《电势能和电势》教案物理科课件

高中同步学案优化设计GAOZHONGTONGBUXUEANYOUHAUSHEJI1.电势能和电势第十章内容索引0102课前篇自主预习课堂篇探究学习学习目标1.知道静电力做功的特点,掌握静电力做功与电势能变化的关系,能用比值法定义电势。(物理观念)2.通过类比法分析得出静电力做功与电势能变化的关系,理解电势的定义、定义式、单位,能根据电场线判断电势高低。(科学思维)3.通过类比重力势能引入电势能,体会能量观点分析问题的重要性。(物理观念)思维导图课前篇自主预习【必备知识】一、静电力做功的特点想一想当物体的高度发生变化时,重力会对物体做功,如图所示,把质量为m的物体沿着不同路径从A移到B,重力做功是否相等?重力做功有什么特点?(a)物体沿竖直

方向向下运动

(b)物体沿斜面向下运动(c)物体沿曲折路径向下运动提示质量为m的物体沿着不同路径从A移到B,重力做功是相等的。对同一物体,重力做功与路径无关,只与物体起点和终点的高度差有关。1.静电力做功:在匀强电场中,静电力做功W=qElcosθ。其中θ为静电力与位移方向之间的夹角。2.静电力做功的特点:在静电场中移动电荷时,静电力做的功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。二、电势能1.电势能:电荷在电场中具有的势能叫作电势能,可用Ep表示。2.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减少量,静电力做正功,电势能减少;静电力做负功,电势能增加。3.电势能的大小:电荷在某点的电势能,等于把它从这点移动到零势能位置时静电力做的功。4.零势能位置的规定:通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为0,或把电荷在大地表面上的电势能规定为0。三、电势1.电场中某一点的电势:电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值叫作该点的电势,即

。2.单位:伏特,符号为

V。1V的物理意义:在电场中某一点,如果电荷量为1C的电荷在这点的电势能是1J,这一点的电势就是1V。

3.矢标性:电势是标量,但有正、负之分。4.沿着电场线方向电势逐渐降低。【自我检测】1.正误判断,判断结果为错误的小题说明原因。(1)只有在带电体只受静电力作用的条件下,静电力做功才与路径无关。(

)答案×解析无论带电体受不受其他力,静电力对带电体所做功均与路径无关。(2)负电荷沿电场线方向移动时,静电力做负功,电势能增加。(

)答案√(3)某电场中,带电物体在A点具有的电势能EpA=5J,在B点具有的电势能EpB=-8J,则EpA>EpB。(

)答案√(4)某电场中,A点的电势φA=3V,B点的电势φB=-4V,则φA>φB。(

)答案√(5)根据电势的定义式

可知,电荷q的电荷量越大,电势越低。(

)答案×解析电势是电场本身的属性,定义式中q为试探电荷,电势与试探电荷q无关。(6)电荷在电势越高的位置电势能越大。(

)答案×解析正电荷在电势越高处电势能越大,负电荷在电势越高处电势能越小。2.下列说法正确的是(

)A.电荷从电场中的A点运动到了B点,路径不同,静电力做功的大小就可能不同B.电荷从电场中的某点开始出发,运动一段时间后,又回到了该点,则静电力做功为零C.正电荷沿着电场线运动,静电力对正电荷做正功,负电荷逆着电场线运动,静电力对负电荷做负功D.电荷在电场中运动,因为静电力可能对电荷做功,所以能量守恒定律在电场中并不成立答案B解析静电力做功和电荷运动路径无关,所以选项A错误;静电力做功只和电荷的初、末位置有关,所以电荷从某点出发又回到了该点,静电力做功为零,选项B正确;正电荷沿电场线的方向运动,则正电荷受到的静电力和电荷的位移方向相同,故静电力对正电荷做正功,同理,负电荷逆着电场线的方向运动,静电力对负电荷做正功,选项C错误;电荷在电场中虽然有静电力做功,但是电荷的电势能和其他形式的能之间的转化满足能量守恒定律,选项D错误。3.在静电场中,将一正电荷从A点移到B点,静电力做了负功,则(

