高二物理《電場(chǎng)中的導(dǎo)體》教學(xué)設(shè)計(jì)
高二物理《電場(chǎng)中的導(dǎo)體》教學(xué)設(shè)計(jì)
一、難點(diǎn)分析
高中物理“電場(chǎng)中的導(dǎo)體”在“電場(chǎng)”一章中所占比重不大，要真正透徹分析相關(guān)問題必 須應(yīng)用高斯定理和靜電場(chǎng)邊值問題的唯一性定理．但在高中階段我們只能利用電場(chǎng)強(qiáng)度 、電場(chǎng)力 和電勢(shì)這些概念來分析．對(duì)這些概念學(xué)生若理解的不透徹，就會(huì)對(duì)有的問題只會(huì)從電場(chǎng) 強(qiáng)度、電場(chǎng)力的角度去解釋；對(duì)有的問題只會(huì)從電勢(shì)的角度去解釋．似乎一題一 法，甚至同 一問題若從兩個(gè)角度去分析會(huì)得到自相矛盾的結(jié)論，或遇題無從下手，從而使這部分 內(nèi)容成為高中物理新課教學(xué)和高三復(fù)習(xí)時(shí)的一個(gè)難點(diǎn)．究其成因是由于：
（1）受高中學(xué)生知識(shí)面的限制，教材對(duì)這部分內(nèi)容不能透徹闡述，只能采用簡(jiǎn)單推理、 實(shí)驗(yàn)演示、利用已知結(jié)論的方法處理，所以許多學(xué)生雖記住了一些結(jié)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(nèi)容不是教學(xué)重點(diǎn)，故教師花時(shí)不多，學(xué)生缺少變式練習(xí)，教師講解不能 一題多變，沒有從電場(chǎng)強(qiáng)度、電場(chǎng)力、電勢(shì)等多角度分析問題，導(dǎo)致學(xué)生不能舉一反三．
二、教學(xué)設(shè)計(jì)
針對(duì)上述難點(diǎn)和存在的問題，我在這部分內(nèi)容的教學(xué)中把重點(diǎn)放在以下兩個(gè)方面．
１．緊抓電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)的概念，先要講清靜電平衡的基本原理．
（1）電場(chǎng)中的導(dǎo)體是如何達(dá)到靜電平衡的．
先從電場(chǎng)強(qiáng)度的角度分析．導(dǎo)體剛放入電場(chǎng)中的瞬間，導(dǎo)體中的自由電荷受電場(chǎng)力Ｆ＝ Ｅｑ的作用，產(chǎn)生定向運(yùn)動(dòng)，向?qū)w兩端積累，同時(shí)在導(dǎo)體中產(chǎn)生一個(gè)附加電場(chǎng)Ｅ′，使自 由電荷又受 電場(chǎng)力Ｆ′＝Ｅ′ｑ，Ｆ和Ｆ′方向相反．當(dāng)Ｅ＝Ｅ′時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)合場(chǎng)強(qiáng)為零， 自由電荷受合力也為零 ，這時(shí)導(dǎo)體中無電荷定向移動(dòng)，即達(dá)到了靜電平衡狀態(tài)．從而得到處于靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部 電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零的結(jié)論．
再?gòu)碾妱?shì)的角度分析．導(dǎo)體剛放入電場(chǎng)中的瞬間，導(dǎo)體不同部位電勢(shì)不同，有電勢(shì)差是 導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的條件，所以負(fù)電荷向高電勢(shì)處移動(dòng)，正電荷向低電勢(shì)處移動(dòng)，結(jié)果由電勢(shì) 疊加原理，高電勢(shì)處的電勢(shì)降低了，低電勢(shì)處的電勢(shì)升高了．當(dāng)導(dǎo)體各處電勢(shì)相等時(shí)，就再 無 電荷移動(dòng)，即導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡狀態(tài)．從而得到處于靜電平衡的導(dǎo)體是一個(gè)等勢(shì) 體的結(jié)論．
繼而講清兩者是統(tǒng)一的．若某一空間電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零，則這一空間即為等勢(shì)空間，電勢(shì) 一定處處相等．
最后我們還要強(qiáng)調(diào)：電場(chǎng)強(qiáng)度為零，是兩個(gè)電場(chǎng)疊加的結(jié)果，而不是真的就沒 有電場(chǎng)．導(dǎo)體上各點(diǎn)電勢(shì)相等也是兩個(gè)電場(chǎng)在某點(diǎn)產(chǎn)生的電勢(shì)疊加的結(jié)果．
（2）處于靜電平衡的導(dǎo)體外部的電場(chǎng)線必與導(dǎo)體表面垂直，但表面場(chǎng)強(qiáng)不一定為零．
從電場(chǎng)強(qiáng)度的角度看，如果導(dǎo)體外部的電場(chǎng)線不與導(dǎo)體表面垂直，則導(dǎo)體表面電場(chǎng)強(qiáng)度就 不與表面垂直， 表面的自由電荷所受電場(chǎng)力也就不與表面垂直，那么電場(chǎng)力沿導(dǎo)體表面的分力將使自由電荷 沿導(dǎo)體表 面移動(dòng)，這與靜電平衡的定義是矛盾的．但從電勢(shì)的角度來看，因?yàn)閷?dǎo)體表面是一個(gè)等勢(shì)面 ，電荷不可能沿表面移動(dòng)，所以電場(chǎng)線與導(dǎo)體表面必垂直 ，但場(chǎng)強(qiáng)不一定為零．
（3）孤立導(dǎo)體凈電荷分布在外表面．
從電場(chǎng)強(qiáng)度的角度分析，如果凈電荷分布在導(dǎo)體內(nèi)部，則內(nèi)部就會(huì)有沒有被抵消的電場(chǎng)， 導(dǎo)體 內(nèi)部的自由電荷在電場(chǎng)力的作用下會(huì)定向移動(dòng)，這就違背了靜電平衡的定義．從電勢(shì)角度分 析，如果凈電荷分布在導(dǎo)體內(nèi)部，則內(nèi)部就有電場(chǎng)，電場(chǎng)中沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)是不同的，這 就違 背了處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體是一個(gè)等勢(shì)體的結(jié)論．所以孤立導(dǎo)體的凈電荷一定分布在它 的外表面．
２．適當(dāng)練習(xí)，一題多變，提高分析能力．
本節(jié)課通過以上幾個(gè)環(huán)節(jié)的教學(xué)，能使學(xué)生從電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)兩個(gè)角度全面掌握靜電平衡 的本質(zhì)及特征，同時(shí)提高了解題能力．
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