电势能和电势_1

1 / 23 电势能和电势 本资料为 WoRD 文档，请点击下载地址下载全文下载地址 选修 3-1 第一章 电势能、电势教学设计 一【教材分析】 本节内容为物理选修 3 1 中第一章静电场中第四节的教学内容，它处在电场强度之后，位于电势差之前，起到承上启下的作用。它是课程教学中利用物理思维方法较多的一堂课，尤其是用类比的方法达到对新知识的探究，同时让学生就具体的物理知识迁移埋下思维铺垫。教材从电场对电荷做功的角度出发，推知在匀强电场中电场力做功与移动电荷的路径无关。进而指出这个结论对非匀强电场也是适用的，并与重力 势能类比，说明电荷在电场中也是具有电势能。电场力做功的过程就是电势能的变化量，而不能决定电荷在电场中某点的电势能的数值，因此有必要规定电势能零点。对学生能力的提高和对知识的迁移、灵活运用给予了思维上的指导作用。 二【教学目标】 1知识与技能 理解静电力做功的特点、电势能的概念、电势能与电场力做功的关系。 2 / 23 理解电势的概念，知道电势是描述电场的能的性质的物理量。 明确电势能、电势、静电力的功、电势能的关系。 了解电势与电场线的关系，了解等势面 的意义及与电场线的关系。 2过程与方法 通过与前面知识的结合，理解电势能与静电力做的功的关系，从而更好的了解电势能和电势的概念。 培养对知识的类比能力，以及对问题的分析、推理能力。 通过学生的理论探究，培养学生分析问题、解决问题的能力。培养学生利用物理语言分析、思考、描述概念和规律的能力。 3情感、态度与价值观 尝试运用物理原理和研究方法解决一些与生产、生活相关的实际问题，增强科学探究的价值观。利用知识类比和迁移激发学生学习兴趣，培养学 生灵活运用知识和对科学的求知欲。 利用等势面图象的对称美，形态美以获得美的享受、美的愉悦，自己画图，在学习知识的同时提高对美的感受力和鉴别力。 在研究问题时，要培养突出主要矛盾，忽略次要因3 / 23 素的思维方法。 三【教学重点和难点】 1重点 理解掌握电势能、电势、等势面的概念及意义。 2难点 掌握电势能与做功的关系，并能用此解决相关问题。 四【学情分析】 通过对必修内容的学习，学生对功的计算，重力做功的特点，重力做功与重力势能变化的关系， 能量守恒定律等内容已相当熟悉，具备了学习本节内容的知识前提，但建立起电势能的概念对学生来说相对比较困难的，因为电场的概念特别抽象，特别是从力与能量两条线上同时研究电场，让学生感到有点 “ 力不从心 ” ，知识迁移及灵活运用是学生学习过程中要跨越的一个台阶 五【教学方法】理论、类比探究、分析归纳、讨论分析、应用举例、体验探究 六【课前准备】挂图 七【课时安排】 2 课时 八【教学过程】 （一）预习检查、总结疑惑 1静电力，电场强度概念，指出前面我们从力的性质研究电场，从本节起将从能量的角度研究电场。 4 / 23 2 复习功和能量的关系：如图所示从静电场中静电力做功使试探电荷获得动能入手，提出问题：是什么转化为试探电荷的动能？ （二）情景引入、展示目标。 第四节、电势能和电势 一、静电力做功的特点 让试探电荷 q在电场强度为 E的匀强电场中沿几条不同路径从 A 点运动到 B 点，我们来计算这几种情况下静电力对电荷所做的功。 W F|AB| qE|AB|W F|AB|cos qE|AB|W W1+W2+W3+ 其中 F qE|Am| 分析三种情况下的做功的数据结果，结合具体的问题情景，从中找到共同点和不同 点，联系前面所学的知识，归纳得出相关的物理知识。从中发现问题和知识结论。 结论：静电力做的功只与电荷的起始位置和终点位置有关，与电荷经过的路径无关。 拓展：该特点对于非匀强电场中也是成立的。 二、电势能 5 / 23 寻找类比点：力做功只与物体位置有关，而与运动路径无关的事例在物理中有哪些呢？属于什么能？ （移动物体时重力做的功与路径无关同一物体在地面附近的同一位置才具有确定的重力势能。） 思考：静电力做功也与路径无关，是否隶属势能？我们可以给它一个物理名称吗？ 