从高电势指向低电势；任两个等势面不相交。过渡既然场强、电势、电势差都描述电场的性质，它们之间一定存在关系、什么关系呢？下面我们就来推导它们间的关系。（二）进行新课1、电场强度与电势的关系教师：场强与电势差也无直接关系吗？如何进行讨论呢？学生思考后分析可仍从电场的等势面和电场线的分布图讨论：等势面上，每相邻两个等势面间距表示它们间的电势差，故可用等势面的疏密来表示电势差.由图知，电场线密处，等势面也密，即场强大处

30、，电势差也大.教师：场强与电势差有何定量关系？引导学生讨论在匀强电场中它们间的关系.右图是一个匀强电场，场强大小为E，A、B是沿电场方向上的两点，其电势差为U，A、B之间相距为d。现将一个电量为q的电荷由A移到B，你可以用几种方法计算电场力所做的功？（1）WFdqEd（2）WqU即得：UEd 或 EUd若A、B不在同一条电场线上：如右图根据电势差的定义式，得UAB=用d表示A、B在场强方向上的距离AB，则上式可写为：UAB =Ed师生互动，得出总结结论：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。教师：上式是在匀强电场中推出的，它适用于非匀强电场吗？学生：思考、讨论后回答：不适用。因为在非匀强电场中，电荷从A移至B的过程中，受的电场力为变力，W电场不能写成Fs.电场强度与电势差的关系：UAB =Ed注：只适用于匀强电场d：沿电场方向的距离问题由UAB=Ed，得到：，这个式子表示什么含义？从式子中可看出E的单位是什么？学生答在匀强电场中，电场强度在数值上等于沿电场方向每单位距