2019统编版高中物理必修第三册第十章《静电场中的能量》全章节教案教学设计含章末单元测试卷及答案

【2019统编版】人教版高中物理必修第三册第十章《静电场中的能量》全章节备课教案教学设计第十章《静电场中的能量》10.1《电势能和电势》优秀教案10.2《电势差》优秀教案10.3《电势差与电场强度的关系》优秀教案10.4《电容器的电容》优秀教案10.5《带电粒子在电场中的运动》优秀教案第十章单元测试卷及答案

10.1.《电势能和电势》教学设计教学目标一、知识与技能1．理解静电力做功与路径无关、电势能的概念。2．理解电势的概念，知道电势是描述电场能的性质的物理量。3．明确电势能、电势、静电力的功与电势能的关系。二、过程与方法1．通过对知识的类比能力，培养学生对现象的归纳能力，对问题的分析、推理能力。2．通过学生的理论探究，培养学生分析问题、解决问题的能力。培养学生利用物理语言分析、思考、描述概念和规律的能力。三、情感、态度与价值观1．利用知识类比和迁移激发学生学习兴趣，培养学生灵活运用知识和对科学的求知欲。2．利用等势面图像的对称性，形态美以获得美的享受、美的愉悦，自己画图，在学习知识的同时提高对美的感受力和鉴别力。3．在研究问题时，要培养突出主要矛盾，忽略次要因素的思维方法。教学重点理解掌握电势能、电势的概念及意义。教学难点握电势能与做功的关系，并能学以致用。教学过程一、复习提问、新课导入1．静电力，电场强度概念，指出前面我们从力的性质研究电场，从本节起将从能量的角度研究电场。2．复习功和能量的关系：如图所示从静电场中静电力做功使试探电荷获得动能入手，提出问题：是什么转化为试探电荷的动能？二、新课教学（一）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。（1）q沿直线从A到B（2）q沿折线从A到M、再从M到B（3）q沿任意曲线从A到B结果都一样，即：W=qELAM=qELAB与重力做功类比，引出：【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。（二）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。1．静电力做功与电势能变化的关系：静电力做的功等于电势能的变化量。写成式子为：WAB=EPA-EPB2．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，而它们的总量保持不变。③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。④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，即EP=W。⑤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。⑥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。关于电势能零点的规定：大地或无穷远默认为零。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做的功。如上式，若取B为电势能零点，则A点的电势能为：EPA=WAB=qELAB举例分析：对图中的各量附与一定的数值，后让学生计算。（三）电势——表征电场性质的重要物理量度通过研究电荷在电场中电势能与它的电荷量的比值得出。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，叫作电场在这一点的电势。用表示，标量，只有大小，没有方向，但有正负。2．公式：φ=E3．单位：伏特（V）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）三、巩固练习1．将带电量为6×10-6C的负电荷从电场中的A点移到B点，克服电场力做了3×10-5J的功，再从B移到C，电场力做了1.2×10-5J的功，则（1）电荷从A移到B，再从B移到C的过程中电势能共改变了多少？（2）如果规定A点的电势能为零，则该电荷在B点和C点的电势能分别为多少？（3）如果规定B点的电势能为零，则该电荷在A点和C点的电势能分别为多少？2．一个电荷只在电场力作用下从电场中的A点移到B点时，电场力做了5×10－6J的功，那么（）A．电荷在B处时将具有5×10－6J的电势能B．电荷在B处将具有5×10－6J的动能C．电荷的电势能减少了5×10－6JD．电荷的动能增加了5×10－6J3．如图所示，A、B为某电场线上的两点，那么以下的结论正确的是（）A．把正电荷从a移到b，电场力做正功，电荷的电势能减少B．把正电荷从a移到b，电场力做负功，电荷的电势能增加C．把负电荷从a移到b，电场力做正功，电荷的电势能增加D．从a到b电势逐渐降低4．有关电场中某点的电势，下列说法中正确的是（）A．由放在该点的电荷所具有的电势能的多少决定B．