高中物理 《电场力做功与电势能》教案2 鲁科版选修3-1

1 第第 1 1 节节 电场力做功与电势能电场力做功与电势能 2 2 课时 课时 教学目的教学目的 1 会计算点电荷在电场力作用下 从电场中一点移动到另一点时电场力所做的功 2 知道什么是电势能 知道电场力做功与电势能改变的关系 3 培养知识的迁移能力 教学重点教学重点 电势能的概念 电势能的改变与电场力做功的关系 电功计算 教学难点教学难点 运用所学概念 规律解决实际问题 教学媒体教学媒体 教学安排教学安排 新课导入新课导入 习题导入 如右图中路径 有一电量为 q 质量为 m 的正电荷以某一水平向 右的 速度 v0在 A 点进入一场强大小为 E 方向向右的匀场电场 问点电荷做什么运动 如 何计算它到达距 A 为 d 的 B 点的速度 A B 在同一直线上 如果从 B 点以 v0向左进入呢 如果从 A 以 v0垂直于电场线方向进入呢 点电荷质量忽略不记 讨论 该电荷在场中受恒定的大小为 qE 方向向右的电场力 因此要做匀加速直线运 动 加速度大小为 m qE a 可以用运动学的公式计算 m qEd vvt 2 2 0 若从 B 向左进入 则 电荷做匀减速运动 如果从 A 以 v0垂直于电场线方向进入 则电荷做类似于平抛的运动 要用正交分解解决问题 这里不展开 教师归纳 对 从这个例子可以看出 电荷的受力运动也与以往高一所学的质点 运动一样遵循牛顿运动定律 而在高一力学中 我们出来用牛顿运动定律来分析解决 物体的运动问题 还可以从功和能的角度来解决 那么 电场力做功吗 新课内容新课内容 1 电场力做功的特点 我们用刚才的匀强电场来分析电场力做功的特点 显然 在刚才的电荷移动中 电场 力对电荷做了正功qEdFdW 如果我们将试探电荷 q 从其他路径由 A 移到 B 呢 大家一起来计算这几种情况下电场 力对电荷所做的功 A 如右图中路径 q 在沿折线 ACB 从 A 移往 B 的过程中 q 在沿直线从 A 移往 C 2 的过程中 受到的电场力 F qE 电场力与位移 AC 的夹角始终为 F 对 q 所做的 功为 W Fcos AC qEd 在线段 CB 上静电力 F 与位移 CB 垂直 而不做功 F 对 q 所做的功为 W qEd B 再使 q 沿任意曲线 ADB 从 A 点移到 B 点 我们可以用无数组跟静电力垂直和平行 的折线来逼近曲线 ADB 可以得出 F 对 q 所做的功为 W qEd 结论 不论 q 经由什么路径从 A 点移动到 B 点 静电力做功都是一样的 虽然这个结 论是从匀强电场推出 但对于非匀强电场也同样适用 板书 1 在匀强电场中 电场力做功值 W qEd 其中 d 为头尾两点沿电场力方向的 位移 2 电场力做功只与电荷的起始位置和终止位置有关 与电荷经过的路径无关 2 电势能 我们知道 功是能量转化的量度 一个力做功必定带来相应的能量转化 因此电场 力做功 肯定也有能量发生转化 那是什么能发生了变化呢 在刚才的电荷运动中 正电荷的动能增加了 是什么能转化过来的呢 物体在重力场中具有重力势能 同样的电荷在电场中也具有势能 这种势能叫做电势 能 电场力做功使得电势能与其他形式的能之间发生了转化 重力如果做正功 重力势能减少 重力如果做负功 重力势能增加 同样的 如果 电场力做正功 电势能减少 电场力做负功 电势能增加 板书 3 电场力做功量度电势能的减少量 WAB EPA EPB 该公式含正负号 电场力做功只能决定电势能的变化量 而不能决定电荷在电场中某点的电势能的数值 就好象重力功能确定重力势能的变化量 而不能确定重力势能的数值一 样 因此模仿重力 势能我们需要定义一个零势能面的问题 在确定电场中某点的电势能时 也要定义一个零 势能面 才能确定其他地方的电势能的数值 若规定电荷在 B 点电势为零 则在 A 点电势 能等于 WAB 也就是说 电荷在某点的电势能 等于电场力把它从该点移动到零势能面位置 所做的功 板书 4 电荷在某点的电势能 等于电场力把它从该点移动到零势能面位置所做的功 例如 在刚才的例子中 如果设 A 为零势能点 则正点电荷在 A 点电势能为零 由 A 到 B 电场力做了 qEd 的功 所以电势能减小 即正电荷在 B 点电势能为 qEd 负号表示该处 该电荷势能低于零 这里的正负号与大小有关 巩固 在刚才的例子中 如果设 B 为零势能点 则正点电荷在 A 点电势能为 qEd 如果设 B 为零势能点 则负点电荷在 A 点电势能为 qEd 如果设 A 为零势能 点 则负点电荷在 B 点电势能为 qEd 3 归纳并 板书 5 正电荷沿着电场线运动 或运动方向与电场线夹锐角 时 电 场力做正功 电势能降低 负电荷沿着电场线运动 或运动方向与电场线夹锐角 时 电 场力做负功 电势能升高 可见所取的参考零势能点不同 即使是同一电荷在同一点也有不同的势能 但两点间 的电势能差值是固定的 正如重力势能是物体与地球共有的一样 电势能也是电荷与电场 共有的系统能量 它的大小与电荷电性