高二物理第三讲电势能电势电势差教案

1、学习好资料 欢迎下载其次讲：电势能电势 电势差适用学科物理适用年级高二适用区域全国新课标人教版本讲时长120 分钟学问点1.电势与电势能2 电势差 3.匀强电场电势差与电场强度的关系式教学目标 一、学问与技能1.懂得静电力做功的特点、电势能的概念 2.懂得电势、等势面,知道电势是描述电场能的性质的物理量 3.明确电势能、电势、静电力做的功的关系；4.深化懂得电场线与等势面,及它们间的关系懂得电势差的概念5.能够懂得并应用匀强电场中电势差与电场强度的定性、定量关系 二、过程与方法通 过 类 比 法 教 学 ,使 学 生 理 解 电 势 差 的 概 念 ；应 用 所 学 知 识 推 导 静 电 力

2、 做 功与电势差的关系式三、情感、态度与价值观1.培育对比学习的学习方法,使同学能从类似的事物中找出共性,培 养规律思维才能 2.激发同学对学问运用的希望教学重点 1.懂得电势、电势能的概念 2.把握常见的几种等势面分布规律 3.把握电势差与电场强度的关系教学难点 1.理清电势、电势能及电场力做功的关系学习好资料 欢迎下载2.等量异种电荷与等量同种电荷的等势面分布情形3.通过推导懂得、体会电场力做功、电势能、电势和电势差的概念及 其间的关系教学过程一、复习 / 预习：我们上节课学习了关于电场的一些基本概念和关于电场中静电力的大小、方向的判定；那我们来回忆一下上节的学问以及以前学习的学问：电场线

3、上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一样；带正电物体在电场中受力方向与场强方向相同；带负电物体在电场中受力方向与场强方向相反；功是能量转化的量度；功的运算：WFXCOS通过上一节课的学习,大家学习了关于静电场的基本概念,其中有这么几个物理量：电 场强度,电场力,电场线；这些帮忙大家懂得了关于电场的力的特点,大家学会了判定电场 中的受力,现在我们看看这个图,一个带电粒子静止放于如下列图的电场中 A 点,那么它 在 A 点受什么力,什么方向？做什么运动？运动中有什么能增加了？动能的增加是哪种能 转化的？为明白决这些问题,让我们进入今日的电场能的世界吧 .二、学问讲解考点 / 易错点 1 电势与电势

4、能让摸索电荷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,我们来运算这几种情形下静电力对电荷所做的功；W F|AB| qE|AB| 学习好资料欢迎下载W W 1+W 2+W 3+ W F|AB|cos qE|AM| 其中 FqE 分析三种情形下的做功的数据结果,结合详细的问题情形,从中找到共同点和不同点,联系前面所学的学问,归纳得出相关的物理学问；从中发觉问题和学问结论；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；【电势能】查找类比点： 力做功只与物体位置有关,属于什么能？而与运动路径无关的事例在物理

5、中有哪些呢？A B （在我们以前学习的力中那种性质的力具有这样的特点呢？移动物体时重力做的功与路径无关同一物体在地面邻近的同一位置才具有确定的重力势能；）学习好资料 欢迎下载摸索：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？1电势能：由于移动电荷时静电力做功与移动的路径无关,电荷在电场中也具有势能,这种势能我们叫做电势能；电势能用 Ep 表示；2争论：静电力做功与电势能变化的关系静电力做的功等于电势能的变化；功是能量变化的量度；W AB（ EpB EpA ） EpA EpB 【摸索争论】对不同的电荷从A 运动到 B 的过程中,电势能的变化情形：（1 ）正电荷从A 运动到

6、B 做正功,即有W AB0 ,就 EpA E pB,电势能削减；结论：正电荷顺着电场线的方向其电势能逐步削减；（2 ）负电荷从A 运动到 B 做正功,即有W ABE pB,电势能增加；结论：负电荷顺着电场线的方向其电势能逐步降低；对此分析得出：电势能为系统全部,与重力势能相类似；3求电荷在某点处具有的电势能学习好资料 欢迎下载问题争论：在上面争论的问题中,请分析求出A 点的电势能为多少？同学摸索后无法直接求出,不妨就此鼓励同学,并提出类比方法；类比分析：如何求出 A 点的重力势能呢？进而联系到电势能的求法；就 EpA W AB （以 B 为电势能零点）电荷在某点的电势能,等于静电力把它从该点移