由放在该点的电荷的电量多少来决定C．与放在该点的电荷的正负有关D．是电场本身的属性，与放入该点的电荷情况无关【板书设计】一、静电力做功的特点：与路径无关，只与起点和终点的位置有关二、电势能：电荷在电场中具有的势能1．静电力做的功等于电势能的减少量：WAB=EPA-EPB静电力做正功，电势能减少静电力做负功，电势能增加2．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时所做的功3．电势能是相对的，须建立零势能参考面。电势能有正负之分，负值表示比零还要小三、电势1．定义：φ=2．单位：伏特：V，1V=1J/C3．沿电场线方向电势降低4．电势和电势能都是相对的，且为标量，正负号均表示大小5．已知电势求电势能E

10.2《电势差》教学设计教学目标1．知道电势差的概念，知道电势差与电势零点的选择无关。2．掌握两点间电势差的表达式，知道两点之间电势差的正、负与这两点电势高低之间的对应关系。3．知道在电场中移动电荷时静电力做功与两点间电势差的关系，会应用静电力做功的公式进行计算。教学重难点知道在电场中移动电荷时静电力做功与两点间电势差的关系，会应用静电力做功的公式进行计算。教学过程一、新课教学1．电势差：（又叫电压）（1）定义：电场中两点间电势的差值叫作电势差，也叫电压。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：U（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。例如：UAB=10V，移动1库仑正电荷电场力做功为10J，移动1库仑负电荷电场力做功－10J。2．静电力做功与电势差的关系教师引导：（1）UAB由什么决定？跟WAB、由电场本身的因素决；与WAB、q（2）WAB跟q、U跟q、UAB注意：应用公式φ=EPq，U3．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，U（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。【例1】在匀强电场中把电荷量为2.0×10－9C的点电荷从A点移动到B点，静电力做的功为1.6×10－7J。再把这个电荷从B点移动到C点，静电力做的功为-4.0×10－7J。（1）A、B、C三点中，哪点电势最高？哪点电势最低？（2）A、B间，B、C间，A、C间的电势差各是多大？（3）把电荷量为-1.5×10－9C的点电荷从A移动到C，静电力做的功是多少？（4）根据以上结果，定性地画出电场分布的示意图，标出A、B、C三点可能的位置。【解答】（1）A→B，电场力正功，φB→C，电场力负功，φC>∴（2）UAB=U（3）U（4）说明：应用UAB【例2】一个电荷量为1×10－5C的电荷，从电场外某点移到电场内的一点A时，克服电场力做功0.006J，则A点的电势为600V；如果此电荷从电场外移到电场内的另一点B时，电场力做功0.002J，则B点的电势为200V，UAB=400V；若有另一电荷量为0.2C的负电荷从A移到B点，电场力做正功，大小为80J。4．等势面定义：电场中电势相同的各点构成的面叫做等势面。教师引导：（1）观察等势面与电场线的疏密情况有什么特点？说明什么问题？（2）观察等势面与电场线的的方向有什么特点？（3）思考：在等势面上移动电荷，静电力做功有什么特点？总结等势面的特点：（1）等势面越密的位置，电场强度越大。（2）等势面与电场线垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面。（3）在等势面上移动电荷静电力不做功。展示几种常见电场的等势面【练习1】如图所示，虚线a、b和c是某静电场中的三个等势面，它们的电势分别为φA、φB和φA．粒子从K到L的过程中，电场力做负功B．粒子从L到M的过程中，电场力做负功C．粒子从K到L的过程中，电势能增加D．粒子从L到M的过程中，动能减少【练习2】如图所示，三个等差等势面上有a、b、c、d四点，若将一个正电荷由c经a移动到d电场力做正功W1，若由c经b移动到d电场力做正功W2，则（）A．W1>WB．W1<C．W1=D．W1=二、课堂小结1.电势差：两点的电势之差，也叫电压。2.电势差的单位：伏特符号V1V=1J/C3.电势差是标量。4.静电力做功与电势差的关系：WU5.电势差UAB与q、WAB均无关，仅与电场中A、B两位置有关。故电势差反映了电场本身的性质。6.电势的高低与参考点的选取有关，但电势差与参考点的选取无关。

