(一)知识与技能
把握电势差与电场硬度的关系
(一)过程与技巧
通过对电场力做功的两种不同形式的比较推论得出电势差与电场硬度的关系
(二)情感心态与价值观
1、习感知科学的价值和应用
2、培养对科学的兴趣、坚定学习思索探求的的信念
重点:匀强电场中电势差与电场硬度的关系
难点:电势差与电场硬度的关系在实际问题中应用。
教学活动
教学过程:
备考提问
1、电场的两大性质:
①力的性质,由电场硬度描述,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。
2、等势面有什么特征?①沿等势面联通电荷电场力不做功;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。
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。
新课教学
一、电场硬度与电势的关系
(1)电场硬度大的地方电势是否一定高?反之?
(2)电场硬度为零的点电势一定为零吗?反之?
E值是客观存在的,而电势的值与零电势点选定有关,所以上述问题不可能有肯定答复。
E大处不一定高,高处E也不一定大。E为零处不一定为零电势差与电场强度教案,为零处E不一定为零.
推论:场强与电势无直接关系.
[要点学案]
1.能把电子从正级搬运到负级的装置是。
2.恒定电场:导线内的电场是由电源、导线等电路器件所积累的电荷共同产生的。虽然导线中的电荷在运动,但有的流走,另外的又来补充,所以电荷的分布是稳定的,电场的分布也不会随时间变化。这些由稳定分布的电荷所形成的稳定电场称为恒定电场。
3.产生电压的必要条件:(1)要有能自由联通的。在导体中存在着大量的能自由联通的电荷,如金属导体中的,电解液中的等。(2)导体两端有,即能形成驱使电荷作定向联通的斥力--电场力。电源的作用就是保持导体两端的电流,进而使电路中有持续的电压。
4.电压的定义:通过导体横截面的电量跟所用时间的比值叫电压,表达式I=q/t。电压的单位:安(A),1A=1C/s,常用单位还有毫安(mA)、微安(A),1A=103mA=106A。在国际单位制中,电压是一个基本数学量,其单位安培是基本单位之一。
5.电压的方向:规定正电荷定向联通的方向为电压方向。在金属导体中,电压方向与电子定向联通的方向。但电压是标量,电压的方向表示的是电压的流向,电压的叠加是求代数和,而不是矢量和。
6.恒定电压:大小和方向都不随时间变化的电压。
7.电压的微观表达式:I=nqvS。其中,n是导体每单位容积内的自由电荷数,q是每位自由电荷的电量,v是导体中的自由电荷沿导体定向联通的速度,S是导体的横截面积。
推论过程如下:如图12-1-1所示,在加有电流的一段粗细均匀的导体AD上选定截面B和C,设导体的截面积为S,导体每单位容积内的自由电荷数为n,每位电荷的电量为q,电荷的定向联通速度为v,则在时间t内处于相距为vt的两截面B、C间的所有自由电荷将通过截面C。因为I=q/t可得:I=qnSvt/t=nqvS
[范例精析]
例1某电解池中,若在2s内各有1.01019个二价正离子和2.01019个一价负离子通过某截面,这么通过这个截面的电压是().
A.OB.0.8AC.1.6AD.3.2A
解析:电荷的定向联通产生电压,但+一电荷同时向相反方向定向联通时,通过某截面的电量应是二者绝对值的和。故由题意可知,电压由正、负离子定向运动产生,则在2s内通过截面的总电量应为:
q=1.610-1921.+1.610-1912.=6.4C。
依照电压的定义式得:I=q/t=6.4/2=3.2A
拓展:电压的大小等于单位时间内通过导体横截面的电量,而正电荷的定向联通产生电压与负电荷定向联通产生电压是等效的。只不过负电荷定向联通产生电压的方向与负电荷定向联通的方向相反而已。
例2电子的绕核运动可等效为环型电压。若氢原子中的电子以速度v在直径为r的轨道上运动,用e表示电子的电荷量,则其等效电压等于多少?
解析:假想电子绕核运动的轨迹就是一个环型导体,在运动的轨迹上任取一截面,则在一个周期内只有一个电子通过这个截面,因为电子电荷量题目早已给出,只要求出电子运动的周期,就可以依照电压的定义求解。按照圆周运动的知识可知,电子运动的周期为
T=2r/v,
为此所求电压为I=e/T=ev/2r.
