最新新课标人教版高中物理选修31全套教学设计.docx

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最新新课标人教版高中物理选修31全套教学设计

人教版高中物理选修3-1精品教案

库仑定律、电场强度

（一）电荷守恒定律

1、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，在转移过程中，电荷的总量保持不变。

这个结论叫做电荷守恒定律。

2、电荷的多少叫电荷量，单位库伦，用C表示。

最小的电荷叫元电荷，用e表示，e=1.60×10－19C。

3、带电粒子的电荷量与粒子的的质量之比，

C/kg.叫做该粒子的比荷。

4、库仑定律

　　真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。

（1）公式

（2）k=9.0×109N·m2/c2

电荷量的单位是库仑（C）、力的单位是牛顿（N）、距离单位米（m）K是静电力常量

（3）适用条件：

真空中，点电荷（注意：

看作点电荷的前提是带电体间的距离远大于带电体的尺寸）

（4）微观粒子之间的万有引力远小于库仑力。

（5）两个点电荷之间的作用力不因第三个点电荷的存在而改变。

5、点电荷：

任何带电体都有形状和大小，其上的电荷也不会集中在一点上。

当带电体间的距离比它们自身的大小大得多，带电体的大小和形状忽略不计。

这样的带电体可看作点电荷，点电荷类似于力学中的质点，它是一种理想化的物理模型。

（二）电场　电场强度

1、电场的基本性质：

就是对放入其中的电荷有力的作用，这种力叫做电场力。

2、电场强度

　　放入电场中某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。

（1）公式

（2）单位V/m　1V/m=1N/C但E与F和q无关，E由场源和位置决定。

（3）矢量性：

规定正电荷在该点受电场力的方向为该点场强的方向。

3、点电荷电场的场强　

4、电场的叠加原理：

如果有几个点电荷同时存在，它们的电场就互相叠加，形成合电场。

这时某点的场强等于各个电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和。

这叫做电场的叠加原理。

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.

典型例题：

例1、有三个完全相同的金属小球A、B、C，其中A、B分别带＋14Q和－Q的电量，C不带电，A、B球心间的距离为r（远大于球的直径），相互吸引力为F。

现让C球先接触A球后，再与B球接触，当把C球移开后，A、B两球的作用力的大小将变为__________F。

精析：

　A、B可看成点电荷，

，C球与A球接触后，由电荷守恒定律知：

A、C两球各带＋7Q的电量；C球再与B球接触后，B、C两球各带＋3Q的电量，此时A、B两球间的相互作用为斥力

答案：

例2、真空中的两个点电荷A、B相距20cm，A带正电QA=4.0×10－10C，已知A对B的吸引力F=5.4×10－8N，则B在A处产生的场强大小为______V/m，方向_________；A在B处产生的场强大小是______V/m，方向是_________.

精析：

　A对B的作用力是A的电场对B的作用力，B对A的作用力是B的电场对A的作用力，由牛顿第三定律知FBA=5.4×10－8N，则

，方向由A指向B，又由

　，

方向由B指向A.

例4、如图所示：

q1、q2、q3分别表示在一条直线上的三个点电荷，已知q1与q2之间的距为l1，q2与q3之间的距为l2，且每个电荷都处于平衡状态。

（1）如q2为正电荷，则q1为______电荷，q3为______电荷。

（2）q1、q2、q3三者电荷量大小之比是：

______︰______︰______

解析：

就q2而言，q1和q3只要带同种电荷便可能使其处于平衡状态，而对q1和q3，若都带正电荷，各自均受制另外两个电荷的斥力而不能保持平衡，只有同带负电荷，q2对其为吸引力，另外一个电荷对其为斥力，当两力大小相等时才能处于平衡状态。

