《靜電場(chǎng) 整合與評(píng)價(jià)》

1、 課時(shí)課時(shí)1.101.10靜電場(chǎng)靜電場(chǎng)整合與整合與評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)課時(shí)課時(shí)1.10靜電場(chǎng)靜電場(chǎng)整合與評(píng)價(jià)整合與評(píng)價(jià)1.1.以電場(chǎng)線為主線展開復(fù)習(xí)以電場(chǎng)線為主線展開復(fù)習(xí), ,理解靜電力、電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)能、電勢(shì)、電勢(shì)理解靜電力、電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)能、電勢(shì)、電勢(shì)差等概念。差等概念。2.2.熟練掌握判斷靜電力性質(zhì)、電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向、電勢(shì)高低、電勢(shì)能大熟練掌握判斷靜電力性質(zhì)、電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向、電勢(shì)高低、電勢(shì)能大小的方法小的方法, ,并會(huì)運(yùn)用這些概念和規(guī)律解決相關(guān)的物理問題。并會(huì)運(yùn)用這些概念和規(guī)律解決相關(guān)的物理問題。3.3.掌握帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問題的分析方法和思維過程掌握帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問題的分析方法

2、和思維過程, ,提高解決綜合問提高解決綜合問題的能力。題的能力。 主題主題2:2:電勢(shì)與電勢(shì)能電勢(shì)與電勢(shì)能情景情景: :如圖甲所示如圖甲所示, ,為了描述地理位置的高低變化為了描述地理位置的高低變化, ,人們?cè)O(shè)計(jì)出了人們?cè)O(shè)計(jì)出了“等高線等高線”, ,通常在同一幅圖通常在同一幅圖中兩條相鄰的等高線之間的高度差是相等的中兩條相鄰的等高線之間的高度差是相等的, ,從圖中可以看出等高線越密集的地方從圖中可以看出等高線越密集的地方, ,表示高度下表示高度下降得越快降得越快, ,也就是也就是“坡度坡度”越大。越大。 問題問題:(1):(1)我們常把電場(chǎng)中各點(diǎn)的電勢(shì)與重力場(chǎng)中的高度類比我們常把電場(chǎng)中各點(diǎn)的電

3、勢(shì)與重力場(chǎng)中的高度類比, ,把等勢(shì)面與等高線類比把等勢(shì)面與等高線類比, ,參照?qǐng)D參照?qǐng)D乙乙, ,你認(rèn)為可把電場(chǎng)強(qiáng)度與什么量類比呢你認(rèn)為可把電場(chǎng)強(qiáng)度與什么量類比呢? ?等勢(shì)面越密集的地方電場(chǎng)強(qiáng)度越大嗎等勢(shì)面越密集的地方電場(chǎng)強(qiáng)度越大嗎? ?從這個(gè)角度來從這個(gè)角度來講講, ,電場(chǎng)強(qiáng)度反映了什么意義電場(chǎng)強(qiáng)度反映了什么意義? ?電場(chǎng)強(qiáng)度的大小跟電勢(shì)的高低有聯(lián)系嗎電場(chǎng)強(qiáng)度的大小跟電勢(shì)的高低有聯(lián)系嗎? ?(2)(2)質(zhì)點(diǎn)在地勢(shì)越高的位置重力勢(shì)能越大質(zhì)點(diǎn)在地勢(shì)越高的位置重力勢(shì)能越大, ,電荷也是在電勢(shì)越高的位置電勢(shì)能越大嗎電荷也是在電勢(shì)越高的位置電勢(shì)能越大嗎? ?(3)(3)重力做正功和負(fù)功過程中重力做正功和

4、負(fù)功過程中, ,物體的重力勢(shì)能分別如何變化物體的重力勢(shì)能分別如何變化? ?靜電力做正功和負(fù)功過程中靜電力做正功和負(fù)功過程中, ,電電荷的電勢(shì)能分別如何變化荷的電勢(shì)能分別如何變化? ?解答解答:(1):(1)電場(chǎng)強(qiáng)度可與電場(chǎng)強(qiáng)度可與“坡度坡度”類比類比, ,從圖乙可以看出等勢(shì)面越密集的地方電從圖乙可以看出等勢(shì)面越密集的地方電場(chǎng)強(qiáng)度越大場(chǎng)強(qiáng)度越大, ,從這個(gè)角度來看從這個(gè)角度來看, ,電場(chǎng)強(qiáng)度的大小反映了電勢(shì)降落的快慢電場(chǎng)強(qiáng)度的大小反映了電勢(shì)降落的快慢, ,但電勢(shì)但電勢(shì)低的地方電場(chǎng)強(qiáng)度可能大低的地方電場(chǎng)強(qiáng)度可能大, ,電勢(shì)高的地方電場(chǎng)強(qiáng)度可能小電勢(shì)高的地方電場(chǎng)強(qiáng)度可能小, ,電場(chǎng)強(qiáng)度的大小與電場(chǎng)強(qiáng)