拓展:本题用到上面所学有关圆周运动的基本知识,还用到一种等效的思维方式。因为没有直观经验,对于不少中学生来说,采用这个思维方式是有一定难度的,因而本题作为一种类型,希望中学生通过练习积累这些解题思路,在今后解决类似问题时可以采用相仿的思维方式。诸如:一电子沿一圆周顺秒针方向高速运动,周期为10-10s,则等效电压大小为------A,电压方向是----------(填顺秒针或逆秒针)。
[答案:1.610-9,逆秒针]
例3有一横截面积为s的铜导线,流经其中的电压硬度为I;设每单位容积的导线中有n个自由电子,电子的电量为e,此电子的定向联通速度为v,在t时间内,通过导线横截面的自由电子数可表示为()
A.nvstB.nvtC.It/eD.It/se
解析:由于I=q/t,所以q=It
自由电子数量为:N=q/e=It/e,则选项C正确。
又由于电压硬度的微观表达式为I=nevs,所以自由电子数量为
N=q/e=It/e=nevst/e=nvst
则选项A正确。
拓展:本题主要考查电压硬度的定义式和微观表达式的应用估算。求解此题的关键是对电压的本质要有深刻的认识,根据电压硬度的宏观和微观表达式,灵活运用解题。
[能力训练]
1.1毫安=安,1微安=安。110-3110-6
2.把规定为电压的方向,在金属导体中,电压方向与自由电子定向联通的方向。在电解质碱液中,电压的方向与正离子定向联通的方向
,与负离子定向联通的方向。
正电荷定向联通的方向;相反;相同;相反
3.关于电源的作用,下述说法正确的是(BCD)
A.电源的作用是能为电压提供自由电子
B.电源的作用是使导体中产生电场
C.电源的作用是能否保持导体两端的电流
D.电源的作用是使自由电荷定向联通上去
4.下述表述正确的是(BD)
A.导体中电荷运动就产生电压
B.电压的国际单位是安培
C.由于电压硬度有方向,所以电压硬度是矢量
D.导体中有电流通过时,导体内部场强不为零
5.关于电压的方向,下述说法正确的是(C)
A.在金属导体中,电压的方向是自由电子定向联通的方向
B.在电解液中,电压的方向为负离子定向联通的方向
C.无论在何种导体中,电压的方向都与负电荷定向联通的方向相反
D.在电解液中,因为是正负电荷定向联通产生的电压,所以电压有两个方向
6.关于电压的说法正确的是(BD)
A.按照I=q/t可知,I与q成反比
B.假如在任何相等时间内通过导体横截面积的电量相等,则导体中的电压是恒定电压
C.电压硬度是一个标量,其方向是没有意义的
D.电压硬度的单位安培是国际单位制中的基本单位
7.以下对导体中的电场理解正确的是(ABD)
A.导体内的电场在稳定时是和导线平行的
B.导体内的电场由电源、导线等电路器件所积累的电荷共同产生
C.导线中电场仍旧随时间而变化
D.导体内的电场是一种动态的稳定
8.通过一根金属导线的电压为16mA.则10s内通过这根导线横截面的自由电子数为(B)
A.1.01017B.1.01018C.1.01019D.1.01020
9.在某次闪电中,持续时间为0.005s所产生的平均电压为6.0104A,若闪电过程中形成的电荷以0.5A的电压通过电灯电势差与电场强度教案,试求可供电灯照明的时间。
6103
10.银导线的横截面积S=4mm2,通以I=2A的电压,若每位银原子可以提供一个自由电子,试推论银导线单位宽度上的自由电子数的估算公式,并估算结果.(已知银的密度=10./m3,摩尔质量M=108g/mol,阿伏伽德罗常数NA=6.-1,估算结果取1位小数)102
(一)知识与技能
理解把握电势差的概念、定义式与应用。
(一)过程与技巧
结合电势、电势能、静电力做功,通过对比让中学生深入理解电势差及其之间的关系
(二)情感心态与价值观
培养中学生对比的学习方式,培养中学生的逻辑能力
重点:理解把握电势差的概念、定义式。
难点:按照电势差的定义式进行有关估算。
教学活动
教学过程:
备考
要点:1、静电力做功与电势能的关系。
2、电势概念。-----后引入新课
通过对重力场中的高度、高度差和电场中的电势、电势的差值进行类比,并结合P18图1、4-1剖析得出:
一、电势差
(1)定义:电场中两点间电势的差值,也叫电流。
(3)理解:①电势差是标量,可正,可负。正负表示两点电势的高低
②电势的数值与零电势点的选定有关,电势差的数值与零电势点的选定无关。
③电势差UAB与q无关,仅与电场中A、B两位置有关,反映电场本身的性质。
④电场中A、B两点间的电势差跟联通电荷的路径无关,只与AB位置有关
二、静电力做功与电势差的关系
电荷Q在电场中从A联通到B时,静电力做的功WAB等于电荷在A、B两点的电势能之差。
推论:
即:电场中A、B两点间的电势差等于电场力做的功与试探电荷Q的比值。
三、符号的处理
1、计算时将各量的正、负号代入公式,并按照结果的正、负号进行判别。
2、代入绝对值