(一)知識(shí)與技能
把握電勢差與電場硬度的關(guān)系
(一)過程與技巧
通過對(duì)電場力做功的兩種不同形式的比較推論得出電勢差與電場硬度的關(guān)系
(二)情感心態(tài)與價(jià)值觀
1、習(xí)感知科學(xué)的價(jià)值和應(yīng)用
2、培養(yǎng)對(duì)科學(xué)的興趣、堅(jiān)定學(xué)習(xí)思索探求的的信念
重點(diǎn):勻強(qiáng)電場中電勢差與電場硬度的關(guān)系
難點(diǎn):電勢差與電場硬度的關(guān)系在實(shí)際問題中應(yīng)用。
教學(xué)活動(dòng)
教學(xué)過程:
備考提問
1、電場的兩大性質(zhì):
①力的性質(zhì),由電場硬度描述,可用電場線形象表示;
②能的性質(zhì):由電勢、電勢差描述,可用等勢面形象表示。
2、等勢面有什么特征?①沿等勢面聯(lián)通電荷電場力不做功;②等勢面與電場線垂直,且電場線從高電勢指向低電勢;③任兩個(gè)等勢面不相交。
既然場強(qiáng)、電勢、電勢差都描述電場的性質(zhì),它們之間一定存在關(guān)系。
新課教學(xué)
一、電場硬度與電勢的關(guān)系
(1)電場硬度大的地方電勢是否一定高?反之?
(2)電場硬度為零的點(diǎn)電勢一定為零嗎?反之?
E值是客觀存在的,而電勢的值與零電勢點(diǎn)選定有關(guān),所以上述問題不可能有肯定答復(fù)。
E大處不一定高,高處E也不一定大。E為零處不一定為零電勢差與電場強(qiáng)度教案,為零處E不一定為零.
推論:場強(qiáng)與電勢無直接關(guān)系.
[要點(diǎn)學(xué)案]
1.能把電子從正級(jí)搬運(yùn)到負(fù)級(jí)的裝置是。
2.恒定電場:導(dǎo)線內(nèi)的電場是由電源、導(dǎo)線等電路器件所積累的電荷共同產(chǎn)生的。雖然導(dǎo)線中的電荷在運(yùn)動(dòng),但有的流走,另外的又來補(bǔ)充,所以電荷的分布是穩(wěn)定的,電場的分布也不會(huì)隨時(shí)間變化。這些由穩(wěn)定分布的電荷所形成的穩(wěn)定電場稱為恒定電場。
3.產(chǎn)生電壓的必要條件:(1)要有能自由聯(lián)通的。在導(dǎo)體中存在著大量的能自由聯(lián)通的電荷,如金屬導(dǎo)體中的,電解液中的等。(2)導(dǎo)體兩端有,即能形成驅(qū)使電荷作定向聯(lián)通的斥力--電場力。電源的作用就是保持導(dǎo)體兩端的電流,進(jìn)而使電路中有持續(xù)的電壓。
4.電壓的定義:通過導(dǎo)體橫截面的電量跟所用時(shí)間的比值叫電壓,表達(dá)式I=q/t。電壓的單位:安(A),1A=1C/s,常用單位還有毫安(mA)、微安(A),1A=103mA=106A。在國際單位制中,電壓是一個(gè)基本數(shù)學(xué)量,其單位安培是基本單位之一。
5.電壓的方向:規(guī)定正電荷定向聯(lián)通的方向?yàn)殡妷悍较颉Ｔ诮饘賹?dǎo)體中,電壓方向與電子定向聯(lián)通的方向。但電壓是標(biāo)量,電壓的方向表示的是電壓的流向,電壓的疊加是求代數(shù)和,而不是矢量和。
6.恒定電壓:大小和方向都不隨時(shí)間變化的電壓。
7.電壓的微觀表達(dá)式:I=nqvS。其中,n是導(dǎo)體每單位容積內(nèi)的自由電荷數(shù),q是每位自由電荷的電量,v是導(dǎo)體中的自由電荷沿導(dǎo)體定向聯(lián)通的速度,S是導(dǎo)體的橫截面積。
推論過程如下:如圖12-1-1所示,在加有電流的一段粗細(xì)均勻的導(dǎo)體AD上選定截面B和C,設(shè)導(dǎo)體的截面積為S,導(dǎo)體每單位容積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n,每位電荷的電量為q,電荷的定向聯(lián)通速度為v,則在時(shí)間t內(nèi)處于相距為vt的兩截面B、C間的所有自由電荷將通過截面C。因?yàn)镮=q/t可得:I=qnSvt/t=nqvS
[范例精析]
例1某電解池中,若在2s內(nèi)各有1.01019個(gè)二價(jià)正離子和2.01019個(gè)一價(jià)負(fù)離子通過某截面,這么通過這個(gè)截面的電壓是().