1电势能：由于移动电荷时静电力做功与移动的 路径无关，电荷在电场中也具有势能，这种势能我们叫做电势能。电势能用 Ep表示。 【思考与讨论】如果做功与路径有关，那能否建立电势能的概念呢？ 2讨论：静电力做功与电势能变化的关系 通过知识的类比，让学生能从中感受到新知识的得出也可以通过已有获取。 静电力做的功等于电势能的变化。 功是能量变化的量度。 电场力做多少功，电势能就变化多少，在只受电场力作用下，电势能与动能相互转化，而他们总量保持不变。 WAB（ EpB EpA） EpA EP 【思考讨论】对不同的电荷从 A 运动到 B 的过程中，电 势能的变化情况： 6 / 23 正电荷从 A运动到 B做正功，即有 WAB0，则 EpAEpB，电势能减少。 正电荷顺着电场线的方向其电势能逐渐减少。 负电荷从 A运动到 B做正功，即有 WABEpB，电势能增加。 EPB，电势能增加。 负电荷顺着电场线的方向其电势能逐渐降低。 对此分析得出：电势能为系统所有，与重力势能相类似。 3求电荷在某点处具有的电势能 问题讨论：在上面讨论的问题中，请分析求出 A 点的电势能为多少？ 学生思考后无法直接求出 ，不妨就此激励学生，并提出类比方法。 类比分析：如何求出 A 点的重力势能呢？进而联系到电势能的求法。 则 EpA WAB（以 B 为电势能零点） 电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移动到零势能位置撕所做的功。 4零势能面的选择 通常把电荷离场源电荷无限远处的电势能规定为零，或把电荷在大地表面上的电势能规定为零。 7 / 23 拓展：求电荷在电场中 A、 B 两点具有的电势能高低。 将电荷由 A 点移动到 B 点，根据静电力做功情况判断。 若静电力做功为正功，电势能减少，电荷在 A 点电势能大于在 B 点的电势能。反之静 电力做负功，电势能增加，电荷在A 点电势能小于在 B 点的电势能 弄清正、负电荷在电场中电势能的不同特点，判断其做功特点再进行判断。 通过对不同内容的拓展，引导学生能通过自己对不同事例的分析，知道对问题考虑的全面性有所了解，同时能正确认识到在分析问题时还应该思考问题的不同侧面，达到对问题的全面解决。提高思维的深度和发散能力，达到对物理学习全面化的探究要求。 三、电势 我们通过静电力的研究认识了电场强度，现在要通过电势能的研究来认识另一个物理量 电势。它同样是表征电场性质的重要物理量度。 通过类比可 见，若用左图中的 Ep/m，或右图中的 Ep/q，它们的值是相同的。 如何来表征这个相同的量呢？ 让学生很快能想到用比值定义法来定义物理量，对知识活学8 / 23 活用。 上面讨论的是特殊情况，下面我们来讨论一般情况：（如图） EpA qE场 Lcos 可见， EpA与 q 成正比，即电势能跟电荷量的比值 EpA/q都是相同的。对电场中不同位置，由于 L 与 可以不同，所以这个比值一般是不同的。 电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值，是由电场中这点的位置决定的，跟试探电荷本身无关。 得出结论后，引导学生类比电场 的得来过程，提出新的物理量 电势。 1定义：电荷在电场中某一点的电势能与他的电荷量的比值，叫做这一点的电势。用 表示。表达式： Ep/q（与试探电荷无关） 2电势是标量，它只有大小没有方向，但有正负。 3单位：伏特（ V） 1V 1j/c 物理意义：电荷量为 1c的电荷在该点的电势能是 1j，则该点的电势就是 1V。 以上结论由学生得出，自己能用所学知识进行简单的描叙，培养相关应用归纳知识的能力。 （三）合作探究、精讲点播思索： 如何来判断电势的高低呢？ 9 / 23 让学生明白：根据静电力做功的正负，判 断电势能的变化，进而判定电势的高低。现通过具体情景来进行分析。 4电场线指向电势降低的方向。 电势顺线降低；顺着电场线方向，电势越来越低。 