　　现再对q1列方程有：

（I1＋I2）2

　可得：

q2︰q3=l12︰（l1＋l2）2

　　对q2列方程有：

　可得：

q1︰q3=l12︰l22

∴q1︰q2︰q3=l12（l1＋l2）2︰l12l22︰（l1＋l2）2l22

总结：

三点电荷都平衡规律，三个点电荷一定满足：

（1）在同一直线上；

（2）两同类一异；（3）两大夹一小。

电势能电势和电势差

1．静电力做功的特点

结合（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B

q沿折线从A到M、再从M到B

q沿任意曲线线A到B

结果都一样即：

W=qELAM=qELABcos

【结论】：

在任何电场中，静电力移动电荷所做的功，只与始末两点的位置有关，而与电荷的运动路径无关。

2．电势能

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，这种势能叫做电势能。

可用EP表示。

静电力做的功等于电势能的减少量。

写成式子为：

注意：

①．电场力做正功，电荷的电势能减小；电场力做负功，电荷的电势能增加

②在正电荷产生的电场中正电荷在任意一点具有的电势能都为正，负电荷在任一点具有的电势能都为负。

在负电荷产生的电场中正电荷在任意一点具有的电势能都为负，负电荷在任意一点具有的电势能都为正。

③求电荷在电场中某点具有的电势能

电荷在电场中某一点A具有的电势能EP等于将该点电荷由A点移到电势零点电场力所做的功W的。

即EP=WAB

④求电荷在电场中A、B两点具有的电势能高低

将电荷由A点移到B点根据电场力做功情况判断，电场力做正功，电势能减小，电荷在A点电势能大于在B点的电势能，反之电场力做负功，电势能增加，电荷在B点的电势能小于在B点的电势能。

⑤电势能零点的规定:

若要确定电荷在电场中的电势能，应先规定电场中电势能的零位置。

⑥零势能面的选择:

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。

所以：

电荷在电场中某点的电势能，等于静电力把它从该点移动到零电势能位置时电场力所有做的功。

如上式若取B为电势能零点，则A点的电势能为：

3．电势

（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）1V=1J/C

（4）电势与电场线的关系：

电势顺线降低。

（电场线指向电势降低的方向）

（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．（大地或无穷远默认为零）

4、等势面的概念及特点

（1）等势面　电场中电势相同的各点构成的曲面叫做等势面。

（2）等势面的特点

①电场线与等势面处处垂直，且总是由电势高的等势面指向电势低的等势面；　②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，电场力不做功　③处于静电平衡的导体是一个等势体，导体表面是一个等势面；

④导体表面的电场线与导体表面处处垂直。

（3）熟悉匀强电场、点电荷的电场、等量异种电荷的电场、等量同种点电荷的电场的等势面的分布情况。

　　①点电荷电场中的等势面，是以电荷为球心的一簇球面；

　　②等量同种点电荷电场中的等势面，是两簇对称曲面

　　③等量异种点电荷电场中的等势面，是两簇对称曲面；

　　④匀强电场中的等势面，是垂直于电场线的一簇平面.