10.3《电势差与电场强度的关系》教学设计教学目标一、知识与技能1．理解匀强电场中电势差与电场强度的关系U=Ed，并且能够推导出这个关系式。2．会用关系式U=Ed进行有关的计算。3．理解电势与场强无直接的关系。二、过程与方法通过推导电场强度与电势差的关系，使学生的分析能力和推理能力得到进一步培养。三、情感、态度与价值观通过从不同角度认识电场强度与电势、电势差的关系，使学生在遇到具体问题时要注意分析，不要武断地下结论，使学生养成多角度多方面看问题的学习品质。教学重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。教学过程一、复习提问、新课导入【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：①力的性质，由电场强度描述，可用电场线形象表示；②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：①沿等势面移动电荷电场力不做功；②等势面与电场线垂直，且电场线从高电势指向低电势；③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、新课教学1．电势差与电场强度的关系【提问】在场强为E的匀强电场中，将一个带电量为q的正电荷由A点移动到B点，电场力做了多少功？【学生答】W=qUABF=EqW=Fd=Eqd【提问】在场强为E的匀强电场中，将一个带电量为q的正电荷由A点移动到B点，电场力做了多少功？A、B两点间的电势差是多少？从A到C呢？其中AB=S，AC=d；AB和AC的夹角为??。【学生答】解：F=EqWABUWU总结：从A到B与从A到C相同！在匀强电场中，沿场强方向的两点间的电势差等于场强与这两点的距离的乘积。U=Ed在匀强电场中，场强在数值上等于沿场强方向每单位距离上的电势差E=U/d一起总结适用条件：（1）匀强电场（2）d为沿场强方向电荷移动的距离2．探究电势与电场强度的关系【提问】电场强度大电势是否一定高？反之又如何？学生：思考并回答上面的问题。E的值是客观存在的，而电势的值与零电势点选取有关，所以上述问题不可能有肯定答复。教师：那一般地，规定了无穷远处为零电势点，上述问题如何？【提示学生】可从直观表示它们的电场线和等势面的分布图讨论。【学生分析】一些同学举到了正点电荷电场的例子分析：∵A点比B点所在处电场线密，∴EA＞EB而沿电场线方向电势逐渐降低∴φA＞φB故E大处，φ一定高。【提醒学生注意】不能从若干特殊例子随便概括出带有一般性的结论。要想肯定一个命题，必须做一般性的证明，要想否定一个命题，只要举出一个反例即可。【学生举例】有同学会想到负点电荷的电场。由图可知：EC＞ED而φA＜φ反之，学生由以上两例分析得：φ高处E也不一定大。教师：总结，E大处φ不一定高；φ高处E不一定大。【提问】电场强度为零的点电势一定为零吗？反之又如何呢？（若规定无穷远处为零电势点）等量同种点电荷连线中点：根据场强的叠加，此点E=0，而选取一条无限接近该点的电场线可知：沿电场线方向电势降低，至无穷远处为0，则该点φ＞0等量异种点电荷连线中点：由图知，两点电荷连线的中垂线为一等势面而伸向无穷远，∴此点φ=0，而由图可得，此点E≠0总结，E为零处φ不一定为零；φ为零处E不一定为零结论：场强与电势无直接关系。3．三个场强公式的区别4．场强与电势的比较三、巩固练习【练习1】如图，在匀强电场中的M、N两点距离为2cm，两点间的电势差为5V，M、N连线与场强方向成60°角，则此电场的电场强度多大？解：根据，得=500V/m。【练习2】如图所示，在场强为E＝4.0×103N/C的匀强电场中有相距5cm的A、B两点，两点连线与电场强度成30°角。求A、B两点间的电势差。解析：A、B连线不沿电场方向，不能直接用公式UAB＝Ed计算A、B两点间的电势差。根据匀强电场的等势面是与场强方向垂直的平面这一性质，可过B点作一等势面，在等势面上找一点，使A、的连线沿场强方向，求即可。解：过B点作一垂直于电场线的平面即等势面，过A点作电场线的平行线，二者交于点，如图，显然N/C=1.7×102N/C说明：用本节的两个公式解题一定要注意适用条件，还要注意必须使用国际单位。通过此题可以看出场强方向是电势降落最快的方向，即是通过相同距离电势降落最大的方向。这个结论对非匀强电场也成立。【练习3】图中，A、B、C三点都在匀强电场中，已知AC⊥BC，∠ABC=60°，BC＝20cm。把一个电量q=10-5C的正电荷从A移到B，静电力做功为零；从B移到C，静电力做功为J，则该匀强电场的场强大小和方向是（）。A．865V/m，垂直AC向左B．865V/m，垂直AC向右C．1000V/m，垂直AB斜向上D．1000V/m，垂直AB斜向下解析：把电荷q从A移到B电场力不做功，说明A、B两点在同一等势面上。因该电场为匀强电场，等势面应为平面，故图中直线AB即为等势线，电场方向应垂直于等势面，可见，选项A、B不正确。V=-173V，B点电势比C点低173V，因电场线指向电势降低方向，所以场强方向必垂直于AB斜向下。场强大小=V/m=1000V/m。

