静电场电势电势差等势面

1、静电场·电势  电势差  等势面·教案  一、教学目标1在物理知识方面要求：（1）了解什么是电势。（2）掌握电势差、等势面的概念，在头脑中建立不同场等势面图景。2渗透物理学方法的教育，运用理想化方法抽象出等势面的空间模型。二、难点、重点分析1难点是使学生掌握电势的概念，这一概念虽要求不高，却不好理解。2重点是掌握电势差、等势面。三、主要教学过程（一）引入新课前面我们曾经学习过用来描述电场力学性质的一个物理量场强（E）。下面一起来回忆一下有关内容：（1）电场的基本性质；（2）场强是怎么定义的，方向如何？电场除了具有力的性质外，还具有能的性质，用什

2、么物理量来描述这一性质电势（U）。（二）教学过程设计1电势U放在电场中的电荷具有电势能，电势能与重力势能相似具有相对性。一般来说如果将一个检验电荷放在点电荷电场中，在无穷远处检验电荷具有的电势能为零。电场为做正功电势能减少，克服电场力做功，电势能增加。如图1所示，将一电量为q的正检验电荷放在正点电荷的电场中，B点为无穷远处。此时q具有的电势能为零，将q由B点移至A点，需克服电场力做功，电势能增加，如果克服电场力做功为E，B点电势能为零，所以A点电势能为E，电势能与电量比为E/q。换用2q的检验电荷，同理可知需克服电场力做功2E，在A点具有电势能为2E，电势能与电量比为2E/2q=E/q，换用n

3、q检验电荷，从B点到A点需克服电场力做功nE，在A点具有的电势能为nE，电势能与电量的比值为nE/nq=E/q。由此可见对于电场中的某一点来说，不同检验电荷具有的电势能不同但电势能与电量的比值相同，与检验电荷无关。如果将负检验电荷q从B点移至A点，电场力做正功，电势能减少，B点电势能为零，所以A点电势能为-E，但电势能与电量之比为-E/-q=说，在电场中的同一点，不同的检验电荷可以具有不同的电势能，但电势能与电量的比值与检验电荷无关，由场唯一决定，我们就把这一比值称为场中这一点的电势。如果用U表示电势，用E表示电荷q的电势能，那么U=E/q（E、q、U均可正可负，计算时带符号运算）。此式只是电

4、势的定义式，而不是决定式场中某点电势由场唯一决定。场定了，场中某点电势就唯一确定了，与放不放检验电荷，放什么样的检验电荷无关。（1）电势是相对的，是相对于零势面来说的，一般选大地或无限远为零势面。（2）沿着电场线方向电势降低。如图2所示：将正检验电荷q从无穷远分别移至A，B，C，各点电场力所做负功为EA，EB，EC，且EAEBEC均为正值，EA/qEB/qEC/q。即UAUBUC0沿着电场线方向电势降低，同理可证负电荷电场也如此。（3）正电荷电场中各点电势均为正；负电荷电场中各点电势均为负。关于正电荷的由（2）可知：关于负电荷由图3可知：将正检验电荷q从无穷远移至A点，电场力做正功，电势能减少

5、无穷远处电势能为零，在A点电势能为负，电势能与电量之比为负，即电势为负。（4）电势是标量，只有大小没有方向。虽是标量但有正负，正的代表比零电势高，负的代表比零电势低，而不代表方向。（5）电势的单位：伏特（V）2电势差电场确定后，场中各点电势就唯一确定了，一般来说不同的点具有不同的电势，两点间电势的差值，称为这两点间的电势差，也叫电压。例：A点电势UA，B点电势UB，A、B两点间的电势差UAB=UA-UB，如UA=10V，UB=-5V，UAB=UA-UB=10V-（-5V）=15V，BA两点间电势差为UBA=UB-UA=（-5V）-10V=-15V，UBA=-UAB。知道了电场中两点的电势，由E

6、=qU即可算出电荷在这两点的电势能，从而算出从一点到另一点电势能的增量，设UAUB，则正电荷在A点，电势能为UAq，在B点电势能为UBq，q从A点移到B点电势能减少了qUA-qUB。而电势能的减少等于电场力做的正功，所以正电荷从A点移到B点时电场力做的正功W=qUA-qUB=q（UA-UB）=qUAB，如果把正电荷q从B点移到A点，电势能增加了qUA-qUB，而电势能的增加等于电场力做的负功，所以正电荷从B点移到A点电场力做的负功大小为qUA-qUB=q（UA-UB）=qUAB。与此类似，将负电荷-q从A移到B，或从B移到A，电场力做功的大小仍是qUAB，所以，在电场中AB两点间移动电荷时，电

7、场力做的功W等于电量q和这两点间的电势差U的乘积，即W=qU，式中q用C做单位，U用V做单位，W用J做单位，利用这个公式时，qU都取绝对值，算出的功W也为绝对值。说明：（1）电势能是相对的，而电势能的变化是绝对的，E=qAB或E=qUBA，仅由q与两点间电势差决定。（2）电场力做正功，电势能减少，末态减初态，增量为负。电场力做负功，电势能增加，末态减初态，增量E为正。例题：设电场中AB两点电势差U=2.0×102V，带电粒子的电量q=1.2×108C，把q从A点移到B点，电场力做了多少功？是正功还是负功？设UAUB。WqU=1.2×10-8×2.0

8、15;102J=2.4×10-6J因为UAUB，q为正电荷，故q在B点的电势能大于A点电势能，即从A点移到B点电势能增加，即电功力做负功。3等势面一般说来，电场中各点的电势不同，但电场中也有许多点的电势相等。我们把电场中电势相等的点构成的面叫等势面。（1）在同一等势面上的任意两点间移动电荷，电场力不做功，因为等势面上各点电势相等，电荷在同一等势面上各点具有相同的电势能，所以在同一等势面上移动电荷电势能不变，即电场力不做功。（2）等势面一定跟电场线垂直，即跟场强的方向垂直。假如不是这样，场强就有一个沿着等势面的分量，这样在等势面上移动电荷时电场力就要做功。但这是不可能的，因为在等势面上各点电势相等，沿着等势面移动电荷时电场力是不做功的。所以场强一定跟等势面垂直。（3）前面已经指出，沿着电场线方向电势越来越低。可见，电场线不但距等势面垂直，而且是由电势较高的等势面指向电势较低