5、度的大小與電勢(shì)的高低沒有聯(lián)系。電勢(shì)的高低沒有聯(lián)系。(2)(2)由于正電荷受力的方向與電場(chǎng)方向一致由于正電荷受力的方向與電場(chǎng)方向一致, ,而負(fù)電荷受力方向則相反而負(fù)電荷受力方向則相反, ,所以只所以只有正電荷在電勢(shì)越高的位置電勢(shì)能越大有正電荷在電勢(shì)越高的位置電勢(shì)能越大, ,而負(fù)電荷在電勢(shì)越高的位置電勢(shì)能越而負(fù)電荷在電勢(shì)越高的位置電勢(shì)能越小。小。(3)(3)重力做正功過程中重力做正功過程中, ,物體的重力勢(shì)能減少物體的重力勢(shì)能減少, ,做負(fù)功則物體重力勢(shì)能增加做負(fù)功則物體重力勢(shì)能增加; ;同同樣靜電力做正功過程中樣靜電力做正功過程中, ,電荷的電勢(shì)能也減少電荷的電勢(shì)能也減少, ,做負(fù)功則電勢(shì)能增加

6、。做負(fù)功則電勢(shì)能增加。 主題主題3:3:電容器與帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)電容器與帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題問題:(1):(1)電容器的電容跟哪些因素有關(guān)電容器的電容跟哪些因素有關(guān)? ?如何保持電容器所帶電荷不變?nèi)绾伪３蛛娙萜魉鶐щ姾刹蛔? ?如如何使電容器極板間電勢(shì)差保持不變何使電容器極板間電勢(shì)差保持不變? ?(2)(2)什么情形下帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡才能沿著電場(chǎng)線什么情形下帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡才能沿著電場(chǎng)線? ?(3)(3)處理帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的方法與處理平拋運(yùn)動(dòng)方法類似處理帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的方法與處理平拋運(yùn)動(dòng)方法類似, ,但這兩者又有哪些重要的不同之處

7、呢但這兩者又有哪些重要的不同之處呢? ?解答解答:(1):(1)電容器的電容跟它自身兩極板間距、兩極板正對(duì)面積以及兩極板間電容器的電容跟它自身兩極板間距、兩極板正對(duì)面積以及兩極板間的電介質(zhì)有關(guān)。電容器充電后切斷其與電源的連接的電介質(zhì)有關(guān)。電容器充電后切斷其與電源的連接, ,不讓它再放電或充電不讓它再放電或充電, ,就就可保持其電荷不變。如果保持電容器與電源的連接不變可保持其電荷不變。如果保持電容器與電源的連接不變, ,就能保持其兩極板就能保持其兩極板間的電勢(shì)差不變。間的電勢(shì)差不變。(2)(2)根據(jù)力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系根據(jù)力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系, ,只有在電場(chǎng)線是直線只有在電場(chǎng)線是直線, ,且粒子的初速度且粒

8、子的初速度方向與電場(chǎng)線共線或初速度為零的情形下粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡才能沿方向與電場(chǎng)線共線或初速度為零的情形下粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡才能沿著電場(chǎng)線。著電場(chǎng)線。(3)(3)帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與平拋運(yùn)動(dòng)之間的不同之帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與平拋運(yùn)動(dòng)之間的不同之處主要有處主要有: :第一第一, ,不同粒子在同一電場(chǎng)中加速度往往不同不同粒子在同一電場(chǎng)中加速度往往不同, ,而平拋而平拋運(yùn)動(dòng)的加速度都是重力加速度運(yùn)動(dòng)的加速度都是重力加速度; ;第二第二, ,電場(chǎng)的方向可能向各個(gè)方向電場(chǎng)的方向可能向各個(gè)方向, ,而重力的方向只有豎直向下而重力的方向只有豎直向下; ;第三第三, ,研究平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)研究平拋運(yùn)動(dòng)

