高中物理 第一章 静电场 第四节 电势能和电势课堂探究学案 新人教版选修3-1.doc

第四节 电势能和电势课堂探究探究一 对电场力做功、电势能的理解问题导引如图是带电雨云和高大建筑物上的电荷分布情况，观察图片，思考：（1）放电时，空气中的正、负离子各向什么方向移动？电场力对正、负离子做什么功？（2）放电时，空气中的正、负离子的电势能如何变化？提示：放电时，正、负离子相互靠近，电场力对正、负离子做正功，电势能减少名师精讲1对电场力做功特点的理解（1）电场力对电荷所做的功，与电荷的初末位置有关，与电荷经过的路径无关该结论既适用于匀强电场又适用于非匀强电场，即适用于任何静电场（2）无论带电体在电场中做直线运动还是做曲线运动，无论带电体只受电场力作用还是受多个力作用，无论电场力做正功还是做负功，电场力做功的特点不变2对电势能的理解特点理解系统性电势能是由电场和电荷共同决定的，是属于电荷和电场所共有的，我们习惯上说成电荷的电势能相对性电势能是相对的，其大小与选定的参考点有关确定电荷的电势能，首先应确定参考点，也就是零势能点的位置标量性电势能是标量，有正负但没有方向电势能为正值表示电势能大于参考点的电势能，电势能为负值表示电势能小于参考点的电势能3.电势能增减的判断方法方法理解做功判断法无论正、负电荷，只要电场力做正功，电荷的电势能一定减小；只要电场力做负功，电荷的电势能一定增大电场线判断法正电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐减小；逆着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大负电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大；逆着电场线的方向移动时，电势能逐渐减小电势判断法由公式epq知，正电荷在电势高的地方电势能大，负电荷在电势高的地方电势能小特别提醒 （1）利用做功判断法时，正、负电荷遵循相同的规律；利用电场线或电势判断法时，正、负电荷遵循不同的规律（2）电荷在电场中移动时，电势能的变化只与电场力所做的功有关，与零势能点的选取无关【例1】 （多选）如图所示，固定在q点的正点电荷的电场中有m、n两点，已知.下列叙述正确的是（）a若把一正的点电荷从m点沿直线移到n点，则静电力对该电荷做正功，电势能减少b若把一正的点电荷从m点沿直线移到n点，则该电荷克服静电力做功，电势能增加c若把一负的点电荷从m点沿直线移到n点，则静电力对该电荷做正功，电势能减少d若把一负的点电荷从m点沿直线移到n点，再从n点沿不同路径移回到m点，则该电荷电势能不变解析：由点电荷产生的电场的特点可知，m点的电势高，n点的电势低，所以正电荷从m点到n点，静电力做正功，电势能减小，故选项a正确，选项b错误；负电荷由m点到n点，克服静电力做功，电势能增加，故选项c错误；静电力做功与路径无关，负点电荷又回到m点，则整个过程中静电力不做功，电势能不变，故选项d正确答案：ad题后反思 判断电势能如何变化的关键是正确判断出电场力对电荷的做功情况（1）根据电场力和位移方向的夹角判断，此法常用于匀强电场中恒定电场力做功情况的判断夹角为锐角时电场力做正功，夹角为钝角时电场力做负功（2）根据电场力和瞬时速度方向的夹角判断，此法常用于判断曲线运动中变化电场力的做功情况，夹角是锐角，电场力做正功，夹角是钝角，电场力做负功，电场力和瞬时速度方向垂直电场力不做功探究二 对电势的理解和高低判断问题导引图中是几个带电体周围的电场线分布图，观察图片，思考：（1）图中的电势如何变化？（2）电荷在电场中某点的电势能较大，该点的电势是否也一定较高？提示：顺着电场线方向，电势逐渐降低；电荷的电势能较大，不能说明某处的电势高，因为电势能的大小还与电荷的电性有关名师精讲1对电势的理解特点理解相对性电势是相对的，电场中某点的电势高低与电势零点的选取有关通常将离场源电荷无穷远处，或地球表面选为电势零点固有性电场中某点的电势大小是由电场本身的性质决定的，与在该点是否放有电荷及所放电荷的电荷量和电势能均无关标量性电势是只有大小、没有方向的物理量，在规定了电势零点后，电场中各点的电势可能是正值，也可能是负值正值表示该点的电势高于零电势；负值表示该点的电势低于零电势显然，电势的正负只表示大小，不表示方向2.