高中物理 第一章 第四节 电势能 电势学案 新人教版选修31.doc

1.4电势能 电势学案【学习目标】1、 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、 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。3、 明确电势能、电势、静电力做功的关系。4、 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。【重点难点】理解掌握电势能、电势、等势面的概念及意义;掌握电势能与做功的关系，并能用此解决相关问题。【课前预习】1.静电力做功的特点cbabc123eeq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点移动到b 点,探究这几种情况下静电力对电荷所做的功，可以类比重力做功。如图，如果当电荷沿轨迹3运动时，可把它分成很多小段位移，而每一小段都可分解成与静电力_和_两部分，所有平行于静电力方向的位移之和等于ac的长度，故静电力所做功为w=_。结论：静电力做功与_无关，只与电荷的_和_有关。说明：上述结论对于非匀强电场仍适用。2.电势能（1）静电力做功与电势能变化的关系由于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具有确定的重力势能，从而也使重力势能的概念具有实际的意义。类比重力做功与重力势能的关系，同样地，由于移动电荷时静电力做的功与移动的路径无关，电荷在电场中也具有势能，这种势能叫做电势能。静电力对电荷做正功时其电势能_，静电力对电荷做负功时其电势能_。静电力所做的功等于电荷电势能的_，即。（2）电势能的理解当我们规定电荷在b点所具有的电势能为零时，电荷在a点所具有的电势能，即电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移动到_位置时所做的功。电势能也具有相对性，选择不同的参考面（其电势能为零），同一电荷在同一位置所具有的电势能就不同。一般规定离场源电荷_的电势能规定为零。电势能属于电荷和电场所共有。（3）电势能与重力势能的区别：由于电荷的电性有正负之分，等量的不同电荷在电场中同一位置所具有的电势能是不同的。而同一物体在地面附近的同一位置具有确定的重力势能。3.电势（1）电势定义：电荷在电场中某一点的_与它的_的比值，叫这一点的电势，用_表示。电势的表达式_。单位：伏特，符号：，且。意义：电势是描述电场能的性质的物理量电场中某一点的电势在数值等于单位正电荷在那一点所具有的电势能 (2)电势的特点 电势的相对性：电场中某点的电势是相对的，它的大小和_的选取有关在物理学中，常取离场源电荷无限远处的电势为零，在实际应用中，常取大地的电势为零 电势的固有性：电势是表示电场能的性质的物理量，电场中某点的电势只由_决定，而与在该点是否放有电荷、所放电荷的电性及电荷量均无关 电势的标量性：电势虽然有正负，但电势是_正值表示该点电势高于零电势；负值表示该点电势低于零电势 （3）电势高低的判断方法 由电场线来判断：电场线指向电势_的方向，顺着电场线的方向电势越来越低 由电势和电势能的关系来判断：先由电场力做功情况判断电势能的变化，再由电势和电势能之间的关系判断电势的升降情况需记住的是：对正电荷，电势越高电势能越大；对负电荷，电势越高电势能越小 （4）电势和电势能的关系：ep=q4.等势面（1）等势面：电场中电势_的各点构成的面。等势面也和电场线一样可以_电场。若在平面内研究电场，相应的等势面应为等势线(2)等势面的特点 在同一等势面上移动电荷时，电场力_ 根据wab=quab，若a、b是同一个等势面上的点，则uab=0，所以wab= 0 等势面一定处处与电场线垂直，即跟电场强度方向_ 因为沿等势面移动电荷，电场力不做功，一定是力和速度(或位移)的方向垂直，而电场线的方向即是静电力的方向(或反方向)，所以电场线一定和等势面垂直 说明：由此性质，可以由等势面来绘制电场线实际中测量电势比测定电场强度容易，所以常用等势面研究电场，先测绘出等势面的形状和分布，再根据电场线与等势面相互垂直，绘出电场线分布，这样就知道了所研究的电场 电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面, 两个等势面永远不会_ 因为如果相交，会出现两个电场方向，这是不可能的 