A.OB.0.8AC.1.6AD.3.2A
解析:電荷的定向聯(lián)通產(chǎn)生電壓,但+一電荷同時(shí)向相反方向定向聯(lián)通時(shí),通過某截面的電量應(yīng)是二者絕對(duì)值的和。故由題意可知,電壓由正、負(fù)離子定向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生,則在2s內(nèi)通過截面的總電量應(yīng)為:
q=1.610-1921.+1.610-1912.=6.4C。
依照電壓的定義式得:I=q/t=6.4/2=3.2A
拓展:電壓的大小等于單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電量,而正電荷的定向聯(lián)通產(chǎn)生電壓與負(fù)電荷定向聯(lián)通產(chǎn)生電壓是等效的。只不過負(fù)電荷定向聯(lián)通產(chǎn)生電壓的方向與負(fù)電荷定向聯(lián)通的方向相反而已。
例2電子的繞核運(yùn)動(dòng)可等效為環(huán)型電壓。若氫原子中的電子以速度v在直徑為r的軌道上運(yùn)動(dòng),用e表示電子的電荷量,則其等效電壓等于多少?
解析:假想電子繞核運(yùn)動(dòng)的軌跡就是一個(gè)環(huán)型導(dǎo)體,在運(yùn)動(dòng)的軌跡上任取一截面,則在一個(gè)周期內(nèi)只有一個(gè)電子通過這個(gè)截面,因?yàn)殡娮与姾闪款}目早已給出,只要求出電子運(yùn)動(dòng)的周期,就可以依照電壓的定義求解。按照?qǐng)A周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)可知,電子運(yùn)動(dòng)的周期為
T=2r/v,
為此所求電壓為I=e/T=ev/2r.
拓展:本題用到上面所學(xué)有關(guān)圓周運(yùn)動(dòng)的基本知識(shí),還用到一種等效的思維方式。因?yàn)闆]有直觀經(jīng)驗(yàn),對(duì)于不少中學(xué)生來說,采用這個(gè)思維方式是有一定難度的,因而本題作為一種類型,希望中學(xué)生通過練習(xí)積累這些解題思路,在今后解決類似問題時(shí)可以采用相仿的思維方式。諸如:一電子沿一圓周順秒針方向高速運(yùn)動(dòng),周期為10-10s,則等效電壓大小為------A,電壓方向是----------(填順秒針或逆秒針)。
[答案:1.610-9,逆秒針]
例3有一橫截面積為s的銅導(dǎo)線,流經(jīng)其中的電壓硬度為I;設(shè)每單位容積的導(dǎo)線中有n個(gè)自由電子,電子的電量為e,此電子的定向聯(lián)通速度為v,在t時(shí)間內(nèi),通過導(dǎo)線橫截面的自由電子數(shù)可表示為()
A.nvstB.nvtC.It/eD.It/se
解析:由于I=q/t,所以q=It
自由電子數(shù)量為:N=q/e=It/e,則選項(xiàng)C正確。
又由于電壓硬度的微觀表達(dá)式為I=nevs,所以自由電子數(shù)量為
N=q/e=It/e=nevst/e=nvst
則選項(xiàng)A正確。
拓展:本題主要考查電壓硬度的定義式和微觀表達(dá)式的應(yīng)用估算。求解此題的關(guān)鍵是對(duì)電壓的本質(zhì)要有深刻的認(rèn)識(shí),根據(jù)電壓硬度的宏觀和微觀表達(dá)式,靈活運(yùn)用解題。
[能力訓(xùn)練]
1.1毫安=安,1微安=安。110-3110-6
2.把規(guī)定為電壓的方向,在金屬導(dǎo)體中,電壓方向與自由電子定向聯(lián)通的方向。在電解質(zhì)堿液中,電壓的方向與正離子定向聯(lián)通的方向
,與負(fù)離子定向聯(lián)通的方向。
正電荷定向聯(lián)通的方向;相反;相同;相反
3.關(guān)于電源的作用,下述說法正確的是(BCD)
A.電源的作用是能為電壓提供自由電子
B.電源的作用是使導(dǎo)體中產(chǎn)生電場
C.電源的作用是能否保持導(dǎo)體兩端的電流
D.電源的作用是使自由電荷定向聯(lián)通上去
4.下述表述正確的是(BD)
A.導(dǎo)體中電荷運(yùn)動(dòng)就產(chǎn)生電壓
B.電壓的國際單位是安培
C.由于電壓硬度有方向,所以電壓硬度是矢量