与电势能相似，我们知道 Ep 有零势能面，因此电势也具有相对性。 引导学生得出：应该先规定电场中某处的电势为零，然后才能确定电场中其他各点的电势。 5零电势位置的规定：电场中某一点的电势的数值与零电势的选择有关，即电势的数值决定于零电势的选择。因此电势有正负之分，是由于其零电势的选择决定。 通常以大地或无穷远默认为零。 与零电势能的位置规定是否有相似之 处呢？ 与知识进行类比，从前面的结论中领会到知识的相通性，能对知识进行类比应用。 （四）反思总结、当堂检测 【思考与讨论】参看书上的问题进行思考与讨论，然后思考若是 q 当做负电荷来进行研究，其结果是否一样呢？ 四、等势面 在地理课上常用等高线来表示地势的高低。今天我们学习了10 / 23 电势的知识后，那我们可以用什么来表示电势的高低呢？ 学生：在电场中常用等势面来表示电势的高低。 1等势面：电场中电势相同的各点构成的面。 【体验性实践】寻找等势面：找正点电荷和带电平行金属板中的等势面。 通过体验 性实践活动，让学生明白到如何去寻找等势面，达到对后续结论探究创设前置氛围。 观看挂图，从中寻找不同电场中等势面的不同和相同点，进行合理猜想。 2等势面与电场线的关系 在同一等势面上各点电势相等，所以在同一等势面上移动电荷，静电力不做功。 WAB EpA EPb qA qB 0 讨论：什么情况下会出现力做功为零的情况？ 引导分析得出： Fv 电场线跟等势面一定垂直，即跟电场强度的方向垂直。 引导学生用反证法达到证明的目的，加深对知识点的应用。 而沿着电场线的方向，电势越来越低。 归纳总结可得出：电场线跟等势面垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面。 若两个相邻的等势面间的电势之差是相等的，则能得到书上11 / 23 图 1 4 5 的图形。观看图形或挂图，结合电场线的特点，可得出结论。 等势面越密，电场强度越大。 等势面不相交、不相切。 3应用等势面：由等势面描绘电场线 方法：先测绘出等势面的形状和分布，再根据电场线与等势面的关系，绘出电场线的分布，于是我们就知道电场的情况了。 【体验性实验】测绘两个异种点电荷的静电场分布。 加强体验性实验的教学，让学生形成深刻印象，达到对知 识应用能力的提高。 九【板书设计】 第四节、电势能和电势 一、静电力做功的特点 结论：静电力做的功只与电荷的起始位置和终点位置有关，与电荷经过的路径无关。 二、电势能 1电势能：由于移动电荷时静电力做功与移动的路径无关，电荷在电场中也具有势能，这种势能我们叫做电势能。电势能用 Ep表示。 2讨论：静电力做功与电势能变化的关系 WAB（ EpB EpA） EpA EPB 12 / 23 3求电荷在某点处具有的电势能 4零势能面的选择 三、电势 1定义： EP/q 2电势是标量，它只有大 小没有方向，但有正负。 3电场线指向电势降低的方向。电势顺线降低；顺着电场线方向，电势越来越低。 4零电势位置的规定。 四、等势面 1等势面：电场中电势相同的各点构成的面。 2等势面与电场线的关系 3应用等势面：由等势面描绘电场线 【体验性实验】测绘两个异种点电荷的静电场。 十【教学反思】 通过实践教学，重在让学生有对比的观点去学习物理知识。课中多次用到类比的物理思想，让学生对知识有更多的牵连，能对前面的知识达到灵活的应用，牵带多种方法学习物理知识，同时也反映出了选修 3 1 的设计思想。 学校：临清三中学科：物理编写人：高晶审稿人：马立震 电势能和电势学案 13 / 23 课前预习学案 预习目标： 1、理解电势能、电势的概念。 2、能熟练应用电势能、电势的有关知识分析解决实际问题。 预习内容： 1、静电力的功 W=FS=qES， S 应是沿电场线方向的位移，静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，但与电荷经过的路径无关。 2、电势能 电荷在电场中具有的势能。