1、电势和电势差一、设计思想类比是人类研究、理解未知事物的一种有效而常用的方法。学生对重力场中“地势”的概念。水流从“地势”高处流到“地势”低处的现象及重力做功跟始末位置的“地势差”有关的规律有直观的印象。所以从“地势”概念出发，通过类比建立电势概念，是一种易于理解而直观的方法。教材中把电势差和电势能编排在同一节，这两个概念都很抽象难懂，它们既有联系又有区别，并且很容易混淆。根据奥苏贝尔的学习理论，有意义学习，就是在新概念与认知结构中的有关概念（固定点）之间建立起本质的、非人为的联系，原有认知结构中有可利用的、稳定而清晰的固定概念，是进行有意义学习的前提条件。据此，对于电势与电势能，应该先牢固地掌
2、握其中的一个，使之成为另一个的固定概念。电势能比电势差更复杂，它的变化不但与电场有关，还与电荷和电荷在电场中的移动方向有关；而电势差则只与电场本身有关，在知识体系中，它比电势能处于更基本的地位。基于上述原因，本节课只学习电势差、电势的概念，电势能的概念在学习了等势面、电势差与电场强度的关系后再学习。二、教学目标1通过与重力场类比，理解电场中电势和电势差的概念；理解电场中的电势分布规律：沿电场线方向电势降低。2理解电势差的定义式 UABWAB/q ，会根据电荷 q 在电场中移动时电场力所做的功WAB，计算电势差 UAB。3理解电势与电势差的关系：UAB UA UB，知道电势的本质是电势差，某点的
3、电势等于该点与参考点之间的电势差。4培养学生的类比分析能力以及从广阔的文化背景知识理解物理概念的思维习惯。三、教学过程1 “势”的含义的讨论“势”是一个很抽象但很常用的概念。请大家回忆出一些包含“势”字的词语，并从中归纳出“势”这一概念的含义。词语：“形势” “姿势” “情势” ， “蓄势待发” “权势” “势如破竹” “仗势欺人” ， “优势”“劣势”等等。分析：前面这组词语说明了“势”是与位置、姿态有关的东西；中间这组词语说明了“势”是一种潜在的力量、趋向、能力；后面这组词语说明了“势”是一种相对性的东西。总结（板书）：势是一个位置（或姿态）相对与另一个位置（或姿态）所具有的潜在的力量、趋
4、向、能力或本领。2重力场中的地势在重力场中，物体会自动地从高处落到低处，水会自动地从高处流到低处。如图 1，物体在 A 点，如果没有阻碍作用，它就会自动地运动到 B 点。A 、B 这两位置之间潜在着一种做功的能力，使物体在 A 点，具有向 B 点运动的趋势。物体从 A 点运动到 B 点的过程中，重力就会对物体做功使物体获得动能。A 点对干 B 点存在着一种优势。相反，B 点相对于 A点处于劣势。要使物体从 B 点运动到 A 点，就需要输入能量，使物体克服重力做功。由此可见重力场中存在着一种势，我们不妨把它叫做地势。水会自动地从“地势”高处流到“地势”低处，这是大家熟知的说法。物体从高地势处运动
5、到低地势处，重力会做正功，重力做功为 WABm（ghAghB）我们可以把（ghAghB ）叫地势差。 gh 中，h 代表位置，g 代表重力场的作用。如果没有重力场 g 的作用，空间各点也就不存在这点“地势”高那点“ 地势”低的区别了。有了地势的概念，重力做功就可以表示为：重力做的功物体的质量重力场中两点的地势差。 3电势概念与物体在重力场中移动重力做功类似，电荷在电场中移动电场力也要做功。例如，把一个正电荷 q 在图 2（a ）所示的电场中从 A 点静止释放，它会在电场力作用下自动地向 B 处移动，在此过程中电场力做功使电荷获得动能。可见电场中 A 点相对于 B 点存在一种优势，A、B 这两位
6、置之间潜在着一种对电荷做功的能力。这就是说，电场中存在着一种与位置有关的势，我们把它叫做电势。更具体地，把用电场线描述的电场与水在重力场中的流动相类比。沿水流方向地势从高到低，则在电场中沿电场线方向电势从高到低，如图 2（a）和（b） 。4电势差的定义再来研究一下电场力做功的情况。电荷在确定的 A、B 两点之间移动，电荷量大，受的电场力也大，电场力做功就越大，电场力做功与电荷量成正比。在电荷量一定的情况下，电场力做功与始末位置有关，例如在图 2（a）情况中，电荷从 A 点移到 C 点，电场力做的功比电荷从 A 点移到 B 点电场力做的功大。从电势角度讲 A、C 间的电势差值大于 A、B 间的电
7、势差值。所以电场力做功还与始末位置的电势差有关。与重力做功相似，电场力做功可以表示为：电场力做的功电荷的电荷量电场中两点间的电势差。即 WAB=qUAB。从上式可得到电场中两点间电势差的定义：电场中 A、B 两点之间的电势差 UAB，等于电荷 q 从 A 点移到 B 点电场力做的功 WAB 与电荷量 q 的比值。即 UABWAB/q通常所说的电压，其本质含义就是这里的电势差。5电势的定义顾名思义，电势差应该是电势之差。电势是这样定义的：确定参考点 O，并规定 O 点的电势为零，电场中任一点 A 的电势 UA 等于 A 点到 O 点之间的电势差 UAO，即 UAUAO通过一些例题求解，使学生获得