5、电势差：

1、电势差：

（又叫电压）

（1）定义：

电荷q在电场力作用下由A点移到另一点B的过程中，电场力做的功WAB与电荷量q的比值，叫A、B两点之间的电势差UAB。

（2）定义式：

（3）单位：

伏特符号：

V1V=1J/C

（4）物理意义：

电势差的值即为电场力作用下两点间移动一库仑的正电荷电场力做的功。

　说明：

①定义式

中，

为q从初位置A移动到末位置B电场力做的功，

可为正值，也可为负值，q为电荷所带的电量，正电荷取正值，负电荷取负值。

②电场中两点的电势差，由这两点本身的初、末位置决定。

与在这两点间移动电荷的电量、电场力做功的大小无关。

③公式

适用于任何电场。

2、电势与电势差的比较：

（1）电势差是电场中两点间的电势的差值，

（2）电场中某一点的电势的大小，与选取的参考点有关；电势差的大小，与选取的参考点无关。

（3）电势和电势差都是标量，单位都是伏特，都有正负值；

电势的正负表示该点比参考点的电势大或小；电势差的正负表示两点的电势的高低。

；

第六节、电势差与电场强度的关系

电场强度与电势差的关系：

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。

注：

①只适用于匀强电场②d是沿电场方向移动的距离。

2、可以写做

他的意义：

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距离的比值。

E的单位为V/m，即1V/m=1N/C。

第七节静电现象的应用

一、静电平衡的特点

1、处于静电平衡状态下的导体，内部的场强处处为零。

2、处于静电平衡状态的整个导体是个等势体，它的表面是个等势面。

3、导体外表面处场强方向必跟该点的表面垂直。

二、1、火花放电是指物体上积累了电荷，且放电时出现火花的放电现象；

2、接地放电是指为了防止物体上过量积累电荷，而用导体与大地连接，把电荷接入大地进行时时放电的现象；

3、尖端放电的原理：

物体表面带电密集的地方—尖端，电场强度大，会把空气分子“撕裂”，变为离子，从而导电；

三、静电屏蔽

1、空腔导体的特点：

静电荷只分布在外表面，内表面不带电，空腔内没有电场

2、静电屏蔽：

外部电场对内部仪器没有影响。

若将源电荷置于空腔内，则外对内没有影响，但内对外有影响

四、重难点知识剖析

1、电势与等势面

（1）电势是描述电场中单个点的电场性质，而等势面是描述电场中各点的电势分布。

（2）等势面的性质

　　①同一等势面上任意两点间的电势差为零；

　　②不同的等势面一定不会相交或相切；

　　③电场强度方向垂直等势面且指向电势降低的方向。

2、比较电荷在电场中某两点电势能大小的方法

（1）电场线法

　　正电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐减小；逆着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大．

　　负电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大；逆着电场线的方向移动时，电势能逐渐减小．

（2）做功判断法

无论正、负电荷，电场力做正功，电荷从电势能较大的地方移向电势能较小的地方．反之，如果电荷克服电场力做功，那么电荷将从电势能较小的地方移向电势能较大的地方．

（3）场源电荷判断法

离场源正电荷越近，试探正电荷的电势能越大，试探负电荷的电势能越小

离场源负电荷越近，试验正电荷的电势能越小，试验负电荷的电势能越大

3、电场中电势高低的判断和计算方法

（1）根据电场线方向判断．因沿电场线方向各点电势总是越来越低，而逆着电场线方向电势总是逐渐升高．

（2）根据等势面的分布和数值，都画在同一图上，直接从图上判定电势高低．

（3）根据电场力做功公式判定．当已知q和WAB时，由公式WAB=qUAB，则

判定．

4、电势能与电势的关系

（1）电势是反映电场电势能的性质的物理量．还可以从能的角度定义电势：

电场中某点的电荷具有的电势能EP跟它的电荷量的比值，叫做该点的电势，即

，某点的电势与该点是否有电荷无关．

（2）电势是由电场决定，电势能是由电场和电荷共同决定的．它们都是标量、相对量．当零势点确定以后，各点电势有确定的值．由于存在两种电荷，则在某一点不同种电荷的电势能有的为正值，也有的为负值．