和重力势能一样要确定零势能位置，通常把电荷 在离场源电荷无限远处的电势能规定 为零，或把电荷在大地表面上的电势能规定为零。比零电势能高的电势能为正，比零电势能低的电势能为负。 电势能用 Ep表示，单位：焦耳（ j） 3、电势能与静电力做功的关系 WAB=EPA EPB，静电力做正功电势能减少， 静电力做负功电势能增加。 4、电势 (1)电势定义： =Ep/q 。 (2)电势是标量，单位：伏特，简称伏，用 V 表示， 1V=1j14 / 23 c。 (3)在离场源无穷远处电势为 0：正电荷电场中，处处电势为正。负电荷电场中，处处电势为负。 (4)沿电力线方向，电势降低。 5、等势面：电场中电势相等 的点构成的面 (1)在同一等势面上的任意两点间移动电荷电场力不做功，等势面一定与电场线垂直。 (2)匀强电场中的等势面是与电场线垂直的一族平面。 6、电势能、电势的大小、正负的判断方法： (1)根据场源电荷判断：离场源正电荷越近电势越高，检验正电荷（或负电荷）的电势能越大（或越小），离场源负电荷越近电势越低，检验正电荷（或负电荷）的电势能越小（或越大） (2)根据电场线判断：顺着电场线的方向电势降低，检验正电荷（或负电荷）的电势能减少（或增加），逆着电场线的方向电势升高，检验正电荷（或负电荷）的电 势能增加（或减少）。 (3)根据检验电荷判断：电场力对正电荷做正功时，正电荷由高电势（或电势能大）的点移向低电势（或电势能小）的点，电场力对负电荷做正功时，负电荷由低电势（或电势能大）的点移向高电势（或电势能小）的点 提出疑惑： 15 / 23 课内探究学案： 学习目标： 1 理解电势能、电势的概念。 2 能熟练应用电势能、电势的有关知识分析解决实际问题 学习过程 1、静电力的功 W=FS=qES， S 应是沿电场线方向的位移，静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，但与电荷 经过的路径无关。 3、电势能 电荷在电场中具有的势能。和重力势能一样要确定零势能位置，通常把电荷 在离场源电荷无限远处的电势能规定为零，或把电荷在大地表面上的电势能规定为零。比零电势能高的电势能为正，比零电势能低的电势能为负。 电势能用 Ep表示，单位：焦耳（ j） 3、电势能与静电力做功的关系 WAB=EPA EPB，静电力做正16 / 23 功电势能减少， 静电力做负功电势能增加。 4、电势 (1)电势定义： =Ep/q 。 (2)电势是标量，单位：伏特，简称伏，用 V 表示， 1V=1j c。 (3)在离场源无 穷远处电势为 0：正电荷电场中，处处电势为正。负电荷电场中，处处电势为负。 (4)沿电力线方向，电势降低。 5、等势面：电场中电势相等的点构成的面 (1)在同一等势面上的任意两点间移动电荷电场力不做功，等势面一定与电场线垂直。 (2)匀强电场中的等势面是与电场线垂直的一族平面。 6、电势能、电势的大小、正负的判断方法： (1)根据场源电荷判断：离场源正电荷越近电势越高，检验正电荷（或负电荷）的电势能越大（或越小），离场源负电荷越近电势越低，检验正电荷（或负电荷）的电势能越小（或越大） (2)根据 电场线判断：顺着电场线的方向电势降低，检验正电荷（或负电荷）的电势能减少（或增加），逆着电场线的方向电势升高，检验正电荷（或负电荷）的电势能增加（或减少）。 17 / 23 (3)根据检验电荷判断：电场力对正电荷做正功时，正电荷由高电势（或电势能大）的点移向低电势（或电势能小）的点，电场力对负电荷做正功时，负电荷由低电势（或电势能大）的点移向高电势（或电势能小）的点 反思总结：通过实践教学，重在让学生有对比的观点去学习物理知识。课中多次用到类比的物理思想，让学生对知识有更多的牵连，能对前面的知识达到灵活的应用，牵带多种 方法学习物理知识，同时也反映出了选修 3 1 的设计思想。 当堂检测 1 下列说法正确的是（） A.在电场中顺着电场线移动电荷，电场力做功，电荷电势能减少 B.