10.4《电容器的电容》教学设计教学目标1．了解电容器概念及基本作用。2．了解电容器的结构，了解常用电容器种类。3．知道平行板电容器的电容跟哪些因素有关，有什么关系？教学重点电容的概念，影响电容大小的因素。教学难点电容的概念，电容器的电量与电压的关系，电容的充、放电。教学过程一、新课引入教师：两块相互靠近，平行放置的金属板，如果分别带上等量异种电荷，它们之间有没有电场？两金属板间有没有电势差？教师归纳小结由此可见，相互靠近的两金属板构成的装置具有储存电荷的作用，或者说它可以容纳电荷，而两板所带正、负电荷越多，板间电场就越强，两板间的电势差就越大。那么有什么方法可以使两金属板带上正、负电荷呢？将两金属极分别按到电源的正、负两板上（同时画出电路）将“25V，4700μF”电容器（出示实物）充以16V电压，然后短路放电产生白炽的火花，并发出较大的声响。然后教师明确告诉学生“电容器可以容纳电荷”。如何解释这一现象呢？（学生疑惑）现在我们来学习有关电容器的知识。二、新课教学1．电容器电容器是电气设备中的一种重要元件，在电子技术、电工技术中有很重要的应用。收音机、电视机、充电器、电风扇、日光灯等电器中有广泛的应用。（1）电容器的构成在两个相互靠近的导体中间夹上一层绝缘物质（也叫电介质）就是一个电容器。这两个导体叫做电容器的两个极。教师出示平行板电容器、纸介电容器（展开），介绍它们的内部结构，并指出平行板电容器是最简单的电容器，再介绍一般电容器的符号。2．常用电容器教师介绍常用电容器的种类：（1）固定电容器：电容固定不变。（2）可变电容器：两极由两组铝片组成，固定的一组铝片叫做定片；可以转动的一组铝片叫做动片；空气为电介质。（通过改变两极间的正对面积或距离来改变电容。）3．电容器使用时应注意的问题通过演示电容器上的参数强调电容器使用时应注意的问题：（1）电容器的击穿电压加在电容器两极板上的电压不能超过某一限度，超过这个限度，电介质将被击穿，电容器损坏，这个极限电压称为击穿电压。（2）电容器的额定电压电容器正常工作时两极板上的最大电压。电容器外壳上标的就是额定电压，它比击穿电压要低。（3）电解电容器的极性电解电容器在使用时注意正负极，长引脚为正极。【例题1】某电容器上标有“1.5μF9V”的字样，则（B）A．该电容器所带电荷量不能超过1.5CB．该电容器所加电压不能超过9VC．该电容器击穿电压为9VD．当给该电容器加4.5V的电压时，它的电容值变为0.75μF4．电容器充放电使电容器带电叫做充电，把电容器的一个极板接电池组的正极，另一个极板接电池组的负极，两个极板分别带上了等量的异种电荷，电容器的一个极板上所带电量的绝对值叫做电容器所带的电量，充了电的电容器的两极板之间有电场。两板之间有电势差（电压）使充电后的电容器失去电荷叫做放电，用一根导线把电容器的两极接通，两极上的电荷互相中和，电容器就不带电了，放了电后两极之间不再存在电场，也没有电势差。教师讲解充、放电过程电荷移动，电场、电势差的变化。5．电容电容器充电后的带电量跟两极板间电势差有什么关系？（学生疑惑，思考片刻）我们用实验来分析。分别用8V、12V、16V电源给“25V4700μF”电容器充电，再放电，观察放电的火花与声响（增加学生感性认识）。结果：“25V4700μF”充8V，放电产生桔红色火星，几乎无声音。充12V，放电产生白色炽光，有声音。充16V，放电产生更强的白炽火花，很大声音。由此可知，电容器充电后的带电量Q，是跟它的两极间的电势差（电压）有关的。两极间电势差随所带电量的增加而增加。用不同电容器重做上述实验，又如何？用16V电源分别给“25V4700μF”和“25V1000μF”的电容器充电，再放电。结果：“25V4700μF”放电产生白炽的火花放电“25V1000μF”放电产生桔红色的火星放电由此可知，不同的电容器，电势差增加1V所需要增加的电量是不同的。师生总结实验结果同一电容器，两极间电势差随所带电量的增加而增加，对不同的电容器，电势差增加1V所需要增加的电量是不同的。为了表示这种特征，我们把使电容器的两极间的电势差增加1V所需的电量，叫做电容器的电容。两极板间的电势差增加1伏所需的电量多，电容器的电容大。所需电量少，电容器的电容小。因此，电容是表征电容器容纳电荷的本领大小的物理量。这种情形相当于直筒容器容纳水的情形，以下两个不同的容器，要使水面升高1cm所需的水量不同，乙容器比甲容器所需要的水量多，说明了乙容器容纳水的本领比甲容器大。（类比法）电容器水容器容纳储存电荷容纳储存水电荷量Q水量V电势差U水位差h电容C横截面S电容的符号是C，国际单位制里电容的单位是法拉，简称法，符号是F教师说明法的含义，再介绍较小的单位微法、皮法。1μF=10-6F1pF=10-6μF=10-12F电容是表征电容器容纳电荷特性的物理量，它的大小是由电容器的本身结构决定的（如装水容器的装水本领由容器本身结构决定一样）电容器的电容跟两极板的正对面积、两极板的距离以及两极板间的电介质都有关系，增大两极板正对的面积，电容就增大。减少极板间距离，电容也增大。6．平行板电容器电容电容器中具有代表性的一种。（1）构成：两块平行相互绝缘金属板。构成里可强调一下：①两极间距d；②两极正对面积S。描述一对平行板的几何特性。注意说明，两板所带电量应是等量异号的（前面实验已证明）。