5、电势与场强的比较

（1）场强是反映电场力的性质，电势是反映电场能的性质，它们都是由比值定义的物理量，因而它们都是由电场本身确定的，与该点放不放电荷无关．

（2）电场强度是矢量，电场确定后，各点的场强大小和方向都惟一地确定了．（即各点场强大小有确定的值）。

电势是标量，是相对量．电场确定后，各点电势的数值还可随零电势点的不同而改变．

　　（3）电场线都能描述它们，但又有所不同：

　　电场线的密度表示场强的大小，电场线上各点的切线方向表示场强的方向．

　　沿电场线的方向，电势越来越低，但不能表示电势的数值．

典型例题：

1、下图是一匀强电场，已知场强E=2×102N/C．现让一个电量q=－4×10－8C的电荷沿电场方向从M点移到N点，MN间的距离s=30cm．试求：

（1）电荷从M点移到N点电势能的变化．　

（2）M，N两点间的电势差．

解析：

（1）由图可知，负电荷在该电场中所受电场力F方向向左．因此从M点移到N点，电荷克服电场力做功，电势能增加，增加的电势能△E等于电荷克服电场力做的功W．

　　电荷克服电场力做功为W=qEs=4×10－8×2×102×0.3J=2.4×10－6J．

　　即电荷从M点移到N点电势能增加了2.4×10－6J．

（2）从M点到N点电场力对电荷做负功为WMN=－2.4×10－6J．

　　则M，N两点间的电势差为

．即M，N两点间的电势差为60V．

2、下列一些说法，正确的是（　）

A．电场中电势越高的地方，电荷在那一点具有的电势能越大

B．电场强度越大的地方，电场线一定越密，电势也一定越高

C．电场强度为零的地方，电势一定为零

D．某电荷在电场中沿电场线的方向移动一定距离，电场线越密的地方，它的电势能改变越大

解析：

本题的关键是区分场强、电势、电势能概念以及与电场线的关系．最易错的是，总是用正电荷去考虑问题而忽略有两种电荷的存在．由于存在两种电荷，故A项错误．电场线的疏密表示场强大小，而电场线的方向才能反映电势的高低，故B项错．电势是相对量，其零电势位置可随研究问题的需要而任意确定．故“一定为零”是错误的．答案：

D

5、如图所示，P、Q两金属板间的电势差为50V，板间存在匀强电场，方向水平向左，板间的距离d=10cm，其中Q板接地，两板间的A点距P板4cm．求：

（1）P板及A点的电势．

（2）保持两板间的电势差不变，而将Q板向左平移5cm，则A点的电势将变为多少?

解析：

　　板间场强方向水平向左，可见Q板是电势最高处．Q板接地，则电势φQ=0，板间各点电势均为负值．利用公式

可求出板间匀强电场的场强，再由U=Ed可求出各点与Q板间的电势差，即各点的电势值．

（1）场强

．

　　QA间电势差UQA=Ed′=5×102×（10－4）×10－2V=30V．

　　∴A点电势φA=－30V，P点电势φP=UPQ=－50V．

（2）当Q板向左平移5cm时，两板间距离d1=10cm－5cm=5cm．

　　Q板与A点间距离变为d″=（10－4）cm－5cm=lcm．

　　电场强度

．

　　Q、A间电势差UQA=Ed″=1.0×103×1.0×10－2V=10V．所以A点电势φA=－10V．

第八节、电容器的电容

1、电容器的电容、平行板电容器的电容

（1）电容器所带的电量Q与电容器两极板间的电势差U的比值，叫做电容器的电容。

公式：

单位：

法拉（F）还有微法（

F）和皮法（pF）1

F=10-6F1pF=10-12F

（2）常用电容器：

聚苯乙烯电容器、电解电容器、平行板电容器、可变电容器.其中电解电容器连接时应注意其“＋”、“－”极.

（3）电容的物理意义:

电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量，是由电容器本身的性质决定的,与电容器是不是带电无关

　（4）平行板电容器：

平行板电容器的电容C跟介电常数ε成比，跟两板正对面积S成正比，跟两板间距离d成反比，

平行板电容器的决定式：

真空

介质

　（6）对电容器电容的两个公式的理解.

　　①公式

是电容的定义式，适用于任何电容器.对于一个确定的电容器，其电容只由本身的因素决定，而与其电荷量Q和电压U无关.

　　②公式

是平行板电容器的决定式，只适用于平行板电容器.

第九节、带电粒子在电场中的运动

1、带电粒子在电场中加速

　　带电粒子进入电场中加速，若不计粒子重力，根据动能定理，有

　当初速度

时，末速度

的大小只与带电粒子的荷质比

和加速电压U有关，而与粒子在电场中的位移无关.