7、动到零势能位置撕所做的功；4零势能面的挑选通常把电荷离场源电荷无限远处的电势能规定为零,或把电荷在大地表面上的电势能规定为零；【电势】我们通过静电力的争论熟识了电场强度,现在要通过电势能的争论来熟识另一个物理量 电势；它同样是表征电场性质的重要物理量度；学习好资料 欢迎下载通过类比可见,如用左图中的 Ep/m ,或右图中的 Ep/q ,它们的值是相同的；电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值,是由电场中这点的位置打算的,跟摸索电荷本身无关 . 1定义：电荷在电场中某一点的电势能与他的电荷量的比值,叫做这一点的电势；用 表示；表达式： Ep /q （与摸索电荷无关）2电势是标量,它只有大小

8、没有方向,但有正负；3单位：伏特（V） 1V 1J/C 1J,就该点的电势就是1V ；物理意义：电荷量为1C 的电荷在该点的电势能是如何来判定电势的高低呢？依据静电力做功的正负,判定电势能的变化,进而判定电势的高低；现通过详细情形来进行分析；4电场线指向电势降低的方向；电势顺线降低；顺着电场线方向,电势越来越低；学习好资料 欢迎下载与电势能相像,我们知道Ep 有零势能面,因此电势也具有相对性；做题时应当先规定电场中某处的电势为零,然后才能确定电场中其他各点的电势；5零电势位置的规定：电场中某一点的电势的数值与零电势的挑选有关,即电势的数值打算于零电势的挑选；因此电势有正负之分,是由于其零电势的

9、挑选打算；通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为零；通常以大地或无穷远默认为零；【等势面】在地理课上常用等高线来表示地势的高低；今日我们学习了电势的学问后,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；1等势面：电场中电势相同的各点构成的面；通过前面学习的关于电势的运算,查找等势面：找正点电荷和带电平行金属板中的等势面；学习好资料 欢迎下载2等势面与电场线的关系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；W ABEpA EPbq Aq B0 争论：什么情形下会显现力做功为零的情形？引导分析得出：Fv 电场线跟等势面肯定垂直,即跟电场强度

10、的方向垂直；而沿着电场线的方向,电势越来越低；归纳总结可得出： 电场线跟等势面垂直, 并且由电势高的等势面指向电势低的等势面；（3）如两个相邻的等势面间的电势之差是相等的就：等势面越密,电场强度越大；（4）等势面不相交、不相切；考点/ 易错点 2 电势差通过实际情形中的高度、高度差的关系懂得电势、电势差的关系；电场中两点之间的电势差值叫电势差,也叫电压用 U 表示；设电场中 A 点电势为 A ,B 点电势为 B ,就它们之间的电势差可以表示为UAB = A-B也可表示为 UBA = B -A由此可知 UAB- UBA 学习好资料 欢迎下载电势差是标量,可正可负； 静电力做功与电势差的关系通过学

11、习的学问结合功是能量变化的衡量；运算一般情形下的功的表达式；电荷 Q 在电场中从 A 移动到 B 时,静电力做的功 W AB 等于电荷在 A、B 两点的电势能之差；E B A W AB E PA E PBq A q Bq A BqU AB所以有 W AB qU AB 或 U AB W AB,即电场中 A、B 两点间的电势差等于电场力做q的功与摸索电荷 q 的比值；考点 / 易错点 3 电势差与电场强度的关系问题一：如沿场强方向移动电荷如图：表示某一匀强电场的等势面和电场线；沿场强方向把正电荷 q 由 A 点移动到 B点 ,设 A、 B 两点间的距离为 d ,电势差为 U,场强为 E；就电场力所

