电势能和电势

1、电势能和电势教学分析电势能、电势是电磁学开篇章节静电场中的重点内容，它从能量的角度反映了电场的性质。对它的研究为以后学习电功、电动势、电磁能奠定了知识基础。本部分内容尤其与日常 生活和生产、科学尖端技术的应用与研究有着密切的关系，因而学好这部分知识有着广泛的实用价值。它是课程教学中利用物理思维方法较多的一堂课，尤其是用类比的方法认识新知识，同时为具体的物理知识迁移作好思维铺垫。教材从电场对电荷做功的角度出发，推知在匀强电场中电场力做功与移动电荷的路径无关。进而指出这个结论对非匀强电场也是适用的，并与重力势能类比，说明电荷在电场中也是具有电势能。电场力做功的过程就是电势能的变化量，而不能决定电荷

2、在电场中某点的电势能的数值，因此有必要规定电势能零点。 对学生能力的提高和对知识的迁移、灵活运用给予了思维上的指导作用。教学目标1 通过讨论静电力对试探电荷做功，知道静电力做功与路径无关的特点。2将静电力做功与重力做功进行类比，理解静电力做功与电势能变化的关系。认识电 势能的相对性。3.知道电势的定义方法及其定义公式、单位。4 知道等势面的定义，知道电场线一定垂直于等势面。教学重点难点1 理解电势能、电势、等势面的概念及意义。2掌握电势能与做功的关系，并能用此解决相关问题。教学方法与手段本节课突出类比法的思维特征和思维过程，适当强调类比过程中的求证环节。课前准备教学媒体：多媒体课件、挂图。知识

3、准备：复习电场强度、电场线知识、重力做功及与重力势能的关系。教学过程导入新课教学任务：创设情景，导入新课师生活动：方法介绍类比法特征或性质静电场重力场a对场中的电荷有力的作用对场中的物体有力的作用b用比值“ F/q表示场的强弱用比值“ F/m表示场的强弱可见，静电场与重力场有某些特征是相似的。根据两者的相似性，我们是否可以大胆的推测静电场的其他性质？下面我们进一步讨论这一问题。推进新课：活动一教学任务：归纳电场力做功特点师生活动：在重力场中，重力做功与路径无关，静电力做功也与路径无关吗？求证让试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中沿几条不同路径从 A点运动到B点, 我们来计算这几种情况下静电力对

4、电荷所做的功。直线W = F|AB|= qE|AB| W = F|AB|cos 爭 qE|AM| W = Wi + W?+ W3+ = qE|AM| 分析三种情况下的做功的数据结果，结合具体的问题情景，从中找到共同点和不同点， 联系前面所学的知识，归纳得出相关的物理知识。从中发现问题和知识结论。结论：静电力做的功只与电荷的起始位置和终点位置有关，与电荷经过的路径无关。拓展：该特点对于非匀强电场中也是成立的。活动二教学任务：电势能师生活动：提问：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才具有确定的重力势能。静电力做功也与路径无关，是否隶属势能？我们可以给它一个物理名称吗？B求

5、证在重力场中由静止释放质点，质点一定加速运动，动能增加，势能减少；如图所 示，在静电场中，静电力做功使试探电荷获得动能，是什么转化为试探电荷的动能？（这种能量为电势能。）重力做的正功等于减少的重力势能，克服重力做的功等于增加的重力势能，用公式表示为Wab = EpA EpB=- AEp。那么静电力做的正功也等于减少的电势能吗？克服静电力做的 功也等于增加的电势能吗？用公式表示也是Wab = EpA EpB = AEp吗？"斥、_两者进行类比，查-/ / /J找相同利不同之处/a/y物休在地面附近下降吋，静电力做正功.电势能减少重力对物体做正功+重力钢电力做负功，电势能增加势能减少；重

6、力做负功，重力势能増加根据动能定理， Wab = EkB EA = A Ek。因为，根据能量守恒增加的动能等于减少的电 势能，EkB EkA = EpA EpB，所以 Wab = EpA EpB = Aep。提问：重力势能具有相对性，电势能也具有相对性吗？求证通过计算静电力做的功只能确定电势能的变化量，只有把电场中的某点的电势能规定为零，才能确定电荷在电场中其他点的电势能的数值。可见电势能的确有相对性。提问：质点在某点的重力势能等于把它从该点移动到零势能处的过程中重力做的功，电荷在某点的电势能也等于把它从该点移动到零势能处的过程中静电力做的功吗？求证如果规定B点的电势能为零，根据 Wab =