2、带电粒子在电场中的偏转

带电粒子沿垂直匀强电场的场强方向进入电场后，做类平抛运动，如图所示，设粒子的电荷量为q，质量为m，初速度为v0，两平行金属板间电压为U，板长为L，板间距离为d，则平行于板方向的分运动是匀速直线运动，L=v0t

垂直于板方向的分运动是初速为零的匀加速直线运动。

求电子射出电场时沿垂直于版面方向偏移的距离y和偏转的角度。

位移

因为

所以

所以，侧移距离

偏转角θ满足

3、示波管的原理

（1）结构：

示波管是由电子枪、偏转电极和荧光屏组成的，管内抽成真空.

（2）原理：

如果在偏转电极XX′上加上扫描电压，同时在偏转电极YY′上加上所要研究的信号电压，若其周期与扫描电压的周期相同，在荧光屏上就显示出信号电压随时间变化的图线.

4、研究带电粒子在电场中运动的两条主要线索

带电粒子在电场中的运动，是一个综合电场力、电势能的力学问题，研究的方法与质点动力学相同，它同样遵循运动的合成与分解、力的独立作用原理、牛顿运动定律、动能定理、功能原理等力学规律．研究时，主要可以按以下两条线索展开．

（1）力和运动的关系——牛顿第二定律

根据带电粒子受到的电场力，用牛顿第二定律找出加速度，结合运动学公式确定带电粒子的速度、位移等．这条线索通常适用于恒力作用下做匀变速运动的情况．

（2）功和能的关系——动能定理

根据电场力对带电粒子所做的功，引起带电粒子的能量发生变化，利用动能定理或从全过程中能量的转化，研究带电粒子的速度变化，经历的位移等．这条线索同样也适用于不均匀的电场．

5、研究带电粒子在电场中运动的两类重要的思维技巧

（1）类比与等效

电场力和重力都是恒力，在电场力作用下的运动可与重力作用下的运动类比．例如，垂直射入平行板电场中的带电粒子的运动可类比于平抛，带电单摆在竖直方向匀强电场中的运动可等效于重力场强度g值的变化等．

（2）整体法（全过程法）

电荷间的相互作用是成对出现的，把电荷系统的整体作为研究对象，就可以不必考虑其间的相互作用．

电场力的功与重力的功一样，都只与始末位置有关，与路径无关．它们分别引起电荷电势能的变化和重力势能的变化，从电荷运动的全过程中功能关系出发（尤其从静止出发末速度为零的问题）往往能迅速找到解题入口或简化计算．

恒定电流

一、欧姆定律

　内容：

导体中的电流I跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比,即

（适用于金属导体和电解液，不适用于气体导电）。

单位：

欧姆，符号Ω，且1Ω=1V／A，常用单位：

Ω（欧姆）、kΩ（千欧） 、MΩ（兆欧）

换算关系：

1kΩ=103Ω   1MΩ=106KΩ

　　电阻的伏安特性曲线：

注意I-U曲线和U-I曲线的区别。

还要注意：

当考虑到电阻率随温度的变化时，电阻的伏安特性曲线不再是过原点的直线。

二、电阻定律：

导体的电阻R跟它的长度

成正比，跟它的横截面积S成反比。

（1）ρ是反映材料导电性能的物理量，叫材料的电阻率。

单位是Ω·m。

（2）纯金属的电阻率小，合金的电阻率大。

（3）材料的电阻率与温度有关系：

　　①金属的电阻率随温度的升高而增大。

②半导体的电阻率随温度的升高而减小。

注意：

公式

是电阻的定义式，而

是电阻的决定式。

R与U成正比或R与I成反比的说法是错误的，导体的电阻大小由长度、截面积及材料决定，一旦导体给定，即使它两端的电压U＝0，它的电阻仍然存在。

三、难点知识剖析

例1、一个标有“220V、60W”的白炽灯泡，加上的电压U由零逐渐增大到220V，在此过程中，电压U和电流I的关系可用图象表示，题中给出的四个图线中，肯定不符合实际的是（　）