相邻等势面间距越小电场强度越大，即等势面分布的_可以描述电场的强弱( 3)常见的等势面 (1)点电荷电场中的等势面是以点电荷为球心的一族球面，如图甲所示 (2)等量同号点电荷电场中的等势面如图乙所示(3)等量异号点电荷电场中的等势面如图丙所示，特别注意两点电荷连线的中垂面为一个等势面 (4)匀强电场中的等势面是垂直于电场线的一族平面，如图丁所示 (5)形状不规则的带电导体附近的电场线及等势面如图戊所示(导体表面外侧的电场线跟导体表面垂直，导体是等势体，导体表面是等势面) 【预习检测】1、下列说法中正确的是：（ ）a、电场强度和电势都是矢量b、电势为零的地方，电场强度也一定为零c、把电荷从电场中一点移至另一点电场力一定做功d、把电荷从电场中一点移至另一点电场力有可能不做功2、下列说法中正确的是：（ ）a、沿着电场线的方向场强一定越来越弱 b、沿着电场线的方向电势一定越来越低c、匀强电场中，各点的场强一定大小相等，方向相同d、匀强电场中，各点的电势一定相等3、如图所示,a、b、c为电场中同一电场线上三点，设电荷在电场中只受电场力，则下列说法中正确的是：（ ）a、若在c点无初速地释放正电荷，则正电荷向b运动，电势能减小b、若在c点无初速地释放正电荷，则正电荷向b运动，电势能增加c、若在c点无初速地释放负电荷，则负电荷向a运动，电势能增加d、若在c点无初速地释放负电荷，则负电荷向a运动，电势能减小 【典题探究】【例1 】如图所示，q1和q2是两个固定的负点电荷，在它们的连线上有a、b、c三点，其中b点的合电场强度为零现将另一正的点电荷q由a点沿连线移动到c点在移动的过程中，点电荷q的电势能变化的情况是 ( ) a不断减小 b不断增大 c先减小后增大 d先增大后减小 【解析】 q1、q2连线上各点的电场强度是这两个点电荷场的叠加，在b点左侧，合电场强度向左，正电荷所受电场力的方向向左，由ab，电场力做负功，电势能增大；在b点右侧，合电场强度向右，正电荷所受电场力的方向向右，由bc，电场力做正功，电势能减小综合分析，正电荷由abc的过程中，电势能先增大后减小 答案：d【拓展】应用功能关系法判断电势能变化情况时，一般要分三步进行：确定电场方向和电场力方向；确定位移方向与电场力方向的夹角，锐角时做正功，钝角时做负功；利用“做正功时势能减少，做负功时势能增加来判断电势能的增减情况【例2】有一带电荷量 的点电荷，从电场中的a点移到b点时，克服电场力做功，从b点移到c点时电场力做功.问：（）以b为零势能点，电荷在a点时的电势能是多少？电势为多少？（）如选取c点的电势能为零，则电荷在a点时的电势能又是多少？电势为多少？【解析】（1）以b为零势能点，电荷由a移向b的过程中，电场力做功,即。根据得：；由电势的定义（2）以c为零势能点，根据 ，因为电荷从a移动到c电场力做功为，所以;由电势的定义可得：【拓展】 如果点电荷的带电荷量 为，仍以b点为零势能点，则电荷在a点时的电势能为。可见由于电荷有正负之分，所以讨论电荷的电势能比讨论重力势能要复杂一些。【例3 】以无限远处的电势为零，请把点电荷+q、-q的电场中某一点p处的电势p及试探电荷+q、-q在p点的电势能和的正负或变化情况填在下面的表格中。场源电荷p点电势p的正负+q在p点的电势能ep+的正负-q在p点的电势能ep-的正负当p点移至离场源电荷较近时p怎样变化e+q怎样变化e-q怎样变化+q-q【解析】 电势的正负、高低是由电场决定的，与试探电荷无关。因为沿着电场线的方向电势是降低的，所以+q的电场中p点的电势是正值，q的电场中p点的电势是负值。 在+q的电场中，把正试探电荷从无限远处移动到p点，电场力做负功，电势能增加，所以+q在p点的电势能是正值。此过程p升高，电势能e+q增大；在+q的电场中，把负试探电荷从无限远处移动到p点，电场力做正功，电势能减少，所以q在p点的电势能是负值。此过程p升高，e-q减少；在q的电场中，把正试探电荷从无限远处移动到p点，电场力做正功，电势能减少，所以-q在p点的电势能是负值。此过程p降低，电势能e+q减少；在q的电场中，把负试探电荷从无限远处移动到p点，电场力做负功，电势能增加，所以-q在p点的电势能是正值。此过程p降低，e-q增大。正确答案 +q: 正 正 负 升高 增大 减小-q: 负 负 正 降低 减小 增大 【拓展】 若利用电场线的分布图来解决上述问题，可以更加轻松。同学们可以尝试一下。1.4电势能 电势学案【课前预习】1.垂直、平行、路径、起始