)A.B点的电场强度一定比A点大B.电场线方向一定从B指向AC.B点的电势一定比A点高D.该电荷的动能一定减少答案C解析从A到B,静电力对正电荷做负功,该电荷电势能增加,qφA<qφB,即φA<φB,故选项C正确;电场线不一定是直线,选项B错误;该电荷除了受静电力,是否还受其他力不清楚,选项D错误;条件不足,无法判断A、B两点电场强度的大小,选项A错误。课堂篇探究学习探究一对静电力做功、电势能的理解【情境导引】1.如图所示,试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中,沿直线从A移动到B。(1)静电力做的功为多少?(2)若q沿折线AMB从A点移动到B点,静电力做的功为多少?(3)若q沿任意曲线从A点移动到B点,静电力做的功为多少?(4)由此可得出什么结论?要点提示(1)静电力F=qE,静电力与位移夹角为θ,静电力对试探电荷q做的功W=F·|AB|cosθ=qE·|AM|。(2)在线段AM上静电力做的功W1=qE·|AM|,在线段MB上静电力做的功W2=0,总功W=W1+W2=qE·|AM|。(3)W=qE·|AM|。(4)电荷在匀强电场中沿不同路径由A点运动到B点,静电力做功相同。说明静电力做功与路径无关,只与初、末位置有关。2.(1)物体从高处向低处运动,重力做什么功?物体的重力势能如何变化?重力做功和物体的重力势能变化有什么关系?(2)正电荷顺着电场线移动,静电力做什么功?电荷的电势能如何变化?负电荷顺着电场线移动,静电力做什么功?电荷的电势能如何变化?电势能的变化与静电力做功有什么关系?要点提示(1)重力做正功

重力势能减少

WG=Ep1-Ep2(2)静电力做正功

电势能减少

静电力做负功

电势能增加

W电=Ep1-Ep2【知识归纳】1.对静电力做功特点的理解(1)静电力对电荷所做的功,与电荷的初末位置有关,与电荷经过的路径无关。该结论适用于任何静电场。(2)无论带电体在电场中做直线运动还是做曲线运动,无论带电体只受静电力作用还是受多个力作用,无论静电力做正功还是做负功,静电力做功的特点不变。2.对电势能的理解

特点理

解系统性电势能是由电场和电荷共同决定的,是属于电荷和电场所共有的,我们习惯上说成电荷的电势能相对性电势能是相对的,其大小与选定的电势能为零的参考点有关。确定电荷的电势能,首先应确定参考点标量性电势能是标量,有正负但没有方向3.静电力做功与电势能变化的关系(1)静电力做的功等于电势能的减少量。表达式:WAB=EpA-EpB。【典例示范】例1将带电荷量为6×10-6C的负电荷从电场中的A点移到B点,克服静电力做了3×10-5J的功,再从B移到C,静电力做了1.2×10-5J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?思路点拨(1)电势能的变化量对应静电力做的功。(2)电荷在某点具有的电势能与零势能位置的选取有关,同时注意电势能的正负。答案(1)增加了1.8×10-5J

(2)3×10-5J

1.8×10-5J

(3)-3×10-5J

-1.2×10-5J解析(1)WAC=WAB+WBC=(-3×10-5+1.2×10-5)J=-1.8×10-5J。可见电势能增加了1.8×10-5J。(2)如果规定A点的电势能为零,由公式得该电荷在B点的电势能为EpB=EpA-WAB=0-WAB=3×10-5

J。同理,C点的电势能为EpC=EpA-WAC=0-WAC=1.8×10-5J。(3)如果规定B点的电势能为零,则该电荷在A点的电势能为EpA'=EpB'+WAB=0+WAB=-3×10-5J。C点的电势能为EpC'=EpB'-WBC=0-WBC=-1.2×10-5J。规律方法1.静电力做功与电势能的联系(1)电势能的高低与零势能位置的选取有关,电势能的变化量与零势能位置的选取无关。(2)电势能的减少量等于静电力做的正功;电势能的增加量等于静电力做的负功。2.电场力做功正负的判定方法(1)若电场力是恒力,当电场力方向与电荷位移方向夹角为锐角时,电场力做正功;夹角为钝角时,电场力做负功;夹角为直角时,电场力不做功。(2)根据电场力和瞬时速度方向的夹角判断。此法常用于判断曲线运动中变化电场力的做功情况。夹角是锐角时,电场力做正功;夹角是钝角时,电场力做负功;电场力和瞬时速度方向垂直时,电场力不做功。(3)根据电势能的变化情况判断。由电场力做功与电势能变化的关系可知:若电势能增加,则电场力做负功;若电势能减少,则电场力做正功。(4)若物体只受电场力作用,可根据动能的变化情况判断。根据动能定理,若物体的动能增加,则电场力做正功;若物体的动能减少,则电场力做负功。变式训练1在电场中,把电荷量为4×10-9C的正点电荷从A点移到B点,克服静电力做功6×10-8J,以下说法中正确的是(