（2）量度：，Q是某一极板所带电量的绝对值。（3）影响平行板电容器电容的因素：实验：先说明静电计的作用：指针偏角越大，指针与壳间电势差越大。充电完毕后，断开极板A、B与起电机连线，Q不变，改变A、B极板间距离，可见板间距增大时，静电计指针偏角变大，板间距减小时，静电计指针偏角减小。分析：d增大，C＝，Q不变，U增大，C减小。d增大，C＝，U减小，C增大。①理论和实验精确证明：C∝实验：改变AB两板正对面积S，可观察到S增大时，指针偏角变小；S减小时，指针偏角变大。分析：Q不变，U减小，C＝，C增大，S增大。Q不变，U增大，C＝，C减小，S减小。②理论和实验可精确证明：C∝S实验：固定A、B位置不变，把电介质板插入，可观察到电介质板进入过程中，静电计指针偏角变小。分析：Q不变，U变小，C＝，C变大。电介质一般指绝缘物质，无自由电荷，电荷可在平衡位置附近做微小振动。当绝缘物质处于外加电场中时，这些电荷受力，其分布将发生一定的变化，在靠近正极板表面上出现负电荷，在靠近负极板表面上出现正电荷。这些电荷不是自由电荷，而是被束缚在电介质上，不能自由移动。这些束缚电荷使板间电场削弱，两板间电势差U降低，从而使静电计指针偏角减小。③两极板间插入电介质时比不插入电介质时电容大。给出平行板电容器电容公式：C＝，ε为介电常数，k为静电力恒量。这里也可以用能的观点加以分析：电介质板插入过程中，由于束缚电荷与极板上电荷相互吸引力做功，电势能减少，故电势差降低。（4）几种常用电介质的相对介电常数电介质空气煤油石蜡陶瓷玻璃云母水ε1.000522.0~2.164~116~881（5）平行板电容器内电场：实验：（建议）在一块金属板上固定一些细尼龙丝，把两金属板平行正对放置，并用起电机使两板带电，可见尼龙丝几乎垂直于板，且相互平行地立起来。从细尼龙丝的分布情况，可看出板间电场的特点。①板间电场可看作匀强电场：E=U/dU为两板间电势差，d为两板间距。②场源关系E＝而C＝故E＝Q不变，板间电场强度E与板间距无关。U不变，电容器始终与电源两极相连，E与d成反比，Q=CU，Q与d也成反比。【例题2】如图所示，是一个由电池、电阻R与平行板电容器组成的串联电路，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【拓展提高1】用两节相同的电池分别给两个原来不带电的电容器充电，已知C1<C2，当电容器达到稳定时，电容器C1和C2的带电量分别为Q1和Q2，则（）A．Q1<Q2B．Q1>Q2C．Q1=Q2D．无法确定【拓展提高2】平行板电容器充电平衡后仍与电源相连，两极板间的电压是U，电荷量为Q，两极板间场强为E，电容为C，现将两极板间距离减小，则（）A．Q变大 B．C变大C．E不变 D．U变小

10.5《带电粒子在电场中的运动》教学设计教学目标1．理解带电粒子在电场中的运动规律，并能分析解决加速和偏转方向的问题。2．知道示波管的构造和基本原理。3．通过带电粒子在电场中加速、偏转过程分析，培养学生的分析、推理能力。4．通过知识的应用，培养学生热爱科学的精神。教学重点带电粒子在匀强电场中的运动规律。教学难点综合应用力学和电学知识处理偏转问题。教学过程一、新课导入教师活动：给学生抛出2012年全世界粒子物理学界最振奋人心的消息：发现“上帝粒子”。给大家讲述中国科学院卡弗里理论物理研究所2012年KITPC拓展项目活动，欧洲核子中心大型强子对撞机原理。结合北京正负电子对撞机的图片讲述参观感受，介绍电子直线加速原理与世界粒子物理研究前沿对接，引入新课。二、新课教学1．教学任务：带电粒子在电场中的的平衡问题师生活动：出示问题问题1：水平放置的两平行金属板间有一匀强电场，已知板间距离为d=5cm，有一质量为m=1.0×10-9kg、带负电的液滴悬浮其中，其电荷量为5.0×10-12C，要使液滴处于静止状态，两极板间应加多大的电势差？哪块极板的电势较高？以提问的方式，师生共同分析得出结论，投影解题过程。学生回答：略2．教学任务：带电粒子的加速师生活动：出示问题问题2：如图，两平行极板之间的距离为d，板间存在场强为E的匀强电场，有一电荷量为e，质量为m的电子，从左侧极板附近由静止加速，求：电子的加速度、到达右侧极板时的速度及所需时间。问题3：如图，两平行极板之间的距离为d，板间电压为U，有一电荷量为e，质量为m的电子，从左侧极板附近由静止加速，求：电子的加速度、到达右侧极板时的速度及所需时间。问题4：如图，两平行极板之间的距离为d，板间电压为U，有一电荷量为e，质量为m的电子，以初速度为v0从左侧极板附近加速，求：电子的加速度和到达右侧极板时的速度。学生分三组，分别完成问题2、问题3和问题4，分别汇报结果。征求不同的解法和思路，总结出两种不同的处理思路：动力学观点和能量观点。方法一：先求出带电粒子的加速度：a=再根据v可求得当带电粒子从静止开始被加速时获得的速度为：v方法二：由W=qU及动能定理：W=qU得：v到达另一板时的速度为：v深入探究：（1）结合牛顿第二定律及动能定理中做功条件（W=Fscosθ恒力（2）若初速度为v0（不等于零），推导最终的速度表达式。