电势能和电势.doc

1.4 电势能和电势 （基础课）主编 审核 审批 学习目标（一）知识与技能 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。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。 （二）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。 （三）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和生活相关的实际问题，增强科学探究的价值观。 学习方法 类比法 学习内容 静电力做功的特点 电势能 电势 等势面问题导学 问题的提出我们知道电场对放入其中的电荷有力的作用，在电场中移动电荷时电场力就要做功，同时电荷的位置要变化，电荷具有的能量也会发生变化，那么电场力做的功和电荷能量变化之间有什么关系呢？本节课我们来研究这个问题。1、静电力做功的特点推导在匀强电场中移动试探电荷q从A到B静电力所做得功。（1）q沿直线从A到B （2）q沿折线从A到B （3）q沿任意曲线从A到B（用无数组跟静电力平行和垂直的折线来逼近曲线ANB的方法），可得 问题：通过以上推导过程，可以得出什么结论？ 这个结论虽然是从匀强电场中推导出来的，但是可以证明，同样适用于非匀强电场。2、电势能类比重力做功的特点和重力势能的概念，引出电势能的概念。（阅读16页第六段）类比重力做功与重力势能变化的关系，从“功是能量转化的量度”的角度，引导学生推导出静电力做功与电势能变化的关系: 提出问题：上式能不能确定电荷在电场中某点具有的电势能？为什么？要确定电荷在某点的电势能，应该怎么办？ 分组讨论，思考后回答如果规定B点的电势能为零，电荷在A点的电势能为多少？ 概括、总结：电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移到零势能位置时所做得功。通常把无限远处或大地的电势能规定为零。学生阅读教材图1.4-3，了解重力场和引力场中重力或引力做功与电场中静电力做功的差别。因为电荷有正负，因此同样从A点移到B点静电力做功正负号相反，电荷的电势能的变化也是相反的。例1 将带电量为610-6C的负电荷从电场中的A点移到B点，克服电场力做了310-5J的功，再从B移到C，电场力做了1.210-5J的功，则（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点的电势能为零，则该电荷在B点和C点的电势能分别为多少？（3）如果规定B点的电势能为零，则该电荷在A点和C点的电势能分别为多少？注意： 电场力做正功，电荷的电势能减小；电场力做负功，电荷的电势能增加 求电荷在电场中某点具有的电势能 电荷在电场中某一点A具有的电势能EP等于将该点电荷由A点移到电势零点电场力所做的功W的。即EP=W 比较电荷在电场中A、B两点具有的电势能高低 将电荷由A点移到B点根据电场力做功情况判断，电场力做正功，电势能减小，电荷在A点电势能大于在B点的电势能，反之电场力做负功，电势能增加，电荷在B点的电势能小于在B点的电势能。 电势能零点的规定 若要确定电荷在电场中的电势能，应先规定电场中电势能的零位置。 关于电势能零点的规定：P17（大地或无穷远默认为零） 所以：电荷在电场中某点的电势能，等于静电力把它从该点移动到零电势能位置时电场力所有做的功。3、电势回忆：我们是通过对什么的研究来认识电场强度的？电场强度是用什么方法来定义的？通过试探电荷在电场中受静电力来认识电场强度的。用静电力和电荷的带电量的比值来定义的。今天我们再用比值定义的方法研究描述电场性质的另一个物理量电势。它是描述电场具有能的性质的物理量。通过阅读P18第一段，推导出匀强电场中某点（如A点）电荷的电势能和其带电荷量的比值的表达式： 讨论：为什么可以把这个比值定义为A点的电势？对于任何电场是否具有普遍性？分组讨论，选出代表发表见解。得出结论，建立起电势的概念：（1）对电场中确定的一点，这个比值都相同；（2）对于电场中不同的点，这个比值一般是不同的。可见，该比值与试探电荷本身无关，决定于电场的性质。