12、做的功：从力的角度： = Fd = qEd E B A 从能的角度：= qU 由 两式得 : 学习好资料欢迎下载U = Ed 结论 ：在匀强电场中,沿场强方向的两点间的电势差等于场强与这两点的距离的乘积问题二：如不是沿场强方向移动电荷？如图,在匀强电场 E 中,有相距为 L 的 A、B 两点,两点连线与场强方向成 角；就 A、B 两点间的电势差为 U = EL ,对不对？解析 A 、 B 两点连线 L 不沿场强方向,不能直接用 U = ELB L 运算 A、B 两点间的电势差； E A B从力的角度： AB = FLcos = qELcos 从能的角度： AB = qU AB由上两式得：U A

13、B = ELcos Lcos 为沿场强方向上的距离 说明 依据电场线跟等势面垂直这一性质,可过 B 点作一等势面,在等势面上找一点 B ,使 A、B 的连线沿场强方向；所以 B、B 的电势相等 UAB=U AB = Ed UAB = ELcos = E d 或 E = U ABd 2、表达式： U = Ed 或： E = U/d（d 为沿场强方向上的距离）它的物理意义是在匀强电场中,场强在数值上等于沿场强方向每单位距离上的电势差3、留意：（1 ）上式的适用条件：匀强电场；学习好资料 欢迎下载（2 ）d 为匀强电场中两点沿电场线方向的距离（等势面间的距离）；（3 ）由 U=Ed ,得 E=U/d

14、 ,可得场强的另一个单位：V/m ；1 伏/ 米 1 牛 / 库 ,所以场强的两个单位伏三、例题精析 考点 1： 电势能、电势【基础】【例题 1 】/ 米,牛 / 库是相等的；【题干】 关于电势的高低,以下说法正确选项 A沿电场线方向电势逐步降低B电势降低的方向肯定是电场线的方向C正电荷在只受电场力作用下,肯定向电势低的地方运动D负电荷在只受电场力的作用下,由静止释放,肯定向电势高的地方运动【答案】 AD【解析】 电场线方向肯定是电势降落的方向,反之不肯定成立故 A 对, B 错,如正电荷初速度与电场线向方,就先向电势高的方向做减速运动,再向电势低的地方运动,故 C 错,D 对；【巩固】【例题

15、 2 】【题干】 将带电荷量为1 108 C的电荷,从无限远处移到电场中的A 点,要克服静电力做功 1 106 J,取无限远处电势为零问：1 电荷的电势能是增加仍是削减？电荷在A 点具有多少电势能？学习好资料 欢迎下载2 A点的电势是多少？【答案】 1 增加1106 J 2100 V 处电势能为零,所以电荷A【解析】 1因静电力做负功,就电荷的电势能增加；因无限远点具有的电势能为1 106 J；2 A点电势为 AEpA q1 1068 V 100 V ；1 10【拔高】【例题 3 】【题干】 如下列图为空间中某电场的电场线,M、N 为电场中的两点以下选项正确选项（）A该电场可能由空间某孤立的负

16、点电荷形成BM点的场强和电势大于 N点的场强和电势C在 M点静止释放一正点电荷,该电荷肯定沿电场线运动D将一负试验电荷从 M点移至 N点,其电势能肯定增大【答案】 D 【解析】 A、孤立的负电荷的电场线是向负电荷汇聚的射线故 A 错误B、电场线越密, 场强越大, 就知 M 点的场强小于电势降低 M 点的电势大于N 点的电势故B 错误N 点的场强 顺着电场线方向,C、正点电荷在 M 点所受的电场力方向沿切线方向,在 M 点静止释放一正点电荷,电场力将使点电荷偏离原电场线,点电荷不行能沿电场线运动故 C错误D、依据负电荷在电势高处电势能反而小可知,负试验电荷从 M 点移至 N 点,其电势能肯定增大

17、故 D 正确学习好资料 欢迎下载考点 2 电势差【基础】【例题 4 】【题干】 关 于 静 电 场 的 下 列 说 法 , 哪 是 正 确 的 （）A 带 电 粒 子 只 受 电 场 力 作 用 下 的 运 动 , 电 势 能 可 能 增 加 B 匀 强 电 场 中 , 两 点 间 电 势 差 仅 与 两 点 间 距 离 有 关 C 电 势 降 低 的 方 向 就 是 场 强 方 向 D 等 势 面 上 各 点 电 场 强 度 可 能 相 同【答案】 AD【解析】 A：带电粒子在电场中移动时,电势能是否变化,与电场力做正功或做负功有关,故 A 正确；B：公式 U=Ed 中, d 是两点沿电场线