电势高低的判断方法（1）电场线法：沿电场线方向，电势越来越低（2）场源电荷判断法：离场源正电荷越近的点，电势越高；离场源负电荷越近的点，电势越低（3）电势能判断法：对于正电荷，电势能越大，所在位置的电势越高；对于负电荷，电势能越小，所在位置的电势越高3电势和电场强度的比较电势电场强度e物理意义描述电场的能的性质描述电场的力的性质大小（1）电场中某点的电势等于该点跟选定的标准位置（零电势点）间的电势差（2）ep/q，在数值上等于单位正电荷在电场中该点具有的电势能（1）电场中某点的场强等于放在该点点电荷所受的电场力f跟点电荷电荷量q的比值（2）ef/q，e在数值上等于单位正电荷在该点所受到的静电力矢标性标量矢量单位vv/m联系（1）电势沿着电场强度的方向降落（2）它们大小之间不存在任何关系，电势为零的点，场强不一定为零；电势高的地方，场强不一定大；场强为零的地方，电势不一定为零；场强大的地方，电势不一定高特别提醒 （1）电场中某点的电势高低与该点的场强大小无关（2）沿电场线的方向电势降落，电势降落最快的方向沿电场线的方向【例2】 电场线分布如图所示，电场中a、b两点的电场强度大小分别为已知ea和eb，电势分别为和b，则（）aeaeb，abbeaeb，abceaeb，abdeaeb，ab解析：a、b两位置相比，a处电场线较b处稀疏，所以a处电场强度较b处电场强度小一些，所以eaeb；沿着电场线方向电势降低，所以ab，选项c正确答案：c【例3】 将带电荷量为6106 c的负电荷从电场中的a点移到b点，克服电场力做了3105 j的功，再从b移到c，电场力做了1.2105 j的功，求：（1）电荷从a移到b，再从b移到c的过程中电势能共改变了多少？（2）如果规定a点的电势为零，则该电荷在b点和c点的电势能分别为多少？b点和c点的电势分别为多少？（3）如果规定b点的电势为零，则该电荷在a点和c点的电势能分别为多少？a点和c点的电势分别为多少？解析：（1）wacwabwbc（31051.2105）j1.8105 j.可见电势能增加了1.8105 j.（2）如果规定a点的电势为零，由公式得该电荷在b点的电势能为epbepawab0wab3105 j.同理，c点的电势能为epcepawac0wac1.8105 j.两点的电势分别为：bv5 v.cv3 v.（3）如果规定b点的电势为零，则该电荷在a点的电势能为：epaepbwab0wab3105 j.c点的电势能为epcepbwbc0wbc1.2105 j.两点的电势分别为：av5 v.cv2 v.答案：（1）增加1.8105 j（2）3105 j1.8105 j5 v3 v（3）3105 j1.2105 j5 v2 v题后反思 （1）电势和电势能具有相对性，与零势面的选择有关（2）由求电势时，可将各量的“”“”直接代入计算，这样更方便探究三 对等势面的理解问题导引如图为一等势线分布图，观察图片，思考：（1）如何确定图中各点电场强度的大小及方向？（2）为什么沿等势面移动电荷，电场力不做功？提示：电场强度方向与等势面垂直，指向电势较低的方向；电荷沿等势面移动时，受到的电场力方向始终与运动方向垂直，因此电场力对电荷不做功名师精讲等势面的特点及应用特点应用（1）在等势面内任意两点间移动电荷，电场力不做功（1）由等差等势面的疏密程度判断电场的强弱（2）空间中两等势面不相交（2）由等势面判断电场中各点电势的高低（3）电场线总是和等势面垂直，且从电势较高的等势面指向电势较低的等势面（3）由等势面判断在电场中移动电荷时静电力的做功情况（4）在电场线密集的地方，等差等势面密集；在电场线稀疏的地方，等差等势面稀疏（4）根据等势面的分布确定电场线的分布情况【例4】 （多选）如图所示，虚线a、b和c是某静电场中的三个等势面，它们的电势分别为a、b和c且abc.一带正电的粒子射入该电场中，其运动轨迹如图中klmn所示，可知（）a粒子从k到l的过程中，电场力做负功b粒子从l到m的过程中，电场力做负功c粒子从k到l的过程中，电势能增加d粒子从l到m的过程中，动能减少解析：根据a、b、c三个等势面的电势关系及带电粒子的运动轨迹可以判断，该电场是正电荷周围的电场，所以粒子从k到l电场力做负功，电势能增加，选项a、c正确粒子从l到m的过程中，电场