学生思考讨论，列式推导（教师抽查学生探究结果并展示）教师最后点拨拓展：推导：设初速为v0，末速为v，则据动能定理得qU所以vv0=0时，v=方法渗透：理解运动规律，学会求解方法，不去死记结论。教学任务：拓展1在加速问题中，如果两极板是其他形状，例如图中所示电场，中间的电场不再均匀，上面的结果是否仍然适用？为什么？3．教学任务：带电粒子的偏转师生活动：投影问题5问题5：如图所示，电子以初速度v0垂直于电场线射入匀强电场中，两极板之间的电压为U，板长为l，板间距离为d，电子电荷量为e，质量为m，初速度为v0水平向右，电子能从极板右侧打出。问题讨论：①分析电子的受力情况。②你认为这种情境同哪种运动类似，这种运动的研究方法是什么?③你能类比得到带电粒子在匀强电场中运动的研究方法吗?求：①电子在射出电场时竖直方向上的偏转距离。②电子在离开电场时的速度偏转角的正切值。学生活动：结合所学知识，自主分析推导。（教师抽查学生活动结果并展示，教师激励评价）同桌对结果相互评议，针对不同意见进行讨论，达成一致。投影示范解析：解：由于带电粒子在电场中运动受力仅有电场力（与初速度垂直且恒定），不考虑重力，故带电粒子做类平抛运动。粒子在电场中的运动时间t=加速度a=竖直方向的偏转距离y=粒子离开电场时竖直方向的速度为v速度为v=粒子离开电场时的偏转角度θ为tan教学任务：拓展2、拓展3拓展2：①如果偏转电压增大，则电子的偏转位移和偏转角如何变化？②如果偏转电场的上极板带负电，下极板带正电，电子又会往哪儿偏？③如果偏转电场的两极板如图示竖直放置，电子会如何偏转呢？拓展3电子从静止开始经加速电压U1加速后，沿垂直于电场线方向射入两平行板中央，如何处理这种先加速后偏转的问题？4．教学任务：示波管（1）示波器：用来观察电信号随时间变化的电子仪器，其核心部分是示波管。师生活动：多媒体展示：示波管原理图：示波器的核心部分是示波管，由电子枪、偏转电极和荧光屏组成。（2）示波管的构造及原理认识结构：电子枪通电后会产生热电子，电子在加速电场作用下被加速，经过偏转电场发生偏转，只是这里有两组偏转电极。例题：已知加速电压U1、极板长l、YY’偏转电极的电压U求：电子射出偏转电场时的偏向角正切值tanα及打到屏上电子的偏移量y'（3）常见波形三、巩固练习1.如图所示，M、N是在真空中竖直放置的两块平行金属板，质量为m、电量为+??的质子，以极小的初速度由小孔进入电场，当M、N间电压为??时，粒子到达N板的速度为??，如果要使这个带电粒子到达N板的速度为2??，则下述方法能满足要求的是（）A、使M、N间电压增加为2UB、使M、N间电压增加为4UC、使M、N间电压不变，距离减半D、使M、N间电压不变，距离加倍2.氢的三种同位素氕、氘、氚的原子核分别为11H、12H

A．氕核B．氘核C．氚核D．一样大3.如图所示，电子在电势差为U1的电场中加速后，垂直进入电势差为U2的偏转电场，在满足电子能射出的条件下，下列四种情况中，一定能使电子的偏转角A．U1变大、UB．U1变小、U2C．U1变大、UD．U1变小、U4.（多选）如图，二价氦离子和质子的混合体，经同一加速电场加速后垂直射入同一偏转电场中，偏转后打在同一荧光屏上，则它们（）A．侧移相同B．偏转角相同C．到达屏上同一点D．到达屏上不同点

第十章《静电场中的能量》测试卷A级—学考达标1．下列说法正确的是()A．电荷放在电势高的地方，电势能就大B．正电荷在电场中某点的电势能一定大于负电荷在该点具有的电势能C．电场强度为0的点，电势一定为0D．无论移动正电荷还是负电荷，若克服电场力做功它的电势能都增大2.如图所示，实线表示某静电场的电场线，虚线表示该电场的等势面。下列判断正确的是()A．1、2两点的电场强度相等B．1、3两点的电场强度相等C．1、2两点的电势相等D．2、3两点的电势相等3.如图所示，虚线为静电场中的等势面1、2、3、4，相邻的等势面之间的电势差相等，其中等势面3的电势为0。一带正电的点电荷在静电力的作用下运动，经过a、b点时的动能分别为26eV和5eV。当这一点电荷运动到某一位置，其电势能变为－8eV时，它的动能应为()A．8eV B．13eVC．20eV D．34eV4.如图所示，带正电的导体球A置于原来不带电的空腔导体球B内，a、c分别为导体A、B内的点，b为导体A和B之间的一点，下列说法正确的是()A．a、b、c三点的电势都相等B．a点的电场强度为0，但电势最高C．b点的电场强度为0，但电势大于0D．a、b、c三点的电场强度均为05．在维护和检修高压供电线路时，为了不影响城市用电，电工经常要在高压线上带电作业。为了保障电工的安全，电工全身要穿上用金属丝线编织的衣服(如图所示)。图乙中电工站在高压直流输电线的A供电线上作业，其头顶上方有B供电线，B供电线的电势高于A供电线的电势。虚线表示电工周围某一截面上的等差等势面，c、d、e、f是不同等势面上的四个点，以下说法正确的是()A．