第6节 电势差与电场强度的关系
一、教材依据
本节课选自人教版高中物理选修3-1第一章第六节“电势差与电场强度的关系”的内容。
二、 设计思想
1.教材分析
电势差与电场强度是描述电场性质的两个重要物理量，电势差是描述电场中能的性质而电场强度则是描述电场中力的性质；这两个物理量虽然从不同的角度上描述了电场的性质，但是通过电场力做功在两者之间建立起了联系。教材中以匀强电场为例通过分析和推理导出电场强度与电势差之间的关系；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，同时能更好的理解电势与电场强度两个概念。因此从教材上来看，本节课内容起到了一个桥梁，纽带的作用，将电场的两大重要性质联系起来；
2.学情分析
在学习本节课之前，同学们已经对电场强度，电势，电势差这些概念有了
较好的了解，并且已经掌握了电场力做功的特点，知道了电场力做功与电势能变化的关系。也懂得利用这些知识去解决一些实际的问题。高二的学生通过了高一一年的学习已经具备了一定的推理能力，归纳总结能力。所以在本节课中学生应该能够比较容易的推导出匀强电场中电势差与电场强度的关系，然而对于一般电场来讲，电势差与电场强度的关系应该怎样理解，这对于同学们来讲就应该比较困难了。
3.教学设计思路
由于本节课是推导出之前学习的两个物理量电势差与电场强度之间的关系，因此本节课首先对以前学过的知识进行复习，然后通过“既然电势差和电场强度都是描述电场的物理量，那么它们之间有关系？”这样的一个问题引出本节课的内容。以此来激发学生的好奇心和求知欲。让学生通过学会亲自推导，了解该关系的来龙去脉，使学生在获取知识的同时，感受到成功的愉悦，进一步培养学生的科学探究精神。接着教师将特殊情况引导到一般情况，如果不是沿场强方向移动电荷，结论还成立吗？引导学生讨论并得到结论。培养学生的自主探究能力。顺势从新的公式得到电场强度的新单位V/m。接着通过例题的讲解和练习，让学生在练习中使知识点得到巩固，同时通过对习题的解答过程中也让他们尝到成功的喜悦。最后在通过对本节课的小结。将本节课的该掌握的知识点涵盖于其中。
三、教学目标
1.知识与技能：
（1）定性把握非匀强电场中电势差与电场强度的关系。定量的掌握匀强电场中电势差与电场强度的关系。对于公式U=Ed要知道推导过程。
（2）能够熟练应用U=Ed解决有关问题。
2.过程与方法：
（1）通过分析推理，导出电势差和电场强度的关系。培养学生的分析、推理问题的的能力。
（2）教师通过问题教学法，启发引导学生分析推理。
3.情感态度与价值观：
从不同角度认识电场，分析寻找物理量之间得内在联系，培养学生的推理分析能力，培养学生对科学的探究精神，体会自然科学探究中的逻辑美。
四、教学重难点
1.重点：在匀强电场中电势差与电场强度的关系式U=Ed的掌握
知道U=Ed这个表达式的推导过程
2.难点：会用U=Ed这个表达式进行计算和解决相应的问题
定性比较非匀强电场中电势差与电场强度的关系
五、教学方法：
讲授法和问题启示法为主，学生自主探究和讨论法为辅
六、教学过程
（一）复习旧知识
要点:描述电场性质的物理量
（1）电场强度：描述电场中力的性质，可用电场线来形象的描述。
（2）电势差：描述电场中能的性质，可用等势面来来形象的描述。
问题：既然电场强度、电势差都可以用来描述电场的性质。那么他们之间有什么联系？
（二） 新课教学
一、电势差与电场强度的关系（设计意图：让学生自己完成多媒体所展示的内容，学会亲自推导，了解该关系的来龙去脉，使学生在获取知识的同时，感受到成功的愉悦，进一步培养学生的科学探究精神。）
例题：如图所示，在场强为E的匀强电场中有A、B两点，之间的距离为L，A、B与电场线方向的夹角为θ，现在将一电荷+q从A点移动到B点。
（1）计算电场力做的功。
（2）若A、B两点间的电势差为UAB，电场力做的功又可以怎样表示？
（3） A、B两点间的电势差UAB与场强E的关系。