18、方向的距离没有说明沿电场线方向是不全面的故 B 错误；C：沿场强的方向电势肯定是降低的,但电势降低的方向不肯定是场强的方向故D 正确C 错误；D：场强不为零的点,电势可以为零场强为零的点,电势可以为零故【巩固】【例题 5 】【题干】 在电场强度为 600N/C 的匀强电场中, A、B 两点相距 5cm ,如 A、B 两点连线是 沿着电场方向时, 就 A、B 两点的电势差是V如 A、B 两点连线与电场方向成 60 时,V；如 A、 B 两点连线与电场方向垂直时,就 A 、B 两点的电 就 A、B 两点的电势差是势差是 V【答案】 30 ,15 ,0学习好资料 欢迎下载【解析】 依据匀强电场的电势

19、差与电场强度的关系：U=Ed ,如 A、B 两点连线是沿着电场方向时,d=LAB=0.05m,所以 U=600 0.05=30V如 A、B 两点连线与电场方向成 60 时,d=LABcos60=0.05 cos60 =0.025m,所以 U=600 0.05 cos60 =15V 如 A、B 两点连线与电场方向垂直时,AB 两点是等电势点,故AB 间的电势差为零【拔高】【例题 6】如下列图,实线为电场线,虚线为等势面且AB=BC ,电场中 A、B、C 三点的场强分别为 EA、EB、EC,AB 、BC 间的电势差分别为 U AB、UBC,就 EA、EB、EC 大小关系为_； UAB、 UBC 大

20、小关系为 _（按从大到小的次序排列）【答案】 ECEBEA、U ABU BC【解析】 考查静电场中的电场线、等势面的分布学问和规律A、B、C 三点处在一根电场线上,沿着电场线的方向电势降落,故 A B C；由电场线的密集程度可看出电场强度 大小关系为 EC EBEA ；电场线密集的地方电势降落较快,故 U BCU AB考点 3 电场强度与电势差的关系【基础】【例题 7 】【题干】 关 于 静 电 场 , 下 列 结 论 普 遍 成 立 的 是 （）A 电 场 中 任 意 两 点 之 间 的 电 势 差 只 与 这 两 点 的 场 强 有 关 B 电 场 强 度 大 的 地 方 电 势 高 ,

21、电 场 强 度 小 的 地 方 电 势 低 C 将 正 点 电 荷 从 场 强 为 零 的 一 点 移 动 到 场 强 为 零 的 另 一 点 , 电 场 力 做 功 为 零D 在 正 电 荷 或 负 电 荷 产 生 的 静 电 场 中 , 场 强 方 向 都 指 向 电 势 降 低 最 快 的 方 向【答案】 D【解析】 A、电势差的大小打算于电场线方向上两点间距和电场强度,所以 A 错误；B、在正电荷的电场中,离正电荷近,电场强度大,电势高,离正电荷远,电场强度小,电势低；而在负电荷的电场中,电势高,所以 B 错误；离负电荷近, 电场强度大, 电势低, 离负电荷远, 电场强度小,学习好资料

22、 欢迎下载C、场强为零,电势不肯定为零,电场中确定存在场强都为零、电势又不相等的两个点,在这样的两个点之间移动电荷,电场力将做功,所以 C 错误；D、沿电场方向电势降低,而且速度最快,所以 D 正确；【巩固】【例题 8 】【题干】 在光滑的绝缘水平面上,有一个正方形abcd ,顶点 a、c 分别固定一个正点电荷,电荷量相等,如下列图；如将一个带负电的粒子置于b 点,自由释放,粒子将沿着对角线bd 往复运动；粒子从b 点运动到 d 点的过程中（）abA先做匀加速运动,后做匀减速运动B先从高电势到低电势,后从低电势到高电势dcC电势能与机械能之和先增大,后减小D电势能先减小,后增大【答案】 D【解

