高中物理電學專題導學案一、學習目標（一）知識與技能1.理解電場強度、電勢、電勢差、電容的核心概念及定義邏輯；2.掌握庫侖定律、電場強度疊加原理、勻強電場電勢差與電場強度關(guān)系（\(U=Ed\)）、平行板電容器決定式（\(C=\frac{\varepsilon_rS}{4\pikd}\)）的應用；3.能運用電場線、等勢面分析電場性質(zhì)，解決電荷受力、電勢高低判斷等問題。（二）過程與方法1.通過“試探電荷”實驗模型，體會“比值定義法”在物理概念建立中的作用；2.通過類比重力場（高度、重力勢能），理解電勢、電勢差的抽象性；3.通過實驗探究（平行板電容器電容影響因素），掌握“控制變量法”的應用。（三）情感態(tài)度與價值觀1.感受電場的物質(zhì)性（雖看不見摸不著，但通過受力可感知），培養(yǎng)嚴謹?shù)目茖W態(tài)度；2.聯(lián)系靜電除塵、電容器等實際應用，體會物理知識的實用價值。二、知識回顧（課前預習）（一）電荷的基本性質(zhì)1.元電荷：\(e=\)______（記住數(shù)量級，無需具體數(shù)值），所有帶電體的電荷量都是元電荷的整數(shù)倍；2.電荷守恒定律：電荷既不會______，也不會______，只會從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，或從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分。（二）庫侖定律1.內(nèi)容：真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用力，與它們的______成正比，與它們______成反比，作用力的方向在______上；2.公式：\(F=k\frac{Q_1Q_2}{r^2}\)，其中\(zhòng)(k\)為靜電力常量（\(k=9.0\times10^9\\text{N·m}^2/\text{C}^2\)）；3.適用條件：______、______、______。三、新知探究（課堂重點）（一）電場強度（\(E\)）：描述電場力的性質(zhì)1.電場的物質(zhì)性：電場是電荷周圍存在的一種______，其基本性質(zhì)是對放入其中的電荷有力的作用（電場力）。2.定義：電場中某點的電場強度等于______在該點所受的電場力與試探電荷電荷量的比值；公式：\(E=\frac{F}{q}\)（比值定義法，與\(F\)、\(q\)無關(guān)，僅由______決定）；方向：______在該點所受電場力的方向（負電荷受力方向與\(E\)相反）。3.點電荷的場強公式：\(E=k\frac{Q}{r^2}\)（\(Q\)為場源電荷電荷量，\(r\)為到場源電荷的距離）；疊加原理：多個點電荷產(chǎn)生的電場，某點的場強等于各點電荷單獨在該點產(chǎn)生場強的______（矢量和）。思考：電場強度的兩個公式（\(E=\frac{F}{q}\)與\(E=k\frac{Q}{r^2}\)）有何區(qū)別？（二）電勢（\(\phi\)）與電勢差（\(U\)）：描述電場能的性質(zhì)1.電勢的定義：電場中某點的電勢等于______在該點所具有的電勢能與試探電荷電荷量的比值；公式：\(\phi=\frac{E_p}{q}\)（比值定義法，與\(E_p\)、\(q\)無關(guān)，僅由______決定）；相對性：電勢的高低與______的選擇有關(guān)（通常選無窮遠或大地為零電勢點）。2.電勢差的定義：電場中兩點間的電勢差等于______從一點移到另一點時電場力所做的功與試探電荷電荷量的比值；公式：\(U_{AB}=\phi_A-\phi_B=\frac{W_{AB}}{q}\)（絕對值與零電勢點無關(guān)，是絕對量）；勻強電場中電勢差與電場強度的關(guān)系：\(U=Ed\)（\(d\)為兩點沿______方向的距離）。類比：電勢類似于重力場中的“高度”，電勢差類似于“高度差”，電勢能類似于“重力勢能”。（三）電容（\(C\)）：描述電容器儲存電荷的能力1.定義：電容器所帶電荷量（\(Q\)）與兩極板間電勢差（\(U\)）的比值；公式：\(C=\frac{Q}{U}\)（比值定義法，與\(Q\)、\(U\)無關(guān)，僅由電容器本身結(jié)構(gòu)決定）；單位：法拉（\(F\)），\(1\\text{F}=10^6\\mu\text{F}=10^{12}\\text{pF}\)。2.平行板電容器的決定式：\(C=\frac{\varepsilon_rS}{4\pikd}\)（\(\varepsilon_r\)為電介質(zhì)的相對介電常數(shù)，\(S\)為極板正對面積，\(d\)為極板間距離）；實驗探究：通過改變\(S\)、\(d\)、\(\varepsilon_r\)，觀察電容的變化（控制變量法）。思考：當平行板電容器與電源相連時，\(U\)不變；當斷開電源時，\(Q\)不變。此時改變\(d\)或\(S\)，\(C\)、\(Q\)、\(U\)、\(E\)（電場強度）如何變化？