7、EpA EpB，可知 Wab = EpA ,所以电荷 在某点的电势能也等于静电力把它从该点移动到零势能处所做的功。提问：重力势能属于物体与重力场组成的系统，电势能也属于电荷与静电场组成的系统吗？求证如果只有试探电荷而不存在电场，就不存在静电力的作用，试探电荷也不可能有电势能；如果只有电场而没有试探电荷，也不存在静电力作用，也就不存在电势能。只有在 试探电荷处于电场中时， 讨论与静电力做功紧密联系的电势能才有意义。所以，电势能属于电荷与电场组成的系统。总结类比列表如下：重力场静电场对场中的物体有引力的作用对场中的电荷有电场力的作用用比值“F/m表示场的强弱用比值“F/q表示场的强弱重力做功与路径

8、无关静电力做功与路径无关重物在重力场中有重力势能电何在电场中有电势能重力做的正功等于减少的重力 势能，克服重力做的功等于增加 的重力势能，用公式表示为Wab=EpA EpB = AEp°静电力做的正功等于减少的 电势能，克服静电力做的功等 于增加的电势能，用公式表示是 Wab = Epa EpB = AEp重力势能具有相对性电势能具有相对性质点在某点的重力势能等于把 它从该点移动到零势能处的过程中重力做的功电荷在某点的电势能等于把 它从该点移动到零势能处的 过程中静电力做的功重力势能属于物体 与重力场组成的系统电势能属于电荷 与静电场组成的系统思考与讨论：1. 如果电荷沿不同路径移动

9、时静电力做功不一样，还能建立电势能的概念吗？为什么？电势能的大小是由电荷与电场的相对位置决定的，同一电荷在电场中同一点的电势能应该有确定的值。我们不妨假设，电荷从电势能为0处沿不同路径移动到电场中的另一点P。如果静电力做的功不同，那么同一电荷在同一点 P的 电势能”就不同，这样P点的 龟势能就没有确定值，就不能建立电势能的概念。2物体在重力场中重力做功，与电荷在电场中移动时静电力做功虽然相似，但还存在 差异。能具体说一说这种差异吗？在重力场中移动的质点的质量都是正值，在重力场中确定的两点间移动等质量的质点， 重力做功一定相等，重力势能的变化量一定相等；在电场中移动的电荷可正、可负，在电场 中确

10、定的两点间移动电荷量大小相等的电荷，静电力做的功绝对值相等（有正、负两个可能值），电势能的变化量也有正、负两个可能值。3若取无穷远为零势能面，在场源电荷为正点电荷的电场中，正电荷的电势能一定大 于负电荷的电势能吗？在场源电荷为负点电荷的电场中呢？正点电荷的电场中小0丘E 无限远正电荷在电场中，其毎始终为正 负电荷在血场屮，其心始终为负负点电荷的电场中E 无限远正电荷在电场小.其毎始终为负负电荷在电场屮，其爲始终为正巩固训练:1关于在电场中移动电荷与电势能的关系，下列说法中正确的是（）A 电荷沿电场线方向移动，电势能一定增加B. 电荷沿电场力方向移动，电势能一定增加C. 电荷逆电场力方向移动，电

11、势能一定增加D. 电荷沿垂直于电场线方向移动，电势能一定不变答案：CD_ 62有一电荷量q= 3X10 C的电荷，从电场中的 A点移到B点时，克服静电力做功 _4、6X10 J。求： 电荷的电势能怎样变化？变化了多少？ 以B为零势能点，电荷在 A点的电势能EpA是多少？ 如果把这一电荷从 B点移到C点时静电力做功 9X10_4 j,电荷的电势能怎样变化？ 变化了多少？ 如果选取C点为零势能点，则电荷在 A点的电势能EpA 又是多少？ 通过这一例题你有什么收获？解析：静电力做功 Wab = _ 6X10-4 J,电势能增加了 6XI0_4 Jo 以B为零势能点，电荷在 A点的电势能是一6X10-

12、4 Jo Wbc= 9X10-4 J,电荷的电势能减少了 9 X0-4 Jo 以C点为零势能点，则电荷在 A点的电势能 EpA = Wac = Wab + Wbc = 3X10 4 Jo取不同的零势能点，同一电荷在电场中同一点的电势能数值是不同的。活动三教学任务：电势的定义师生活动：EEIab EQEIar和同：ElAB不同：q、Q1.类比下图两种情况:a推广相同！妙通过类比可见，若用左图中的 是固定的。如何来表征这个相同的量呢？不同：m2Ep/m，或右图中的Ep/q，对某一固定位置，它们的值都（让学生很快能想到用比值定义法来定义物理量，对知识活学活用）2上面讨论的是特殊情况，下面讨论一般情况