9、時(shí), ,物體自始至物體自始至終都受到重力作用終都受到重力作用, ,而電場(chǎng)往往是有界的而電場(chǎng)往往是有界的, ,帶電粒子飛出勻強(qiáng)電場(chǎng)帶電粒子飛出勻強(qiáng)電場(chǎng)后的運(yùn)動(dòng)形式將會(huì)發(fā)生變化。后的運(yùn)動(dòng)形式將會(huì)發(fā)生變化。拓展一拓展一: :庫(kù)侖定律與力學(xué)的綜合應(yīng)用庫(kù)侖定律與力學(xué)的綜合應(yīng)用1.1.如圖甲所示如圖甲所示, ,真空中真空中 A A、B B 兩個(gè)點(diǎn)電荷的電荷量分別為兩個(gè)點(diǎn)電荷的電荷量分別為+Q +Q 和和+q,+q,放在光滑絕緣水平面上放在光滑絕緣水平面上,A,A、B B 之間用絕緣的輕彈簧連接。當(dāng)系統(tǒng)平之間用絕緣的輕彈簧連接。當(dāng)系統(tǒng)平衡時(shí)衡時(shí), ,彈簧的伸長(zhǎng)量為彈簧的伸長(zhǎng)量為 x0 x0。若彈簧發(fā)生的均是

10、彈性形變。若彈簧發(fā)生的均是彈性形變, ,則則( () )。A.A.保持保持Q Q不變不變, ,將將q q變?yōu)樽優(yōu)?q,2q,平衡時(shí)彈簧的伸長(zhǎng)量等于平衡時(shí)彈簧的伸長(zhǎng)量等于2x02x0B.B.保持保持q q不變不變, ,將將Q Q變?yōu)樽優(yōu)?Q,2Q,平衡時(shí)彈簧的伸長(zhǎng)量小于平衡時(shí)彈簧的伸長(zhǎng)量小于2x02x0C.C.保持保持Q Q不變不變, ,將將q q變?yōu)樽優(yōu)?q,-q,平衡時(shí)彈簧的縮短量等于平衡時(shí)彈簧的縮短量等于x0 x0D.D.保持保持q q不變不變, ,將將Q Q變?yōu)樽優(yōu)?Q,-Q,平衡時(shí)彈簧的縮短量小于平衡時(shí)彈簧的縮短量小于x0 x0甲甲B B問問1:1:電荷量變化后電荷量變化后, ,庫(kù)侖力

11、要發(fā)生怎樣的變化庫(kù)侖力要發(fā)生怎樣的變化? ?答答1:1:在距離不變的情況下在距離不變的情況下, ,電荷量增大電荷量增大, ,庫(kù)侖力增大庫(kù)侖力增大, ,電荷量電荷量減小減小, ,庫(kù)侖力減小。庫(kù)侖力減小。問問2:2:電荷量變化后電荷量變化后, ,兩球要重新達(dá)到平衡狀態(tài)兩球要重新達(dá)到平衡狀態(tài), ,彈簧的長(zhǎng)度應(yīng)彈簧的長(zhǎng)度應(yīng)怎么發(fā)生變化怎么發(fā)生變化? ?答答2:2:電荷量變化后電荷量變化后, ,庫(kù)侖力要發(fā)生變化庫(kù)侖力要發(fā)生變化, ,為了讓兩球重新達(dá)到為了讓兩球重新達(dá)到平衡狀態(tài)平衡狀態(tài), ,彈簧的長(zhǎng)度也要發(fā)生變化。如果電荷量增大彈簧的長(zhǎng)度也要發(fā)生變化。如果電荷量增大, ,則彈則彈簧形變量要增大簧形變量要增

12、大; ;如果電荷量減小如果電荷量減小, ,則彈簧形變量也減小。則彈簧形變量也減小。問問3:3:彈簧長(zhǎng)度的變化對(duì)庫(kù)侖力有影響嗎彈簧長(zhǎng)度的變化對(duì)庫(kù)侖力有影響嗎? ?答答3:3:彈簧長(zhǎng)度增大彈簧長(zhǎng)度增大, ,兩點(diǎn)電荷的距離增大兩點(diǎn)電荷的距離增大, ,庫(kù)侖力減小庫(kù)侖力減小; ;彈簧彈簧長(zhǎng)度減小長(zhǎng)度減小, ,兩點(diǎn)電荷間的距離減小兩點(diǎn)電荷間的距離減小, ,庫(kù)侖力增大。庫(kù)侖力增大。乙乙丙丙丁丁戊戊2.2.拓展二拓展二: :對(duì)有關(guān)軌跡類問題的分析對(duì)有關(guān)軌跡類問題的分析圖中虛線為勻強(qiáng)電場(chǎng)中與電場(chǎng)強(qiáng)度方向垂直的等間距平行直圖中虛線為勻強(qiáng)電場(chǎng)中與電場(chǎng)強(qiáng)度方向垂直的等間距平行直線。兩粒子線。兩粒子M M、N N的質(zhì)量