解析：

　　本题的思路是U—I图像中，图线的斜率表示电阻，斜率越大，电阻越大。

如果图线是曲线，则表示导体中通过不同的电压、电流时它的电阻是变化的，这时电阻可以用该点曲线的切线斜率来表示。

　　灯泡在电压加大的过程中，灯丝中的电流增大，温度升高，而金属的电阻率随着温度的升高而增大，所以灯丝在加大电压的过程中电阻不断增大，U—I图线中曲线的斜率应不断增大。

A图中斜率不变，表示电阻不变，C图中斜率减小，表示电阻减小，D图中斜率先变大后变小。

只有B图中斜率不断增大，符合电压不断变大的实际情况。

答案：

ACD

说明：

　本题的难点在于①是对U—I图的物理意义的理解；②是由

计算的电阻值只是灯泡正常发光的阻值，而不是整个过程中的阻值。

例3、如图所示，由一个由电池、电阻R、开关S与平行板电容器组成的串联电路，开关闭合.在增大电容器两极板间距离的过程中（　）

A．电阻R中没有电流

B．电容器的电容变小

C．电阻R中有从a流向b的电流

D．电阻R中有从b流向a的电流UAB

解析：

图中电容器被充电，A极板带正电，B极板带负电。

根据平行板电容器的大小决定因等可知，当增大电容器两极板间距离d时，电容C变小.由于电容器始终与电池相连，电容器两极板间电压UAB保持不变，根据电容的定义

，当C减小时电容器两极板所带电荷量Q都要减少，A极板所带正电荷的一部分从a到b经电阻流向电源正极，即电阻R中有从a流向b的电流.所以选项B、C正确.答案：

BC

串联电路和并联电路

一、串联电路的特点

1、电流：

串联电路中电流强度处处相等：

I=I1=I2=I3.

2、电压：

串联电路两端的总电压等于各串联导体两端的电压之和。

U=U1＋U2＋U3.

3、电阻：

串联电路的总电阻等于各串联导体的电阻之和。

R=R1＋R2＋R3

（二）并联电路的特点

1、电流：

并联电路中干路中的总电流等于各支路中电流之和。

I=I1＋I2＋I3.

2、电压：

并联电路中，各支路两端的电压都相等。

U1=U2=U3=U

3、电阻：

并联电路中，总电阻的倒数，等于各支路电阻的倒数之和.

第五节、焦耳定律

重、难点知识归纳和讲解

1．电功

定义：

电路中电场力对定向移动的电荷所做的功，简称电功，通常也说成是电流的功。

表达式：

W=IUt①其计算公式：

W=qU，W=UIt，W=Pt是普适公式

而W=I2Rt和，

只适用于纯电阻电路的运算。

1度=1千瓦时=3.6×106焦耳。

（电功单位）

【说明】：

①表达式的物理意义：

电流在一段电路上的功，跟这段电路两端电压、电路中电流强度和通电时间成正比。

电流单位：

安培（A）毫安（mA）微安（μA）1A=103mA=106µA

②适用条件：

I、U不随时间变化——恒定电流。

单位：

焦耳（J）。

1J=1V·A·s

2、电功率：

电流在一段电路上做功的功率P，等于电流I跟这段电路两端电压U的乘积。

①定义：

单位时间内电流所做的功②表达式：

（对任何电路都适用）

而P=I2R，

只适用于纯电阻电路。

③单位：

为瓦特（W）。

1W=1J/s

④额定功率和实际功率

额定功率：

用电器正常工作时所需电压叫额定电压，在这个电压下消耗的功率称额定功率。

实际功率：

用电器在实际电压下的功率。

实际功率P实=IU，U、I分别为用电器两端实际电压和通过用电器的实际电流。

这里应强调说明：

推导过程中没用到任何特殊电路或用电器的性质，电功和电功率的表达式对任何电压、电流不随时间变化的电路都适用。

再者，这里W=IUt是电场力做功，是消耗的总电能，也是电能所转化的其他形式能量的总和。

3、焦