电势差、电势.doc

侯 军 全日制普通高级中学教科书（必修加选修）教案电场如果说场强是从力的角度表征电场的话，我们今天要转换一个角度，从能量的角度看一看电场的性质。135 电势差电势【教学目的】1、掌握电势差的概念，理解电势差和电场力做功的关系2、理解电势的定义、零电势选取的原则和对电势的影响3、知道沿电场线方向电势降落的法则；理解电势和场强都是描述电场的物理量，与试探电荷没有关系4、知道电势能的概念，并能将电势能的变化和电场力做功正确地联系起来处理相关问题【教学重点】电势差、电势、电视能的概念，物理意义【教学难点】电场力的功、电势能与电场和场中电荷有关，但电势差、电势只与电场有关，是属于电场的物理量【教具】投影仪【教学过程】、复习引入复习提问：在力学中，当我们面对的物理过程不是匀速或匀加速时，用动力学的工具还能不能解决？学生答问：不能。师生共同回忆：用什么工具解决这类问题呢？达成共识：能量或动量的途径。（复习性质）概述：解决物理问题的两大途径：动力学途径和能量动量途径在电学中，我们事实上也面临同样的问题。从前面已经了解的一些电场来看，除了匀强电场的规律最简单，其它的电场的场强都是随空间位置的改变而改变的。这就意味着：当在场中释放一个电荷，它在运动的过程中受力不会恒定，加速度不会恒定。所以用动力学的途径解决问题是困难的。因此，我们有必要在电学领域应用能量或动量手段。今天起，我们了解电场中能量的性质。一、电势差功是能量转化的量度。要学习电学中能量的知识，先从电场力做功开始研究。对于一个未知（但稳定）的电场，选其中的两点A和B，放入试探电荷（电量为q），从A点移到B点。由于试探电荷受到电场力，而且作用点发生了位移，（只要不是它们刚好垂直）电场力必然会做功。人们研究的情况是这样的A、B点固定，q大，WAB大，q小，WAB小，但是，WAB和q的比值却是恒定不变的；q定，改变A、B位置，WAB改变（WAB和q的比值改变）；A、B固定，q定，改变移动电荷的路径，WAB不变。启发：同学们从以上的信息可以总结出一些什么规律呢？学生交流、思考、答问（教师提示：比值法定义物理量）教师处理学生意见后整理、提炼结论1、电势差：电荷q在电场中由一点A移动到另一点B时，电场力所做的功WAB与电荷量的q的比值。UAB = 定位：电势差这个物理量既然与场中的试探电荷无关，它就是一个只属于电场的量。事实证明，电势差是从能量角度表征电场的一个重要物理量。电势差这个概念是不是非常抽象，很不好接受？下面我们过细地对它考察一番a、标量性b、单位：伏特；1V = 1J/C标量性意味着这个物理量相对简单，我们可以用一个轻松的心态去接近它；而看到这个单位，大家是不是有似曾相识的感觉？学生：是的；它就是（初中学过的）电压的单位。的确，它就是我们初中学过的电压。事实上，电势差和电压没有本质的区别，只是在不同的领域叫法不同而已（静电学叫电势差，其它的电学分支领域则常常叫做电压），明白这一点，对我们亲近电势差这个物理量很有好处。（至于第个素材，我们要怎样去归纳、提炼它，过一会儿再谈这个问题。）我们下面要继续电势差的话题。电势差和电压虽然可以说就是一回事，但我们今天研究的角度和初中却是大不相同的。初中注意的是它的应用、实用性；高中注重的则是它的来龙去脉、它和我们已知的基本物理量（功）的联系。从某种角度来讲，它比初中所学更为严谨。因此，电势差和电压也不完全是一回事。为了巩固刚才的所学，我们有必要提请大家注意一些细节问题1、电势差的表达：UAB的物理意义是电场中A、B两点的电势差（或A点相对B点的电势差。也就是说，UAB和UBA是不同的）；2、WAB指A到B过程电场力做的功（WAB和WBA同不同？学生讨论这个问题）；3、在定义式中，q必须带符号运算（因为UAB和WAB都是标量），这一点可能大家很不习惯。下面我们做一个练习2、应用：教材P128【例题1】审题；板图计算做答这个计算表明，电势差比电压更严谨，我们今后处理类似问题的时候，必须引起足够的注意。过渡：此外，我们对电势差的研究还要继续下去二、电势电势差这个名词，我们把它“分解”一下，就是“电势的差值”的意思。那么，电势又是什么呢？在地表上空（重力场），为了计算重力的功，我们引进了高度差。当规定了参考面（零高度）后，某个点的具体高度也就出来了。今天，在电场中，我们发现了电场力做功和电势差的联系。基于同样的思路，当我们规定了参考点（零电势）后，某个具体位置（点）的电势也就浮出了水面。刚才是从理解的角度谈电势，下面是它的严格定义1、电势：电场中某点的电势，等于单位正电荷由该点移动到参考点（零电势点）时电场力所做的功。电势用字母表示。怎么理解它的含义呢？我们看一个具体情形板图教材P128图13-22讲解注意：a、单位正电荷；b、正功和负功的必然性（从功的定义角度）；c、负电势的物理意义（和负高度对应讲解，但无须板图 P128图13-23）过渡：下面看电势和电势差的联系2、电势和电势差刚才说过，电势差就是电势的差值，那么UAB就是A点电势A相对B电势B的差值。差值服从减法运算，具体表示为：UAB = A B 我们应用这个法则运算一下图13-22中各点之间的电势差（教师一个，学生两个），说法介绍：“谁比谁的电势高、谁比谁的电势低”看了这个法则，我们也就不难理解【例题1】中为什么UAB = UBA了。电势的单位也是伏特，而且，电势的值只与电场相关（而与场中电荷没有关系），因此，电势也是一个描述电场的物理量。场强、电势（电势差）都是描述电场的物理量，它们有什么关系呢？定量的关系我们延后两节去探讨，这里先总结一个定性关系定性研究结论：3、沿电场线方向，电势越来越低。三、电势能根据我们的经验，当一个力做功如果与路径无关，那么就可以针对这个力引进势能的概念。前面对电场力做功的研究，我们展示了一个结论，这就意味着，电场中可以引进电势能的概念，引进的方式，和重力势能、弹性势能、分子势能是完全一样的。同学们回忆前面三种势能的定义、势能和功的数值的联系师生共同归纳定式：EP = W在电场中，同样有这样的关系，只是电势能的字母表达不同而已。AB = WAB = （qUAB） = （qUA qUB）= qUB qUA而AB = B A所以有：B = qUB ，A = qUA 但在本节，我们对电势能的了解，并不在以上这些定量关系的掌握。大家只是知道“a、在电场中的电荷存在电势能；b、电势能的增减和电场力做功的定性联系”就行了。如果大家对电势能的定量计算有兴趣，我想，记一下A = qUA这个简单的关系是有用处的。教材P129【例题1】审题；板图教材P129图13-24；分析、计算、答题四、小结今天，我们从电场力做功的研究，定义了一个描述电场的“新的”物理量。虽然，电势差的定义从移动场中电荷做功而来，但电势差本身却和场中的电荷毫无关系（这和场强惊人相似）；有了电势差，人们探究具体某点的电势是顺理成章的事，这里有一个零电势规定的问题。电势也是只与电场有关的物理量。至于电势能，客观地说，它是同时和电场和场中电荷相关的。因此，它不是描述电场的一个物理量。本节我们学习的概念非常多，有的只和电场相关，有的和电场和场中的电荷