13、相等的質(zhì)量相等, ,所帶電荷量的絕對(duì)值也相等。現(xiàn)所帶電荷量的絕對(duì)值也相等?，F(xiàn)將將M M、N N從虛線上的從虛線上的O O點(diǎn)以相同速率射出點(diǎn)以相同速率射出, ,兩粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的兩粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡分別如圖中兩條實(shí)線所示。點(diǎn)軌跡分別如圖中兩條實(shí)線所示。點(diǎn)a a、b b、c c為實(shí)線與虛線的交為實(shí)線與虛線的交點(diǎn)。已知點(diǎn)。已知O O點(diǎn)電勢(shì)高于點(diǎn)電勢(shì)高于c c點(diǎn)。若不計(jì)重力點(diǎn)。若不計(jì)重力, ,則則( () )。A.MA.M帶負(fù)電荷帶負(fù)電荷,N,N帶正電荷帶正電荷B.NB.N在在a a點(diǎn)的速度與點(diǎn)的速度與M M在在c c點(diǎn)的速度大小相同點(diǎn)的速度大小相同C.NC.N在從在從O O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至a

14、a點(diǎn)的過程中克服靜電力做功點(diǎn)的過程中克服靜電力做功D.MD.M在從在從O O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至b b點(diǎn)的過程中點(diǎn)的過程中, ,靜電力對(duì)它做的功等于零靜電力對(duì)它做的功等于零BDBD問問1:1:圖中的三條虛線是電場(chǎng)線還是等勢(shì)線圖中的三條虛線是電場(chǎng)線還是等勢(shì)線? ?答答1:1:等勢(shì)線。等勢(shì)線。問問2:2:題意中可以確定電場(chǎng)方向的描述是什么題意中可以確定電場(chǎng)方向的描述是什么? ?答答2:O2:O點(diǎn)電勢(shì)高于點(diǎn)電勢(shì)高于c c點(diǎn)。點(diǎn)。問問3:3:靜電力做功與電勢(shì)能的變化是什么關(guān)系靜電力做功與電勢(shì)能的變化是什么關(guān)系? ?答答3:W3:W電電=-E=-E電。電。問問4:4:靜電力做功與粒子動(dòng)能的變化是什么關(guān)系靜電

15、力做功與粒子動(dòng)能的變化是什么關(guān)系? ? 答答4:W4:W電電=Ek=Ek?！窘馕觥恳颉窘馕觥恳騉 O點(diǎn)電勢(shì)高于點(diǎn)電勢(shì)高于c c點(diǎn)點(diǎn), ,故電場(chǎng)強(qiáng)度方向向下故電場(chǎng)強(qiáng)度方向向下, ,由軌跡彎曲方向知由軌跡彎曲方向知M M帶正電、帶正電、N N帶負(fù)電帶負(fù)電,A,A選項(xiàng)錯(cuò)誤選項(xiàng)錯(cuò)誤; ;因因Ua O=UO c,Ua O=UO c,利用動(dòng)能定理得利用動(dòng)能定理得:N:N粒子粒子與與M M粒子分別在粒子分別在a a、c c兩點(diǎn)的速度大小相同兩點(diǎn)的速度大小相同,B,B選項(xiàng)正確選項(xiàng)正確;N;N從從O O到到a a過程靜過程靜電力做正功電力做正功,C,C選項(xiàng)錯(cuò)誤選項(xiàng)錯(cuò)誤;O;O、b b在同一等勢(shì)面上在同一等勢(shì)面上

16、, ,靜電力做功為零靜電力做功為零,D,D選項(xiàng)選項(xiàng)正確。正確。拓展三拓展三: :帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)3.3.如圖甲所示如圖甲所示, ,兩個(gè)平行金屬板兩個(gè)平行金屬板P P、Q Q豎直放置豎直放置, ,兩板間加上如圖乙所示的兩板間加上如圖乙所示的電壓。電壓。t=0t=0時(shí)時(shí),Q,Q板比板比P P板電勢(shì)高板電勢(shì)高5 V,5 V,此時(shí)在兩板的正中央此時(shí)在兩板的正中央M M點(diǎn)放一個(gè)電子點(diǎn)放一個(gè)電子, ,速速度為零度為零, ,電子在靜電力作用下運(yùn)動(dòng)電子在靜電力作用下運(yùn)動(dòng), ,使得電子的位置和速度隨時(shí)間變化。假使得電子的位置和速度隨時(shí)間變化。假設(shè)電子始終未與兩板相碰。在設(shè)電子