23、析】 求解带电粒子在电场中的运动问题,仍是要从受力分析入手,分析运动的性质,判断电场力做功,进而判定电势能的变化情形,电场力做正功电势能减小,反之电势能增加；带电粒子从b 向 d 运动的过程中,由于异种电荷相互吸引,就电场力的方向总指向bd 和ac 的交点,粒子先加速后减速,但在两电荷的连线上电场强度为零,因此带电粒子加速运动的加速度在变化而非匀变速,A 错；粒子先从低电势点向高电势点运动,再从高电势点向低电势点运动,B 错误；由于电场力先做正功后做负功,故电势能先减小后增大,D 正确；在粒子运动的过程中只有电场力做功,只是电势能和动能之间的相互转化,但电势能和动能的总量保持不变,C 错误；【

24、拔高】【例题 9 】【题干】 如下列图, P、Q 两金属板间的电势差为50V ,板间存在匀强PAQ电场,方向水平向左,板间的距离d=10cm ,其中 Q 板接地,两板间学习好资料 欢迎下载的 A 点距 P 板 4cm ；求：（1）P 板及 A 点的电势；（2）保持两板间的电势差不变,而将 Q 板向左平移5cm ,就 A 点的电势将变为多少？【答案】 B【解析】（1 ）EU50-2V/md10105102V/mQA 间电势差U QAE d2104102V51030 V所以 A 点、 P 板电势分别为A 30 V,P 50 V（2）当 Q 板向左平移 5cm 时,两板间距d 1 10 cm-5cm

25、 5cmQ 板与 A 点间距变为d10-4cm-5cm1cm学习好资料 欢迎下载电场强度EU502V/md 1510-1103V/mQ、A 间电势差U QAE d310.102V110所以 A 点电势10 V-10 V；A学习好资料 欢迎下载四、课堂运用【基础】1如右图,平行直线表示电场线,但未标方向,带电粒子在电场中只受电场力作用,由A 点移到 B 点,甲电荷的路径为1,乙电荷的A21B路径为 2,就（1）甲,乙电荷是种电荷；做负功；（2）电场力对做正功,电场力对（3）甲电荷电势能将,乙电荷电势能将削减【答案】（1）异种（ 2）乙甲（3）增加【解析】 由曲线运动规律知甲、乙受力相反,因此两者

26、所带电荷电性相异；由于甲电荷所受电场力与速度方向成锐角,故电场力对甲做正功； 乙电荷所受电场力与速度方向成顿角,电场力对乙做负功；电场力做正功电势能增加,做负功电势能减小；2右图中两曲线为两带电粒子A、B 在一正点电荷电场中的运动轨迹,就（1）A 带电, B 带电；A（2）A 电荷运动过程中电势能,动能；BAB 电荷运动过程中电势能,动能；【答案】（1）正电负电 （2）先增后减先减后增先减后增先增后减【解析】 由曲线运动规律知A 粒子受到斥力作用,电场力先做负功然后做正功,故学习好资料 欢迎下载粒子带正电,电势能先增后减,动能先减后增；B 粒子受到引力作用,电场力先做正功然后做负功,因此 B

27、粒子带负电,电势能先减后增,动能先增后减；3一带电油滴在匀强电场 E 中的运动轨迹如下列图,电场方向竖直向下； 如不计空气阻力,就此带电油滴从a 运动到 b 的过程中,能量变化情形为（）a b A动能减小E B电势能增加C动能和电势能总和削减D重力势能和电势能之和增加【答案】 C 【解析】 由曲线运动条件可知,带油滴所受电场力方向与场强方向相反,因此带负电；从 a 到 b ,电场力做正功,动能增加,电势能削减,重力势能增加,但三者之和不变；4.在电场中把一个电荷量 q= -6 10 6 C 的点电荷从 A 点移到 B 点,克服电场力做功 310 5 J,问 A、B 两点间的电势差是多少？如将电

