高二物理《電場(chǎng)中的導體》教學(xué)設計
高二物理《電場(chǎng)中的導體》教學(xué)設計
一、難點(diǎn)分析
高中物理“電場(chǎng)中的導體”在“電場(chǎng)”一章中所占比重不大，要真正透徹分析相關(guān)問(wèn)題必 須應用高斯定理和靜電場(chǎng)邊值問(wèn)題的唯一性定理．但在高中階段我們只能利用電場(chǎng)強度 、電場(chǎng)力 和電勢這些概念來(lái)分析．對這些概念學(xué)生若理解的不透徹，就會(huì )對有的問(wèn)題只會(huì )從電場(chǎng) 強度、電場(chǎng)力的角度去解釋?zhuān)粚τ械膯?wèn)題只會(huì )從電勢的角度去解釋?zhuān)坪跻活}一 法，甚至同 一問(wèn)題若從兩個(gè)角度去分析會(huì )得到自相矛盾的結論，或遇題無(wú)從下手，從而使這部分 內容成為高中物理新課教學(xué)和高三復習時(shí)的一個(gè)難點(diǎn)．究其成因是由于：
�。�1）受高中學(xué)生知識面的限制，教材對這部分內容不能透徹闡述，只能采用簡(jiǎn)單推理、 實(shí)驗演示、利用已知結論的方法處理，所以許多學(xué)生雖記住了一些結論但并非真正懂了道理 ，給解決問(wèn)題造成一定難度．
�。�2）這部分內容不是教學(xué)重點(diǎn)，故教師花時(shí)不多，學(xué)生缺少變式練習，教師講解不能 一題多變，沒(méi)有從電場(chǎng)強度、電場(chǎng)力、電勢等多角度分析問(wèn)題，導致學(xué)生不能舉一反三．
二、教學(xué)設計
針對上述難點(diǎn)和存在的問(wèn)題，我在這部分內容的教學(xué)中把重點(diǎn)放在以下兩個(gè)方面．
�。保o抓電場(chǎng)強度、電勢的概念，先要講清靜電平衡的基本原理．
�。�1）電場(chǎng)中的導體是如何達到靜電平衡的．
先從電場(chǎng)強度的角度分析．導體剛放入電場(chǎng)中的瞬間，導體中的自由電荷受電場(chǎng)力Ｆ＝ Ｅｑ的作用，產(chǎn)生定向運動(dòng)，向導體兩端積累，同時(shí)在導體中產(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Ｅ＝Ｅ′時(shí)，導體內合場(chǎng)強為零， 自由電荷受合力也為零 ，這時(shí)導體中無(wú)電荷定向移動(dòng)，即達到了靜電平衡狀態(tài)．從而得到處于靜電平衡的導體內部 電場(chǎng)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(chǎng)中的瞬間，導體不同部位電勢不同，有電勢差是 導體中產(chǎn)生電流的條件，所以負電荷向高電勢處移動(dòng)，正電荷向低電勢處移動(dòng)，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(shí)，就再 無(wú) 電荷移動(dòng)，即導體達到靜電平衡狀態(tài)．從而得到處于靜電平衡的導體是一個(gè)等勢 體的結論．
繼而講清兩者是統一的．若某一空間電場(chǎng)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(chǎng)強度為零，是兩個(gè)電場(chǎng)疊加的結果，而不是真的就沒(méi) 有電場(chǎng)．導體上各點(diǎn)電勢相等也是兩個(gè)電場(chǎng)在某點(diǎn)產(chǎn)生的電勢疊加的結果．
（2）處于靜電平衡的導體外部的電場(chǎng)線(xiàn)必與導體表面垂直，但表面場(chǎng)強不一定為零．
從電場(chǎng)強度的角度看，如果導體外部的電場(chǎng)線(xiàn)不與導體表面垂直，則導體表面電場(chǎng)強度就 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)力沿導體表面的分力將使自由電荷 沿導體表 面移動(dòng)，這與靜電平衡的定義是矛盾的．但從電勢的角度來(lái)看，因為導體表面是一個(gè)等勢面 ，電荷不可能沿表面移動(dòng)，所以電場(chǎng)線(xiàn)與導體表面必垂直 ，但場(chǎng)強不一定為零．
�。�3）孤立導體凈電荷分布在外表面．
從電場(chǎng)強度的角度分析，如果凈電荷分布在導體內部，則內部就會(huì )有沒(méi)有被抵消的電場(chǎng)， 導體 內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．從電勢角度分 析，如果凈電荷分布在導體內部，則內部就有電場(chǎng)，電場(chǎng)中沿電場(chǎng)線(xiàn)方向電勢是不同的，這 就違 背了處于靜電平衡狀態(tài)下的導體是一個(gè)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．
�。玻m當練習，一題多變，提高分析能力．
本節課通過(guò)以上幾個(gè)環(huán)節的教學(xué)，能使學(xué)生從電場(chǎng)強度、電勢兩個(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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