在c、d、e、f四点中，c点的电场强度最大B．在c、d、e、f四点中，f点的电势最高C．若将某电子由c移到f，其电势能将增大D．将某电子在d点由静止释放，它会向e点所在等势面运动6.如图所示，MN、PQ是圆的两条相互垂直的直径，O为圆心。两个等量正电荷分别固定在M、N两点。现一带电粒子(不计重力及粒子对电场的影响)从P点由静止释放，粒子恰能在P、Q之间做直线运动，则以下判断正确的是()A．O点的电势一定为0B．P点的电势一定比O点的电势高C．粒子一定带正电D．粒子在P点的电势能一定等于在Q点的电势能7.如图所示，一带电粒子在电场中沿曲线AB运动，从B点穿出电场，a、b、c、d为该电场中的等势面，这些等势面都是互相平行的竖直平面，不计粒子所受重力，则()A．该粒子一定带负电B．此电场不一定是匀强电场C．该电场的电场线方向一定水平向左8.如图所示，A、B两带正电粒子质量相等，电荷量之比为1∶4。两粒子在O上方同一位置沿垂直电场方向射入平行板电容器中，分别打在C、D两点，OC＝CD。忽略粒子重力及等长子间的相互作用，下列说法正确的是()A．A和B在电场中运动的时间之比为1∶2B．A和B运动的加速度大小之比为4∶1C．A和B的初速度大小之比为1∶4D．A和B的位移大小之比为1∶29.如图所示的匀强电场中，有a、b、c三点，ab＝5cm，bc＝12cm，其中ab沿电场方向，bc与电场方向成60°角。一电荷量为q＝4×10－8C的正电荷从a点移到b点电场力做的功为W1＝1.2×10－7J。求：(1)匀强电场的电场强度E的大小；(2)电荷从b点移到c点，电场力做的功W2；(3)a、c两点间的电势差Uac。B级—选考提能10.[多选]如图所示，一带电油滴悬浮在平行板电容器两极板A、B之间的P点，处于静止状态。现将极板A向下平移一小段距离，其他条件不变。下列说法中正确的是()A．液滴将向下运动B．液滴将向上运动C．极板带电荷量将增加D．极板带电荷量将减少11.一带电油滴在匀强电场E中的运动轨迹如图中虚线所示，电场方向竖直向下。若不计空气阻力，则此带电油滴从a运动到b的过程中，能量变化情况为()A．动能减少B．电势能增加C．动能和电势能之和减少D．重力势能和电势能之和增加12.[多选]在光滑绝缘水平面的P点正上方O点固定一电荷量为＋Q的正点电荷，在水平面上的N点，由静止释放质量为m、电荷量为－q的带电小球，小球经过P点时速度为v，图中θ＝60°，则在＋Q形成的电场中()A．N点电势高于P点电势B．UPN＝eq\f(mv2,2q)C．P点电场强度大小是N点的2倍D．带电小球从N点到P点的过程中电势能减少了eq\f(1,2)mv213.如图所示，图中的虚线表示某电场的等势面，有两个带电粒子(重力不计)以不同的速率，沿不同的方向从A点飞入电场后，沿不同的轨迹1和2运动，由轨迹可以判断()A．两粒子的电性一定相同B．粒子1的动能先减小后增大C．粒子2的电势能先增大后减小D．经过B、C两点时两粒子的速率可能相等14．[多选]在一静止点电荷的电场中，任一点的电势φ与该点到点电荷的距离r的关系如图所示。电场中四个点a、b、c和d的电场强度大小分别为Ea、Eb、Ec和Ed。点a到点电荷的距离ra与点a的电势φa已在图中用坐标(ra，φa)标出，其余类推。现将一带正电的试探电荷由a点依次经b、c点移动到d点，在相邻两点间移动的过程中，电场力所做的功分别为Weq\a\vs4\al(ab)、Weq\a\vs4\al(bc)和Weq\a\vs4\al(cd)。下列选项正确的是()A．Ea∶Eb＝4∶1 B．Ec∶Ed＝2∶1C．Weq\a\vs4\al(ab)∶Weq\a\vs4\al(bc)＝3∶1 D．Weq\a\vs4\al(bc)∶Weq\a\vs4\al(cd)＝1∶315．高电阻放电法测电容的实验，是通过对高阻值电阻放电的方法测出电容器充电电压为U时所带的电荷量Q，从而再求出待测电容器的电容C，某同学的实验情况如下：(1)按图1所示电路连接好实验电路。(2)接通开关S，调节电阻箱R的阻值，使小量程电流表的指针偏转接近满刻度，记下这时电流表的示数I0＝500μA、电压表的示数U0＝6.0V，I0和U0分别是电容器放电的初始电流和初始电压，此时电阻箱R的阻值为8.5kΩ，则电流表的内阻为________kΩ。(3)断开开关S，同时开始计时，每隔5s或10s读一次电流I的值，将测得数据填入预先设计的表格中，根据表格中的数据标出以时间t为横坐标、电流I为纵坐标的坐标上的点，如图2中用“×”表示的点。(4)请在图中描绘出电流随时间变化的图线，并根据图线估算出该电容器两端电压为U0时所带的电荷量Q0约为________C；(结果保留两位有效数字)(5)根据公式________来计算电容器的电容。(只要求写出表达式，不要求计算结果)16.如图所示，一个质子以初速度v0＝5×106m/s水平射入一个由两块带电的平行金属板组成的区域。两板距离为20cm，设金属板之间电场是匀强电场，电场强度为3×105N/C。质子质量m＝1.67×10－27kg，电荷量q＝1.60×10－19C。求质子由板上小孔射出时的速度大小。17.如图所示，水平放置的平行板电容器与某一电源相连，它的极板长L＝0.4m，两板间距离d＝4×10－3m，有一束由相同带电微粒组成的粒子流，以相同的速度v0从两板中央平行极板射入，开关S闭合前，两板不带电，由于重力作用微粒能落到下极板的正中央，已知微粒质量为m＝4×10－5kg，电荷量q＝＋1×10－8C，g＝10m/s2。求：(1)微粒入射速度v0的大小；(2)为使微粒能从平行板电容器的右边射出电场，电容器的上极板应与电源的正极还是负极相连？所加的电压U应取什么范围？

