高中物理 第4节 电势能和电势教学过程一 新人教版选修31(1).doc

第4节、电势能和电势新课教学过程一进行新课：通过对重力做功的复习，并与重力做功相类比引入电场力的功。重力做功：若确定了初、末位置，则：m，即：为一定值，与m无关。电场力做功：电场中，电荷q从a移到b，电场力的功q，即：为一定值，与q无关。1、电场力做功的特点：电场力做功与电荷移动的路径无关，（与重力做功相类比理解上述内容）2、电势：（）电势的引入：在研究某建筑物的高度时，总是先选择一个参考平面零高度面（在研究重力势能时，称为零势面），该建筑物相对参考平面的高度差，即为该地势高度。同样，在电场中，在研究电势时，选取电场中某一点o为参考点，即零电势点，另一点a与o点之间的电势差uao即为a点的电势。可见，电势只具有相对意义的含义。通常选择大地或无穷远为零势点。（1）定义：电场中，某点a与参考点o点之间的电势差uao叫做a点的电势。（2）（3）物理意义：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。即：（4）电势是标量，单位：伏特，简称伏，用v表示。（5）注意几点： 电势只具有相对意义的含义，电场中某一点的电势的大小，与选取的参考点有关，参考点不同，电场中同一点的电势是不同的。参考点的选择是任意的，通常选择大地或无穷远为零势点。 电势是描述电场的能的性质的物理量，电场中某点的电势的大小由电场的性质、该点在电场中的位置及参考点的选择共同决定，而与该点是否有检验电荷无关。 若取无穷远为零势点，正电荷电场中，电势处处为正；负电荷电场中，电势处处为负。分析：将检验电荷+q由ao，电场力做正功，wao0 0 0分析：将检验电荷+q由ao，电场力做负功，wao0 0 0 沿着电场线方向，电势逐渐降低。（结合上例分析）3、电势能：电荷在电场中具有的势能，用表示。（1）电荷在零电势点的电势能为零。（2）电荷在电场中某点a的电势能为：（3）电势能与电场力的功的关系：无论是正电荷还是负电荷，电场力做正功，电势能减少，电场力做负功，电势能增加。，即电势能的增量等于电场力做功的负值。与重力做功和重力势能变化的关系相似。（4）单位：焦耳（j）常用单位：电子伏特，1电子伏特（国际符号是ev）就是在电压为1v的两点间移动电子时电场力做的功。1ev=1.61019j4、电势与场强的比较：（1）电势是描述电场的能的性质的物理量，e是描述电场的力的性质的物理量。（2）电场强度是矢量，电势是标量； （3）e和之间不存在必然的直接的关系，电势高的地方场强不一定大；电势为零的位置，场强不一定为零。ab例： 如右图，比较a、b两点的电势高低和场强大小。 正点电荷的电场中：离场源越近，e越大，电势越高； 负点电荷的电场中：离场源越近，e越大，电势越低； 等量异种电荷连线的中点：e最大，而电势为零； 等量同种电荷连线的中点：中点的电势为连线上的最小值，为垂直平分线上的最大值。（利用电场线的方向判断）5、等势面：电场中电势相等的点构成的面。6、等势面的特点：（1）在同一等势面上的任意两点间移动电荷电场力不做功；（2）等势面一定处处与电场线垂直，即跟场强方向垂直；（3）电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面；（4）处于静电平衡的导体是等势体，表面是等势面。注意：等势体不是电势为零（5）等差等势面分布的疏密程度可以描述场强的大小：等差等势面密的地方电场线也密，场强越大；反之，电场线密的地方等差等势面密。 