因此可以用它来定义电场的电势。可以证明，这个比值对一切电场都适用，即具有普遍性。电势：电场中某一点，电荷的电势能与其电荷量的比值，叫做这一点的电势。即 （1）单位：伏特（V），1V=1J/C（2）标量，只有大小，没有方向。（3）电场线指向电势降低的方向。（4）电势的数值和零电势点的选取有关。（5）规定了电势零点后，电场中各点的电势可以是正值，也可以是负值，电势的正负值能比较大小。4、等势面阅读教材关于等势面的内容，思考并回答以下问题：（1）什么是等势面？等势面与电场线的关系如何？为什么？（2）熟悉几种典型电场的等势面分布情况。（3）引入等势面，对研究电场的性质有何意义？实际工作中，测量电势要比测量电场强度容易，处理等势面的数学方法也比较简单，所以常常用等势面来研究电场，我们常常先画出或算出等势面的分布情况，再由等势面推断出电场的分布情况。例2某带电粒子仅在电场力作用下由A点运动到B点，电场线、粒子在A点的初速度及运动轨迹如图所示，可以判定A.粒子在A点的加速度大于它在B点的加速度B.粒子在A点的动能小于它在B点的动能C.粒子在A点的电势能小于它在B点的电势能D.电场中A点的电势低于B点的电势达标训练：一、选择题：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、关于公式可知：（ ）A、电场中某点的电势，与放在该点电荷具有的电势能成正比B、电场中某点的电势，与放在该点电荷的电荷量成反比C、电场中某点的电势，与该点是否有电荷，电荷的正负及电荷量的大小无关D、放入电场中某点的点电荷不同，电势能也不同，但电势能与电荷量的比值保持不变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4、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5、下列说法中，正确的是：（ ）A、同一等势面上的各点电势相等，电场强度也相等B、电场中的两条电场线一定不会相交，但两个电势不等的等势面有可能相交C、在同一等势面上移动电荷，电场力一定不做功D、离孤立带电导体越近的等势面，其形状越与导体表面相似；离孤立带电导体越远的等势面，其形状越接近于球面6、如图所示，在O点置一点电荷Q，以O为圆心作一圆。现将一电荷从A分别移到圆上的B、C、D三点，则电场力做功最多的过程是：（ ）A、移到B的过程 B、移到C的过程C、移到D的过程 D、三个过程一样多二、填空题：7、把两个同种点电荷的距离增大一些，电场力做正功，电荷的电势能 ；把两个异种点电荷的距离增加一些，电场力做负功，电荷的电势能 。 8、把电荷量q=1.010-5C的电荷从A点移到B点，电场力做功W=2.010-2J，则电荷的电势能 ，若规定B点为零电势，则电荷在A点的电势能EPA为 ；A点的电势= 。三、计算题：9、有一个电量q=-310-6C的点电荷，从某电场中的A点移动到B点，电荷克服电场力何做了610-4J的功，从B点移至C点，电场力对电荷做了910-4J的功，设B点为零电势，求：A、C两点的电势和各为多少？ 11、将带电量为110-8C的正电荷，从无限远处移到电场中的A点，要克服电场力做功110-6J，问：电荷的电势能是增加还是减少？电荷在A点具有多少电势能？ A点的电势是多少？ 若电场力可以把带电量为210-8C的电荷从无限远处移到电场中的A点，说明电荷带正电还是带负电？电场力做了多少功？（取无限远处为电势零点） 12、如图所示，小球的质量为m，带电量为q，悬挂小球的丝线与竖直方向成角时，小球恰好在匀强电场中静止不动，丝线长度为L，现将小球拉回到悬线竖直的方向上来，则拉力至少做多少功？【典型例题】【例1】在静电场中，下列说法中错误的是：（ ）电场强度为零的点，电势也一定为零电场强度处处相等的区域内，电势也一定处处相等只在电场力作用下，正电荷一定从电势高的地方向电势低的地方移动沿着电场线方向电势一定越来越低【例2】如图所示，a、b为竖直向上的电场线上的两点，一带电质点在a由静止释放 ，沿电场线方向向上运动，到b点速度恰好为零，下列说法中正确的是：（ ）A、带电质点在a、b两点所受的电场力都是竖直向上的B、a点电势