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高二物理《電場中的導體》教學設計

2024-06-27

高二物理《電場中的導體》教學設計

  一、難點分析

  高中物理“電場中的導體”在“電場”一章中所占比重不大,要真正透徹分析相關問題必 須應用高斯定理和靜電場邊值問題的唯一性定理.但在高中階段我們只能利用電場強度 、電場力 和電勢這些概念來分析.對這些概念學生若理解的不透徹,就會對有的問題只會從電場 強度、電場力的角度去解釋;對有的問題只會從電勢的角度去解釋.似乎一題一 法,甚至同 一問題若從兩個角度去分析會得到自相矛盾的結論,或遇題無從下手,從而使這部分 內容成為高中物理新課教學和高三復習時的一個難點.究其成因是由于:

 。1)受高中學生知識面的限制,教材對這部分內容不能透徹闡述,只能采用簡單推理、 實驗演示、利用已知結論的方法處理,所以許多學生雖記住了一些結論但并非真正懂了道理 ,給解決問題造成一定難度.

 。2)這部分內容不是教學重點,故教師花時不多,學生缺少變式練習,教師講解不能 一題多變,沒有從電場強度、電場力、電勢等多角度分析問題,導致學生不能舉一反三.

  二、教學設計

  針對上述難點和存在的問題,我在這部分內容的教學中把重點放在以下兩個方面.

 。保o抓電場強度、電勢的概念,先要講清靜電平衡的基本原理.

 。1)電場中的導體是如何達到靜電平衡的.

  先從電場強度的角度分析.導體剛放入電場中的瞬間,導體中的自由電荷受電場力F= Eq的作用,產生定向運動,向導體兩端積累,同時在導體中產生一個附加電場E′,使自 由電荷又受 電場力F′=E′q,F和F′方向相反.當E=E′時,導體內合場強為零, 自由電荷受合力也為零 ,這時導體中無電荷定向移動,即達到了靜電平衡狀態.從而得到處于靜電平衡的導體內部 電場強度處處為零的結論.

  再從電勢的角度分析.導體剛放入電場中的瞬間,導體不同部位電勢不同,有電勢差是 導體中產生電流的條件,所以負電荷向高電勢處移動,正電荷向低電勢處移動,結果由電勢 疊加原理,高電勢處的電勢降低了,低電勢處的電勢升高了.當導體各處電勢相等時,就再 無 電荷移動,即導體達到靜電平衡狀態.從而得到處于靜電平衡的導體是一個等勢 體的結論.

  繼而講清兩者是統一的.若某一空間電場強度處處為零,則這一空間即為等勢空間,電勢 一定處處相等.

  最后我們還要強調:電場強度為零,是兩個電場疊加的結果,而不是真的就沒 有電場.導體上各點電勢相等也是兩個電場在某點產生的電勢疊加的結果.

  (2)處于靜電平衡的導體外部的電場線必與導體表面垂直,但表面場強不一定為零.

  從電場強度的角度看,如果導體外部的電場線不與導體表面垂直,則導體表面電場強度就 不與表面垂直, 表面的自由電荷所受電場力也就不與表面垂直,那么電場力沿導體表面的分力將使自由電荷 沿導體表 面移動,這與靜電平衡的定義是矛盾的.但從電勢的角度來看,因為導體表面是一個等勢面 ,電荷不可能沿表面移動,所以電場線與導體表面必垂直 ,但場強不一定為零.

 。3)孤立導體凈電荷分布在外表面.

  從電場強度的角度分析,如果凈電荷分布在導體內部,則內部就會有沒有被抵消的電場, 導體 內部的自由電荷在電場力的作用下會定向移動,這就違背了靜電平衡的定義.從電勢角度分 析,如果凈電荷分布在導體內部,則內部就有電場,電場中沿電場線方向電勢是不同的,這 就違 背了處于靜電平衡狀態下的導體是一個等勢體的結論.所以孤立導體的凈電荷一定分布在它 的外表面.

  2.適當練習,一題多變,提高分析能力.

  本節課通過以上幾個環節的教學,能使學生從電場強度、電勢兩個角度全面掌握靜電平衡 的本質及特征,同時提高了解題能力.

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