7、几种典型的电场的等势面：8、等势面的应用：（1）由等势面可知电场中电势的高低；（2）能求出在等势面间移动电荷的过程中电场力所做的功；（3）由等势面可判断场强的方向（等势面一定处处与电场线垂直）（4）能判断场强的大小（等差等势面密的地方场强大）典型例题分析：【例1】带电量为3106c 的粒子先后经过电场中的a、b两点，克服电场力做功6104j，已知b点电势为50v，则：（1）电势能的变化 ；（2）a点的电势a= ；（3）把电量为 3106c的电荷放在a点的电势能 。【解析】（1）由于是克服电场力做功，电势能一定增加，所以：（2），所以，。（3）根据电势能，则。【说明】此题难度不大，但牵涉到的电场中的概念较多，包括电势差、电势、电势能、电场力的功等在应用它们的关系时，有两点要注意：（1）不论是正电荷还是负电荷，只要是电场力做功，电势能一定减少；只要是克服电场力做功，电势能一定增加；（2）应用电势能的公式计算时，各物理量用正负值代入；（3）电势能的正、负可比较大小。【例2】在图2中a、b和c表示点电荷q的电场中的三个等势面，它们的电势分别为、。一带电粒子从等势面a上某处由静止释放后，仅受电场力作用而运动，已知它经过等势面b时的速率为v，则它经过等势面c的速率为多少？【解析】设带电粒子的电量为q，a、b两等势面的电势差为uab、b、c两等势面的电势差ubc；带电粒子经过等势面a、b、c时的速率分别为va、vb、vc。（已知：va=0，vb=v）图2则由动能定理： 将、两式相除可得： 将、代入式：【例3】匀强电场中a、b、c三点构成一个直角三角形。ab=4cm，bc=3cm，把电荷量为q=21010c的点电荷从a点移到b时，电场力做功4.8108j，从b点移到电c点时，克服电场力做功4.8108j，若取b点的电势为零，求ac两点的电势和场强的方向。【解析】，a、c两点的连线为等势线。场强方向由b垂直指向ac。【例4】在右图中，实线是等势面，一个电子以速度v0向场源运动，其轨迹如虚线所示，则：（1）场源电荷带什么电？ （负电）（2）比较a、b、c三点电势的高低。 （ =）（3）比较电子在a、b、c三点动能的大小。 （=）课堂小结：1、静电力做功的特点2、电势能和电势的概念；3、判断电势高低的方法；4、电势能的变化与电场力的功的关系；随堂精练：1、若带正电荷的小球只受到电场力作用，则它在电场中（ ）a、一定沿电场线由高电势处向低电势处运动；b、一定沿电场线由低电势处向高电势处运动；c、不一定沿电场线运动，但一定由高电势处向低电势处运动；d、不一定沿电场线运动，也不一定由高电势处向低电势处运动。2、在同一条电场线上有a、b、c三点，各点的电势如下图所示。现将q=6106c的点电荷由a移到b点，电场力做什么功？做多少功？电势能变化了多少？再将该电荷由b移到c点，电场力做什么功？做多少功？电势能变化了多少？ 3、如图所示，q是带负电的点电荷，a和b为其电场中的两点。若e1、e2为a、b两点的电场强度的大小，1、2为a、b两点的电势，则( )a、e1e2，12b、e1e2，12c、e1e2，12d、e1e2，124、a、b两带电小球，a固定不动，b的质量为m。在库仑力作用下，b由静止开始运动。已知初始时，a、b间的距离为d，b的加速度为a。经过一段时间后，b的加速度变为a/4，此时a、b间的距离应为_。已知此时b的速度为v，则在此过程中电势能的减少量为_。5、有一个带电量的点电荷，从电场中a点移到b点的过程中，克服电场力做功6104j，从b点移到c点的过程中，电场力做功9104j，问：若以b点的电势为零，则a、c两点的电势各为多少？电荷在a、c两点的电势能各为多少？参考答案：1、d ；2、电场力做负功，wab=3105j；电势能增加了3105j；电场力做正功，wbc =1.2105j；电势能减少了1.2105j3、b； 4、2d，1/2mv2； 5、 a=200v；c=300v；a=6104j；c=9104j。课外作业：教材：p22页， （3）、（4）、（6）、（7）板书设计：1、电场力做功的特点2、