28、荷 q 从电场中拿走,A、B 两点间的电势差又是多少 . 【答案】 5V 5V【解析】 电荷从 A 点移到 B 点时,克服电场力做功,表示电场力做负功,即W AB= -3 105J 学习好资料 欢迎下载所以 A 、B 间的电势差为UABW AB3105V5 V由电场本身打算,故拿走摸索电荷,电q6106因电场中任意两点间的电势差与摸索电荷无关,势差不变, A 、B 两点间的电势差仍旧为5V 【巩固】5 如图,空间存在竖直向下、强度为 E 的匀强电场,质量为 m 、带电量大小为 q 的小球以 a=0.6g 下落 h 高度,问：AE h（1）小球带何种电荷？B（2）小球的动能变化 Ek 为多少？（

29、3）小球的重力势能变化 Ep 为多少？（4）小球的电势能变化 Ep 为多少？（5）小球的机械能变化 E 为多少？【答案】（1）负电荷（2） 0.6mgh（3 ）mgh（4 ）0.6 mgh （5）-0.6 mgh 【解析】 由于小球以 a=0.6g 的加速度下落,故其必定受到竖直向上的电场力作用,可知其带负电；由等效思想可知,小球在重力场与电场复合场中的等效重力加速度为 0.6 g,故其动能变化量为 0.6 mgh ；依据重力势能、 电势能、机械能概念可知各自变化量值为 Ep =mgh ,Epe =0.6 mgh ,E=-0.6 mgh ；6一粒子从 A 点射入电场,从 B 点射出,电场的等势

30、面和粒子的运动轨迹如下列图,图中左侧前三个等势面彼此平行,不计粒子的重力；以下说法正确的有（）学习好资料 欢迎下载A粒子带负电荷B粒子的加速度先不变,后变小C粒子的速度不断增大D粒子的电势能先减小,后增大【答案】 AB 【解析】 依据电场线与等势面垂直并指向电势低的等势面,可大致画出电场线的外形,粒子在电场力的作用下轨迹向下弯曲,与场强方向相反,所以粒子带负电荷,依据曲线运动的特点, 可以说明电场力指向轨迹内侧,A 正确；等势面先是平行等距,后变得稀疏,就电场强度是匀强电场, 后场强变小, 即电场力先不变, 后变小,B 正确；依据电场力做功 W= qU ,电场力做负功,所以粒子速度减小,电势能

31、始终增加,所以 D 错误；C 错误；电场力始终做负功,由功能关系可知,粒子的7如下列图, a、b、c 是一条电场线上的三个点,电场线的方向由 a 到 c,a、b 间的距离等于 b、c 间的距离,用 a、b、c和 Ea、Eb、Ec 分别表示 a、b、 c 三点的电势和电场强度,可以判定 Aa b cB Ea Eb EcCa-b=b-cDEa = Eb Ec 【答案】 A 学习好资料 欢迎下载【解析】 题中给出了一条电场线,不论是何种情形的电场,沿着电场线方向电势是降低的,即 a b c,故 A 正确电场线是直线的电场,通常有下图所示的几种情形,不能确定是哪一种,因此 B、C、D 均不正确其中在前

32、三个图中可由 U=Ed 定性分析【拔高】8如下列图,一个质量为m 、带有电荷 - q 的小物体,可以在水平轨道Ox 上运动, O 端有一与轨道垂直的固定墙,轨道处于匀强电场中,场强大小为E,方向沿 Ox 轴正方向,小物体以速度 v0 从 x0 点沿 Ox 轨道运动,运动时受到大小不变的摩擦力 Ff 作用,且 Ff qE；设小物体与墙碰撞时不缺失机械能,且电荷量保持不变,求它在停止运动前所通过的总路程；【答案】2qEx0f2 mv 02F【解析】 由于 Ff bc一带正电的粒子射入该电场中,其运动轨迹如图中KLMN 所示,可知 学习好资料 欢迎下载A粒子从 K 到 L 的过程中,电场力做负功B粒子从 L 到 M 的过程中,电场力做负功C粒子从 K 到 L 的过程中,电势能增加D粒子从 L 到 M 的过程中,动能削减【答案】 AC 【解析】 由 a b c 可知,该电场为正电荷产生的电场；由带电粒子的运动轨迹可知粒子受库仑斥力作用,从 K 到 L 过程中,电场力做负功,Ek 削减,电势能增加；从 M到 L 过程中, 电场