17、始終未與兩板相碰。在0t80t810-10 s10-10 s的時(shí)間內(nèi)的時(shí)間內(nèi), ,這個(gè)電子處于這個(gè)電子處于M M點(diǎn)點(diǎn)的右側(cè)的右側(cè), ,則速度方向向左且大小逐漸減小的時(shí)間段是則速度方向向左且大小逐漸減小的時(shí)間段是( () )。A.0t2A.0t210-10 s10-10 sB.2B.210-10 st410-10 st410-10 s10-10 sC.4C.410-10 st610-10 st610-10 s10-10 sD.6D.610-10 st810-10 st810-10 s10-10 sD D問問1:t=01:t=0時(shí)時(shí), ,電子向哪個(gè)極板運(yùn)動(dòng)電子向哪個(gè)極板運(yùn)動(dòng)? ?答答1:t=01:

18、t=0時(shí)時(shí),Q,Q板比板比P P板電勢(shì)高板電勢(shì)高, ,因此電子向因此電子向Q Q板運(yùn)動(dòng)。板運(yùn)動(dòng)。問問2:2:接下來的時(shí)間內(nèi)電子做什么性質(zhì)的運(yùn)動(dòng)接下來的時(shí)間內(nèi)電子做什么性質(zhì)的運(yùn)動(dòng)? ?答答2:2:電子以電子以M M點(diǎn)右側(cè)的某點(diǎn)為中心做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。點(diǎn)右側(cè)的某點(diǎn)為中心做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。問問3:3:運(yùn)動(dòng)過程和電場(chǎng)的周期性有什么關(guān)系運(yùn)動(dòng)過程和電場(chǎng)的周期性有什么關(guān)系? ?答答3:3:電子往復(fù)運(yùn)動(dòng)的周期與電場(chǎng)的周期同步。電子往復(fù)運(yùn)動(dòng)的周期與電場(chǎng)的周期同步。問問4:4:速度向左且減小時(shí)滿足的條件是什么速度向左且減小時(shí)滿足的條件是什么? ?答答4:4:所受靜電力方向向右。所受靜電力方向向右。【解析】【解析】020210

19、-10 s10-10 s內(nèi)內(nèi), ,電子向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)電子向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng);2;210-10 10-10 s4s410-10 s10-10 s內(nèi)內(nèi), ,電子向右做勻減速直線運(yùn)動(dòng)電子向右做勻減速直線運(yùn)動(dòng);4;410-10 s610-10 s610-10 s10-10 s內(nèi)內(nèi), ,電子向左做勻加速直線運(yùn)動(dòng)電子向左做勻加速直線運(yùn)動(dòng),6,610-10 s810-10 s810-10 s10-10 s內(nèi)內(nèi), ,電子向左做電子向左做勻減速直線運(yùn)動(dòng)勻減速直線運(yùn)動(dòng), ,所以選項(xiàng)所以選項(xiàng)D D符合題意。符合題意。拓展四拓展四: :利用運(yùn)動(dòng)的分解與合成的觀點(diǎn)處理復(fù)合場(chǎng)中的問題利用運(yùn)動(dòng)的分解與合成的觀點(diǎn)處理

20、復(fù)合場(chǎng)中的問題4.4.一個(gè)帶負(fù)電的小球一個(gè)帶負(fù)電的小球, ,質(zhì)量為質(zhì)量為m,m,帶電荷量為帶電荷量為q,q,在一個(gè)如圖甲所示的平行板電在一個(gè)如圖甲所示的平行板電容器的右側(cè)板邊被豎直上拋容器的右側(cè)板邊被豎直上拋, ,最后落在電容器左邊緣同一高度處。已知電容器最后落在電容器左邊緣同一高度處。已知電容器極板是豎直放置的極板是豎直放置的, ,兩板間距為兩板間距為d,d,板間電壓為板間電壓為U U。求小球能到達(dá)的最大高度。求小球能到達(dá)的最大高度h h及及拋出時(shí)的初速度拋出時(shí)的初速度v0v0。問問1:1:小球受到哪些力的作用小球受到哪些力的作用? ?是恒力還是變力是恒力還是變力? ?答答1:1:小球受重力和靜電力兩個(gè)恒力的作用。小球受重力和靜電力兩個(gè)恒力的作用。問問2:2:如何處理勻變速曲線運(yùn)動(dòng)問題如何處理勻變速曲線運(yùn)動(dòng)問題? ?答答2:2:可將小球的運(yùn)動(dòng)分解為沿電場(chǎng)方向和垂直于電場(chǎng)方向的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)。利用可將小球的運(yùn)動(dòng)分解為沿電場(chǎng)方向和垂直于電場(chǎng)方向的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)。利用兩個(gè)分