D.導(dǎo)體中有電流通過時(shí),導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)不為零
5.關(guān)于電壓的方向,下述說法正確的是(C)
A.在金屬導(dǎo)體中,電壓的方向是自由電子定向聯(lián)通的方向
B.在電解液中,電壓的方向?yàn)樨?fù)離子定向聯(lián)通的方向
C.無論在何種導(dǎo)體中,電壓的方向都與負(fù)電荷定向聯(lián)通的方向相反
D.在電解液中,因?yàn)槭钦?fù)電荷定向聯(lián)通產(chǎn)生的電壓,所以電壓有兩個(gè)方向
6.關(guān)于電壓的說法正確的是(BD)
A.按照I=q/t可知,I與q成反比
B.假如在任何相等時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面積的電量相等,則導(dǎo)體中的電壓是恒定電壓
C.電壓硬度是一個(gè)標(biāo)量,其方向是沒有意義的
D.電壓硬度的單位安培是國際單位制中的基本單位
7.以下對(duì)導(dǎo)體中的電場理解正確的是(ABD)
A.導(dǎo)體內(nèi)的電場在穩(wěn)定時(shí)是和導(dǎo)線平行的
B.導(dǎo)體內(nèi)的電場由電源、導(dǎo)線等電路器件所積累的電荷共同產(chǎn)生
C.導(dǎo)線中電場仍舊隨時(shí)間而變化
D.導(dǎo)體內(nèi)的電場是一種動(dòng)態(tài)的穩(wěn)定
8.通過一根金屬導(dǎo)線的電壓為16mA.則10s內(nèi)通過這根導(dǎo)線橫截面的自由電子數(shù)為(B)
A.1.01017B.1.01018C.1.01019D.1.01020
9.在某次閃電中,持續(xù)時(shí)間為0.005s所產(chǎn)生的平均電壓為6.0104A,若閃電過程中形成的電荷以0.5A的電壓通過電燈電勢差與電場強(qiáng)度教案,試求可供電燈照明的時(shí)間。
6103
10.銀導(dǎo)線的橫截面積S=4mm2,通以I=2A的電壓,若每位銀原子可以提供一個(gè)自由電子,試推論銀導(dǎo)線單位寬度上的自由電子數(shù)的估算公式,并估算結(jié)果.(已知銀的密度=10./m3,摩爾質(zhì)量M=108g/mol,阿伏伽德羅常數(shù)NA=6.-1,估算結(jié)果取1位小數(shù))102
(一)知識(shí)與技能
理解把握電勢差的概念、定義式與應(yīng)用。
(一)過程與技巧
結(jié)合電勢、電勢能、靜電力做功,通過對(duì)比讓中學(xué)生深入理解電勢差及其之間的關(guān)系
(二)情感心態(tài)與價(jià)值觀
培養(yǎng)中學(xué)生對(duì)比的學(xué)習(xí)方式,培養(yǎng)中學(xué)生的邏輯能力
重點(diǎn):理解把握電勢差的概念、定義式。
難點(diǎn):按照電勢差的定義式進(jìn)行有關(guān)估算。
教學(xué)活動(dòng)
教學(xué)過程:
備考
要點(diǎn):1、靜電力做功與電勢能的關(guān)系。
2、電勢概念。-----后引入新課
通過對(duì)重力場中的高度、高度差和電場中的電勢、電勢的差值進(jìn)行類比,并結(jié)合P18圖1、4-1剖析得出:
一、電勢差
(1)定義:電場中兩點(diǎn)間電勢的差值,也叫電流。
(3)理解:①電勢差是標(biāo)量,可正,可負(fù)。正負(fù)表示兩點(diǎn)電勢的高低
②電勢的數(shù)值與零電勢點(diǎn)的選定有關(guān),電勢差的數(shù)值與零電勢點(diǎn)的選定無關(guān)。
③電勢差UAB與q無關(guān),僅與電場中A、B兩位置有關(guān),反映電場本身的性質(zhì)。
④電場中A、B兩點(diǎn)間的電勢差跟聯(lián)通電荷的路徑無關(guān),只與AB位置有關(guān)
二、靜電力做功與電勢差的關(guān)系
電荷Q在電場中從A聯(lián)通到B時(shí),靜電力做的功WAB等于電荷在A、B兩點(diǎn)的電勢能之差。
推論:
即:電場中A、B兩點(diǎn)間的電勢差等于電場力做的功與試探電荷Q的比值。
三、符號(hào)的處理
1、計(jì)算時(shí)將各量的正、負(fù)號(hào)代入公式,并按照結(jié)果的正、負(fù)號(hào)進(jìn)行判別。
2、代入絕對(duì)值