13、：（如图）EpA = qE 场 Leos 0可见，EpA与q成正比，即电势能跟电荷量的比值EpA/q都是相同的。对电场中不同位的，跟试探电荷本身无关。得出结论后，引导学生类比电场的得来过程，提出新的物理量一一电势。定义：在电场中，电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值，叫做这一点的电势。用0表示。表达式：0= Ep/q单位：伏特（V） 1V = 1 J/C物理意义：描述电场的能的性质的物理量，数值上等于电荷量为 1C的正电荷在该点的电势能是1 J,则该点的电势就是 1 V。类比1:与重力场中的h类比，帮助理解电势概念。类比2：高度与放入场中的物体无关，电势与试探电荷也无关。类比3:高度的

14、选取首先要确定零参考面，电势的选取也需零参考面，通常取大地为零 势面。类比4:高度为标量，但有正负。电势也是标量，只有大小没有方向，但也有正负。以上结论由学生得出，自己能用所学知识进行简单的描述，培养相关应用归纳知识的能力。总结：高度与电势对比:性质特点高度电势1h = Ep/G0= Ep/q 单位：伏特（V）1 V = 1 J/C2与放入场中的物体无关与试探电何无关3确疋零参考面需零参考面，通常取大地为零势面4标量，但有正负标量，但有正负思考与讨论1:如何来判断电势的高低呢？A ©B EpE正电荷电势能顺着电场线方向逐渐减少，则电势逐渐降低让学生明白：根据静电力做功的正负，判断电势

15、能的变化，进而判定电势的高低。现通 过具体情景来进行分析。结论：电场线指向电势降低的方向。思考与讨论2:参看教材上的问题进行思考与讨论，然后思考若是q当作负电荷来进行研究，其结果是否一样呢？分析：沿着电场线方向移动负电荷，电场力做负功，电势能增加，电势逐渐降低。沿着 电场线方向移动正电荷，电场力做正功，电势能减少，电势逐渐降低。_-2E 无限远 在+Q的电场中，电孙都为 正值；离+0越近电势越高E 无限远 衽-Q的电场屮，电孙都为 负值；离-越近电勢越低结论：沿着电场线电势逐渐降低，与试探电荷无关。 思考与讨论3:电势与电场强度有哪些区别与联系?性质与特点电场强度电势1反映电场力的性质反映电场

16、能的性质2E= F/q大小与q无关0= Ep/q 大小与 q无关3矢量，有方向标量，无方向4电场线越密，电场强度越大沿电场线，电势逐渐降低巩固训练：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 答案：D2. 关于电势与电势能，下列说法正确的是（）A .正电荷在高电势处电势能大，在低电势处电势能小B. 正电荷在高电势处电势能小，在低电势处电势能大C. 负电荷在高电势处电势能大，在低电势处电势

17、能小D. 负电荷在高电势处电势能小，在低电势处电势能大答案：AD3. 下列说法中正确的是（）A. 电场线密集处场强大，电势高B .沿电场线方向场强减小，电势降低C.在电势高处电荷具有的电势能也大D .场强为零处，电势不一定为零答案：D4. 对于点电荷的电场，我们取无限远处作零电势点，无限远处电场强度也为零，那么 （ ）A .电势为零的点，电场强度一定为零，反之亦然B. 电势为零的点，电场强度不一定为零，但电场强度为零的点，电势一定为零C. 电场强度为零的点，电势不一定为零；电势为零的点，场强不一定为零D. 场强为零的点，电势不一定为零，电势为零的一点，电场强度一定为零答案：C【活动四】教学任务

18、：等势面师生活动：引入：在地理课上常用等高线来表示地势的高低。今天我们学习了电势的知识后，那我们可以用什么来表示电势的高低呢？在电场中常用等势面来表示电势的高低。定义：等势面：电场中电势相同的各点构成的面。体验性实践：寻找等势面：找正点电荷和带电平行金属板中的等势面。点电荷头大一头小的导体帶等量异号电 荷的平行板通过体验性实践活动， 让学生明白如何去寻找等势面，达到对后续结论探究创设前置氛围。观看挂图，从中寻找不同电场中等势面的不同点和相同点，进行合理猜想。 思考与讨论：等势面与电场线的关系(1) 在同一等势面上各点电势相等，所以在同一等势面上移动电荷，静电力不做功。Wab = EpA Epb= q ©a q b= 0 讨论：什么情况下会出现力做功为零的情况？引导分析得出：F丄V。(2) 电场线跟等势面一定垂直，即跟电场强度的方向垂直。 引导学生用反证法达到证明的目的，加深对知识点的应用。 沿着电场线的方向，电势越来越低。归纳总结可得出：电场线跟