在电场中逆着电场线移动电荷，电场力做功，电荷电势能减少 c.在电场中顺着电场线移动正电荷，电场力做正功，电荷电势能减少 D.在电场中逆着电场线移动负电荷，电场力做负功，电荷电势能增加 2 如图所示， A、 B、 c 为电场中同一电场线上的三点，设电荷在电场中只受电场力作用，则下列说法正确的是（） A 若在 c 点无初速释放正电荷，电荷向 B 运动，电势能减小 B 若在 c 点无初速释放正电荷，电荷向 B 运动，电势能增大 18 / 23 c 若在 c 点无初速释放负电荷，电荷向 A 运动，电势能增大 D 若在 c 点无初速释放负电荷，电荷向 A 运动，电势能减小 3图一表示等量异种电荷 P和 Q形成的电场内的一簇等势面，求 (1)P、 Q 各带何种电荷？ (2)把 q=10 7c的正点电荷从 A 移到 B，电场力做多少功？ (3)把 q 从 B 移到 c 电场力做多少功？ (4)把 q 从 c 移到 A 电场力做多少功？ (5)q 从 A 出发经过 B 和 c 回到 A 的过程中电场力对电荷做的总功为多少？ 4 如图 6，在点电 荷 Q 电场中，以 Q 为球心的同一球面上有 A、 B、 c 三点，把正检验电荷从球内 P 点移到 A、 B、c 各点时电场力作功 WPA、 WPB、 WPc的大小关系为 _ 5 如图 7， a、 b、 c、 d 为某电场中的等势面，一带正电粒子飞入电场后只在电场力作用下沿 m 点到 N 点的虚线运动由图可知，四个等势面电势 Ua、 Ub、 Uc、 Ud 由高到低的排列顺序是 _，带电粒子在 m、 N 两点中，电势能较大的是_点 6 如图 3，绝缘光滑半圆环轨道放在竖直向下的匀强电场中，场强为 E在与环心等高处放有一质量为 m、带 电 q 的小球，由静止开始沿轨道运动，下述说法正确的是（） 19 / 23 A小球在运动过程中机械能守恒 B小球经过环的最低点时速度最大 c小球经过环的最低点时对轨道压力为（ mg Eq） D小球经过环的最低点时对轨道压力为 3（ mg qE） 【课后练习与提高】 1、如图所示，在点电荷电场中的一条电场线上依次有 A、 B、c 三点，分别把 +q 和 q 的试验电荷依次放在三点上，关于它所具有的电势能的正确说法是 () A放上 +q时，它们的电势能 EA EB Ec B放上 +q时，它们的电势能 EA EB Ec c放上 q 时，它们的电势能 EA EB Ec D放上 q 时，它们的电势能 EA EB Ec 2、一个点电荷，从静电场的 a 点移到 b 点，其电势变化为零，则（） 、 b 两点场强一定相等 B.该点电荷一定沿等势面移动 c.作用于该点电荷的电场力与其移动方向总是垂直的 、 b 两点的电势一定相等 3、如图四所示，为电场中一条电场线，一个点电荷由静止开始，在电场力作用下，从 A 点移到 B 点，下面论述正确的是（） 处场强大于 B 处场强； 20 / 23 B.点电荷在 A 处电势能大于在 B 处电势能； c.点电荷带负电； D.由 A 到 B 点电荷受到电场力越来越小。 4、在电场中， A 点的电势高于 B 点的电势，则（） A把负电荷从 A 点移到 B 点，电场力作负功 B把负电荷从 A 点移到 B 点，电场力作正功 c把正电荷从 A 点移到 B 点，电场力作负功 D把正电荷从 A 点移到 B 点，电场力作正功 5、在静电场中，关于场强和电势的说法正确的是（） A电场强度大的地方电势一定高 B电势为零的地方场强也一定为零 c场强为零的地方电势也一定为零 D场强大小相同的点电势不一定相同 6、若带正电 的小球只受电场力的作用，则它在任意一段时间内（） A一定沿着电场线由高电势向低电势运动 B一定沿着电场线由低电势向高电势运动 c不一定沿电场线运动，但一定由高电势向低电势运动 D不一定沿电场线运动，也不一定由高电势向低电势运动 7、有一电场的电场线如图 1 所示，场中 A、 B 两点电场强度21 / 23 的大小和电势分别用 EA、 EB和 UA、 UB表示，