参考答案1.解析：选D正电荷放在电势高的地方，电势能就大，而负电荷放在电势高的地方，电势能就小，故A错误。电荷的电势能与电荷的电性和电势的正负有关，正电荷在电场中电势为负值的某点的电势能，小于负电荷在该点具有的电势能，故B错误。电场强度与电势无关，电场强度为0的点，电势不一定为0，故C错误。只要电荷克服电场力做功，根据功能关系可知，它的电势能都增大，故D正确。2.解析：选D根据电场线的疏密表示电场强度的大小知，1点的电场强度大于2点、3点的电场强度，选项A、B错误；根据沿着电场线方向电势逐渐降低，在同一等势面上各点的电势相等知，1点的电势高于2点电势，2点、3点处于同一等势面上，电势相等，选项C错误，D正确。3.解析：选C经过a、b点时的动能分别为26eV和5eV，题图中虚线所示为静电场中的等势面1、2、3、4，相邻的等势面之间的电势差相等，故电荷经过相邻两个等势面时的动能减小量为：ΔEk＝eq\f(26－5,3)eV＝7eV，故经过等势面3时的动能为12eV，总能量为12eV＋0＝12eV，由于只有电场力做功，所以电势能和动能之和守恒，当其电势能变为－8eV时，有：0＋12eV＝－8eV＋Ek；解得动能应为：Ek＝20eV。故C正确。4.解析：选B导体A、B各为一个等势体，其内的各点电场强度为0，即Ea＝Ec＝0，B的内、外表面各感应出负电荷、正电荷，A外B内的空间电场线方向由A指向B，Eb≠0，故电势φa＞φb＞φc＞0，A、C、D错误，B正确。5.解析：选C根据等差等势线的疏密，可知在c、d、e、f四点中，f点的电场强度最大，故A错误；沿着电场线方向电势降低，因B供电线的电势高于A供电线的电势，则在c、d、e、f四点中，c点的电势最高，故B错误；若将某电子由c移到f，即从高电势处移到低电势处，其电势能将增大，故C正确；将某电子在d点由静止释放，在电场力作用下，它会向c点所在等势面运动，故D错误。6.解析：选D沿电场线方向电势逐渐降低，根据等量同种正电荷电场分布，MN上O点电势最低，PQ上O点电势最高，电势是相对的，零电势点是人为规定的，所以O点的电势不一定为0，选项A错误。P点电势低于O点电势，选项B错误。粒子从P点释放后向Q点运动，故粒子带负电，选项C错误。根据电场对称性知P、Q两点电势相等，所以粒子在P点的电势能一定等于在Q点的电势能，选项D正确。7.D．粒子在电场中运动过程动能不断减少解析：选D由于不能确定电场线方向，故不能确定粒子的电性，A、C错误；等势面互相平行，故一定是匀强电场，B错误；粒子受电场力一定沿电场线指向轨迹凹侧，而电场线和等势面垂直，由此可确定电场力一定做负功，故动能不断减少，D正确。8.解析：选C粒子电荷量之比为1∶4，粒子在竖直方向上做匀加速运动，由h＝eq\f(1,2)at2＝eq\f(1,2)eq\f(qE,m)t2，可知A和B在电场中运动的时间之比为2∶1，故A错误；A、B两带正电粒子质量相等，电荷量之比为1∶4，根据qE＝ma，所以A和B运动的加速度大小之比为1∶4，故B错误；根据题意OC＝CD，两粒子水平方向上做匀速运动，根据x＝v0t，可知A和B的初速度大小之比为1∶4，故C正确；A和B的水平位移大小之比为1∶2，竖直方向也有位移，那么合位移之比不等于1∶2，故D错误。9.解析：(1)根据题设条件有W1＝qEdab所以E＝eq\f(W1,qdab)＝eq\f(1.2×10－7,4×10－8×5×10－2)N/C＝60N/C。(2)b、c两点沿电场方向的距离为dbccos60°，则W2＝qEdbccos60°＝4×10－8×60×0.12×eq\f(1,2)J＝1.44×10－7J。(3)电荷从a点移到c点电场力做的功W＝W1＋W2又W＝qUac故Uac＝eq\f(W1＋W2,q)＝eq\f(1.2×10－7＋1.44×10－7,4×10－8)V＝6.6V。答案：(1)60N/C(2)1.44×10－7J(3)6.6V10.解析：选BC电容器与电池相连，使两板的电压不变，开始时，电场力等于重力，当极板A向下平移一小段距离时，由E＝eq\f(U,d)可知极板间的电场强度变大，从而使电场力qE大于重力mg，致使带电液滴向上运动，故A错误，B正确；由C＝eq\f(εrS,4πkd)可知电容器电容增大，由Q＝CU知电容器带电荷量增加，故C正确，D错误。11.解析：选C由于轨迹向