（本题由学生自己推导，教师巡视，解答学生在推导过程中的一些疑问，让一个学生到讲台上去展示自己的推导过程，教师做相应的评价）
由第（３）步可以得到：
UAB=Ed （UAB表示两点的电势差，E为匀强电场的场强，d为沿电场线方向上的距离）即：
（1）在匀强电场中，两点间的电势差等于场强与这两点间沿电场线方向的距离的乘积；
(2)电场强度与电势差的关系也可以写作：
它的意义是：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。也就是说，电场强度在数值上等于沿电场方向每单位距离上降低的电势。
由上式表达式还可以得到电场强度的另一个单位：伏[特]每米（V/m)
1V/m=1N/C
(3) 适用条件：匀强电场
(4)强调：式中的d是沿场强方向两点间的距离．（即为A、B两点所在的等势面的垂直距离）
探讨：
1.右图为点电荷周围等势面的分布，人们习惯让两个相邻的等势面间电势差相等，同学们想想为什么间距不相等？
2.如图，若AB=BC，请同学们思考一下AB和BC的电势差谁较大？
通过上面的两个问题引导学生得出：对于非匀强电场U=Ed，不能用于计算，但是可用于定性分析；
3.如图，在匀强电场中从A点沿着不同的路径到达同一个等势面上的不同位置，电势都在降低，并且有UAB=UAD=UAC，但是沿AB的距离最短，即电势降落最快，而AB的方向又是场强方向。所以可以得出：沿场强的方向电势降落最快；
二、场强的三种求法(设计意图：通过教师提问，学生回答，这样的一种方式对比场强三种求法的不同点以及适用条件从而加深学生对场强这个概念掌握更深入。)
（二） 课堂练习：
例1、对关系式Uab=Ed的理解，正确的是（ ）
A、式中的d是a、b两点间的距离
B、a、b两点间距离越大，电势差越大
C、d是a、b两个等势面的距离
D、此式适用于任何电场
设计意图：本题较为简单，目的是考察学生对Uab=Ed这个表达式的适用条件及各物理量的物理意义的掌握情况。
例2、如图所示是匀强电场中的一组等势面，每两相邻等势面的距离是 25 cm，由此可确定电场强度的方向及大小为（ ）
A． 竖直向下，E＝0.4 N/C
B． 水平向右，E＝0.4 N/C
C． 水平向右，E＝40 N/C
D． 水平向左，E＝40 V/m
设计意图：本题要求学生会用U=Ed这个表达式进行简单的计算，同时要知道沿着电场线的方向等势面逐渐降低。本题也是相对比较简单的题目。
例3、如图，在匀强电场中，将一电荷量为2×10-5C的负电荷由A点移到B点，其电势能增加了0.1J，已知A、B两点间距为2cm，两点连线与电场方向成60°角，如图：问：
（1）在电荷由A移到B的过程中，电场力做了多少功？
（2）A、B两点间的电势差为多少？
（3）该匀强电场的电场强度为多大？
设计意图：本题综合性较强，考察了电场力做功与电势能的关系、电场力做功与电势差的关系同时还考察了电场强度与电势差之间的关系。通过该题的练习，学生能够应用U=Ed解决实际问题。同时也告诉学生物理中知识点联系非常紧密。
（二） 课堂小结：
通过本节课我们知道电场强度与电势差存在必然联系，在匀强电场中有U=Ed，大家要知道这个表达式的适用条件仅适用用于匀强电场。同时表达式中的d指的是沿着电场线方向上的距离（即场上两点所在等势面的垂直距离）。在非匀强电场中虽然不能够用上面的表达式进行计算。但是我们却可以进行定性的分析、判断。
（三） 板书设计：
1.6电势差与电场强度的关系
1、 电势与电场强度的关系：无直接关系
2、 电势差与电场强度的关系：U=Ed或
（1）单位：V/m 1V/m=1N/C
（2）适用条件：匀强电场
（3）说明：
式中的d是沿场强方向两点间的距离．（即为A、B两点所在的等势面的垂直距离）
对于非匀强电场U=Ed，不能用于计算，但是可用于定性分析；
沿场强方向电势降落最快；
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