高二物理《電場中的導體》教學設計

高二物理《電場中的導體》教學設計

一、難點分析

高中物理“電場中的導體”在“電場”一章中所佔比重不大，要真正透徹分析相關問題必 須應用高斯定理和靜電場邊值問題的唯一性定理．但在高中階段我們只能利用電場強度 、電場力 和電勢這些概念來分析．對這些概念學生若理解的不透徹，就會對有的問題只會從電場 強度、電場力的角度去解釋；對有的問題只會從電勢的角度去解釋．似乎一題一 法，甚至同 一問題若從兩個角度去分析會得到自相矛盾的結論，或遇題無從下手，從而使這部分 內容成為高中物理新課教學和高三複習時的一個難點．究其成因是由於：

（1）受高中學生知識面的限制，教材對這部分內容不能透徹闡述，只能採用簡單推理、 實驗演示、利用已知結論的方法處理，所以許多學生雖記住了一些結論但並非真正懂了道理 ，給解決問題造成一定難度．

（2）這部分內容不是教學重點，故教師花時不多，學生缺少變式練習，教師講解不能 一題多變，沒有從電場強度、電場力、電勢等多角度分析問題，導致學生不能舉一反三．

二、教學設計

針對上述難點和存在的問題，我在這部分內容的教學中把重點放在以下兩個方面．

１．緊抓電場強度、電勢的概念，先要講清靜電平衡的基本原理．

（1）電場中的導體是如何達到靜電平衡的．

先從電場強度的角度分析．導體剛放入電場中的瞬間，導體中的自由電荷受電場力Ｆ＝ Ｅｑ的作用，產生定向運動，嚮導體兩端積累，同時在導體中產生一個附加電場Ｅ′，使自 由電荷又受 電場力Ｆ′＝Ｅ′ｑ，Ｆ和Ｆ′方向相反．當Ｅ＝Ｅ′時，導體內合場強為零， 自由電荷受合力也為零 ，這時導體中無電荷定向移動，即達到了靜電平衡狀態．從而得到處於靜電平衡的導體內部 電場強度處處為零的結論．

再從電勢的角度分析．導體剛放入電場中的瞬間，導體不同部位電勢不同，有電勢差是 導體中產生電流的條件，所以負電荷向高電勢處移動，正電荷向低電勢處移動，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，就再 無 電荷移動，即導體達到靜電平衡狀態．從而得到處於靜電平衡的導體是一個等勢 體的結論．

繼而講清兩者是統一的．若某一空間電場強度處處為零，則這一空間即為等勢空間，電勢 一定處處相等．

最後我們還要強調：電場強度為零，是兩個電場疊加的結果，而不是真的就沒 有電場．導體上各點電勢相等也是兩個電場在某點產生的電勢疊加的結果．

（2）處於靜電平衡的導體外部的電場線必與導體表面垂直，但表面場強不一定為零．

從電場強度的角度看，如果導體外部的電場線不與導體表面垂直，則導體表面電場強度就 不與表面垂直， 表面的自由電荷所受電場力也就不與表面垂直，那麼電場力沿導體表面的分力將使自由電荷 沿導體表 面移動，這與靜電平衡的定義是矛盾的．但從電勢的角度來看，因為導體表面是一個等勢面 ，電荷不可能沿表面移動，所以電場線與導體表面必垂直 ，但場強不一定為零．

　（3）孤立導體淨電荷分佈在外表面．

從電場強度的角度分析，如果淨電荷分佈在導體內部，則內部就會有沒有被抵消的電場， 導體 內部的自由電荷在電場力的作用下會定向移動，這就違背了靜電平衡的定義．從電勢角度分 析，如果淨電荷分佈在導體內部，則內部就有電場，電場中沿電場線方向電勢是不同的，這 就違 背了處於靜電平衡狀態下的導體是一個等勢體的結論．所以孤立導體的淨電荷一定分佈在它 的外表面．

　２．適當練習，一題多變，提高分析能力．

本節課通過以上幾個環節的教學，能使學生從電場強度、電勢兩個角度全面掌握靜電平衡 的本質及特徵，同時提高了解題能力．