8、沿电场线电势降低的直观印象，明确电势与电势差的关系，得出关系式 UABUA-UB四、小结历届学生普遍反映电势和电势能难学难懂。本教学设计，由于把电势联结在文化背景中势的一般含义和地势的直观概念这两个稳固的生长点上，克服了电势的抽象性；同时把电势和电势能分开教学，减小了它们的相互干扰，极大地降低了学习难度。实际教学表明，反映本章难学的学生人数大大减少了。111111111111目的:了解光电效应的产生条件、规律及光子学说。了解光的量子性，会用光子说解释光电效应现象。培养学生观察能力、分析能力，对实验事实加以解释的能力。 器材:光电效应演示器，应急灯，紫外线灯，X 射线管，感应圈，灵敏检流计。 重
9、、难点:从实验现象总结出光电效应的规律，经典理论在解释光电效应遇到的困难。 教学过程: 一、引言: 师:前几节课我们了解了人们在研究光的本性过程提出的几种有代表性的学说。 （简单回顾光的微粒说和波动说的发展过程）自从麦克期韦提出光的电磁说，赫兹又用实验证实了麦克斯韦的理论后，光的波动理论发展到了完美的地步。可是，光电效应的发现又给光的波动理论带来了前所未有的困难。今天我们就来通过实验研究光电效应的规律，并且通过分析光电效应的规律弄清为什么波动理论无法解释光电效应现象。 评: 点明课题，强调已经十分完美的理论又受到新的实验事实的挑战，引起学生的悬念，激发求知欲。 二、新课进行。 1、介绍实验装置
10、。 师: 下面给大家介绍一下光电效应实验装置。(分别介绍锌板、铜网、高压电源、检流装置，一边介绍，一边在黑板上画出整个装置的示意图) 评: 介绍装置后画出装置示意图，将具体的较复杂的实验装置变为简明的板画，突出了原理，有助于后面对实验事实的进一步分析。 师: 现在我把高压电源接通，检流装置接上，为什么检流计不发生偏转? 生:(集体) 电路还处于断开状态。 师: 哪一部分断开? 生: 锌板和铜网之间。中间是空气，不能导电。 师: 对。现在让我们用紫外线照射锌板，大家注意观察。(介绍紫外线灯，用紫外照射锌板，检流计指针偏转) 师: 刚才用紫外线照射锌板时，看到了什么现象?为什么会出现这种现象? 生
11、: 看到检流计指针发生了偏转，说明电路中出现了电流。 师: 这电流可能是哪种原因产生的? 生: 可能是紫外线使空气电离，也可能是紫外线使锌板飞出了电子。 师: 对。这两种可能性都有。但是，如果我们用铜板代替锌板，则指针不会发生偏转，这样，排除了哪种可能性? 生:(集体) 排除了空气被电离的可能性。 师: 这样，我们就知道，锌板在紫外线的照射下，飞出了电子，这种物体在光照下有电子飞出的现象叫光电效应;在光照下从物体中飞出的电子叫光电子，电路中的电流叫光电流。(板书:光电效应，光电子，光电流)(板画:光电效应的形成过程) 评: 这一阶段介绍什么是光电效应。从演示入手，引导学生观察并分析实验现象，为
12、下面的研究光电效应规律作准备。 师: 下面我们进一步研究光电效应有哪些规律。 (用应急灯的可见光照射锌板，而后用 X 射线照射锌板) 刚才分别用可见光和 X 射线照射锌板，大家看到了什么现象? 生:(集体) 用可见光照射时无电流，用 X 射线照射时有电流。 师: 这又说明了什么呢? 生: 可见光频率较低，不能发生光电效应，X 射线频率较高，可以发生光电效应。 师: 对。我们知道，可见光，紫外线，X 射线都是电磁波，只是频率高低不同。科学家们还用不同频率的各种电磁波照射同一种金属板，发现，当频率低到一定程度后，不论怎样增大入射光强度，怎样延长照射时间，都无法发生光电效应。这一频率界限就叫极限频率
13、。 (板书:二、规律:任何一种金属，都存在极限频率 V。 ，只有当入射光 VV。 ，才能发生光电效应。) 师:科学家还发现，发生光电效应时，若将高压电源去掉，检流计中仍能发现有电流通过。这说明什么呢? 生:飞出的电子不需要加速电压，能从锌板飞向铜网。 师: 对。这也说明飞出的电子具有一定的初速度，具有一定的初动能。光电子的这一初动能是从哪里来的呢? 生:从入射光中获得。 师: 对。科学家用不同的光( 不同频率，不同光强) 照射同一金属。发现 :光电子的最大初动能 E 晝 km 晞与入射光强度无关，只与入射光频率有关，并且随入射光频率的增大而增大。(板书 :2、光电子的最大初动能 E 与入射光强度无关，只随入射光频率的增大而增大 )，这是光电效应的第二条规律。