四、典型例題（講練結(jié)合）（一）庫侖定律與電場強度疊加例1：兩個帶電量均為\(+Q\)的點電荷，固定在相距為\(2L\)的兩點，\(O\)為它們的中點。求：（1）\(O\)點的電場強度；（2）距\(O\)點為\(L\)的\(P\)點（位于兩電荷連線的中垂線上）的電場強度。解析：（1）\(O\)點的場強由兩個點電荷的場強疊加，方向相反，大小相等，故\(E_O=0\)；（2）\(P\)點的場強由兩個點電荷的場強合成，方向沿中垂線向外（因都為正電荷），大小為\(2\timesk\frac{Q}{(L\sqrt{2})^2}\times\cos45^\circ=k\frac{Q}{2L^2}\)?？偨Y(jié)：對稱情況下的場強疊加，優(yōu)先考慮矢量方向的抵消或加強。（二）電勢差與電場強度的關(guān)系例2：勻強電場中，\(A\)、\(B\)、\(C\)三點構(gòu)成邊長為\(L\)的等邊三角形，電場方向平行于\(AB\)邊。已知\(\phi_A=10\\text{V}\)，\(\phi_B=5\\text{V}\)，求\(\phi_C\)。解析：勻強電場中，沿電場方向電勢均勻降低。\(AB\)邊的電勢差\(U_{AB}=5\\text{V}\)，電場強度\(E=\frac{U_{AB}}{L}\)。\(C\)點到\(AB\)邊的距離為\(h=L\sin60^\circ\)，但電場方向平行于\(AB\)，故\(C\)點與\(AB\)邊上某點的電勢差僅與沿電場方向的距離有關(guān)。取\(AB\)中點\(D\)，則\(\phi_D=7.5\\text{V}\)，\(CD\)垂直于\(AB\)，故\(\phi_C=\phi_D=7.5\\text{V}\)。總結(jié)：勻強電場中，等勢面是平行平面，垂直于電場線；沿任意方向，電勢變化率相等。（三）電容的動態(tài)分析例3：平行板電容器與電源相連，充電后保持與電源相連。若將極板間距離增大，下列物理量如何變化？（\(C\)、\(Q\)、\(U\)、\(E\)）解析：與電源相連，\(U\)不變；由\(C=\frac{\varepsilon_rS}{4\pikd}\)，\(d\)增大，\(C\)減??；由\(Q=CU\)，\(Q\)減小；由\(E=\frac{U}z3jilz61osys\)，\(E\)減小。總結(jié)：電容動態(tài)分析的關(guān)鍵是明確“不變量”（\(U\)或\(Q\)），再結(jié)合公式推導。五、課堂練習（分層鞏固）（一）基礎(chǔ)題1.下列關(guān)于電場強度的說法，正確的是（）A.電場強度越大，試探電荷所受電場力越大B.電場強度的方向與試探電荷的受力方向相同C.電場強度的大小與試探電荷的電荷量無關(guān)D.電場強度的單位是\(\text{N·C}^{-1}\)或\(\text{V·m}^{-1}\)2.真空中兩個點電荷相距\(r\)，若將其中一個電荷的電荷量增大為原來的2倍，另一個電荷的電荷量增大為原來的3倍，距離減小為原來的\(\frac{1}{2}\)，則它們之間的靜電力變?yōu)樵瓉淼模ǎ〢.6倍B.12倍C.24倍D.36倍（二）提高題3.如圖所示，\(A\)、\(B\)為兩個固定的正點電荷，電荷量相等，\(O\)為它們的中點，\(P\)為\(O\)點正上方的一點。則\(P\)點的電場強度方向（）A.豎直向上B.豎直向下C.水平向左D.水平向右4.平行板電容器充電后斷開電源，若將極板間的電介質(zhì)抽出，下列物理量如何變化？（\(C\)、\(Q\)、\(U\)、\(E\)）六、拓展提升（聯(lián)系實際）（一）靜電除塵原理靜電除塵器中，高壓電源使金屬絲與金屬板間形成強電場，空氣被電離為正離子和電子。電子附著在灰塵顆粒上，使灰塵帶負電，被吸附到帶正電的金屬板上，從而達到除塵目的。請用所學電場知識解釋：1.為什么灰塵會帶負電？2.為什么帶負電的灰塵會向金屬板運動？（二）超級電容器的應用超級電容器是一種新型儲能器件，具有充電快、容量大、壽命長等特點，廣泛應用于電動汽車、手機等領(lǐng)域。其工作原理基于雙電層效應（電極表面形成正負電荷層），請結(jié)合電容的定義，分析超級電容器容量大的原因（提示：從\(C=\frac{\varepsilon_rS}{4\pikd}\)考慮）。七、總結(jié)反思（課后梳理）（一）核心概念梳理物理量定義式?jīng)Q定因素方向/性質(zhì)電場強度（\(E\)）\(E=\frac{F}{q}\)場源電荷、位置正電荷受力方向電勢（\(\phi\)）\(\phi=\frac{E_p}{q}\)場源電荷、位置、零電勢點標量（相對量）電勢差（\(U\)）\(U_{AB}=\frac{W_{AB}}{q}\)場源電荷、位置標量（絕對量）電容（\(C\)）\(C=\frac{Q}{U}\)極板面積、距離、電介質(zhì)標量（二）易錯點提醒1.電場強度的大小與試探電荷無關(guān)，僅由場源電荷決定；2.電勢的高低與零電勢點的選擇有關(guān)，但電勢差與零電勢點無關(guān)；3.電容的大小與\(Q\)、\(U\)無關(guān)，僅由電容器本身結(jié)構(gòu)決定；4.勻強電場中，\(U=E