)A.电荷在B点具有的电势能是6×10-8JB.B点电势是15VC.电荷的电势能增加了6×10-8JD.电荷的电势能减少了6×10-8J答案C解析点电荷在电场中某点的电势能具有相对性,只有确定了零势能位置,B点的电势、电荷在B点的电势能才是确定的数值,故选项A、B错误;由于电荷从A点移到B点的过程中是克服静电力做功6×10-8J,故电荷电势能应该是增加了6×10-8J,选项C正确,选项D错误。探究二对电势的理解及电势高低的判断【情境导引】如图所示的匀强电场,电场强度为E,取O点为零势能位置,A点到O点的距离为l,AO连线与电场线的夹角为θ。(1)电荷量分别为q和2q的试探电荷在A点的电势能为多少?(2)电势能与电荷量的比值各是多少?思路点拨对电场中的不同位置,这个比值一般不同,是由电场中每个点的性质决定的。要点提示由EpA-EpO=WAO=Eqlcosθ,知电荷量为q和2q的试探电荷在A点的电势能分别为Eqlcosθ、2Eqlcosθ;电势能与电荷量的比值相同,都为Elcosθ。【知识归纳】1.对电势的理解特

点理

解相对性电势是相对的,电场中某点的电势大小与零电势点的选取有关。通常将离场源电荷无穷远处,或地球表面选为零电势点固有性电场中某点的电势大小是由电场本身的性质决定的,与在该点是否放有电荷及所放电荷的电荷量和电势能均无关标量性(1)电势是只有大小、没有方向的标量;(2)在规定了零电势点后,电场中各点的电势可能是正值,也可能是负值。正值表示该点的电势高于零电势;负值表示该点的电势低于零电势;(3)电势的正负只表示大小,不表示方向2.电势高低的判断方法(1)电场线法:沿电场线方向,电势越来越低。(2)场源电荷判断法:离场源正电荷越近的点,电势越高;离场源负电荷越近的点,电势越低。(3)电势能判断法:正电荷在电势高处电势能大,负电荷在电势低处电势能大。3.电势与电势能的比较

比较项电势φ电势能Ep区别描述电场的能的性质电荷在电场中某点所具有的势能电场中某一点的电势φ的大小,跟电场本身的性质和零电势点的选择有关,跟点电荷q无关电势能的大小由点电荷q和该点电势φ共同决定沿电场线方向电势逐渐降低,选定零电势点后,某点的电势高于零,为正值,某点的电势低于零,为负值对于正点电荷(+q),电势能的正负跟电势的正负相同;对于负点电荷(-q),电势能的正负跟电势的正负相反单位:伏特(V)单位:焦耳(J)联系Ep=qφ4.电势与电场强度的区别和联系

比较项电场强度电势物理意义描述电场的力的性质描述电场的能的性质定义电荷在电场中某点受到的电场力与电荷量的比值,就叫该点的电场强度,,E的数值等于单位正电荷受到的电场力电场中某点的电势,等于电荷在该点的电势能与它的电荷量的比值,电势用φ表示,,φ的数值等于单位正电荷的电势能比较项电场强度电势矢量与标量是矢量,规定正电荷在某点受到的电场力方向为该点电场强度方向是标量,但有正负,φ>0表示该点电势高于零电势点,φ<0表示该点电势低于零电势点决定因素电场强度由电场本身决定,与放不放试探电荷及试探电荷受力大小无关电势由电场本身决定,与试探电荷无关,某点电势的大小与参考点的选取有关单位牛每库(N/C)伏特(1V=1)联系(1)沿着电场强度的方向电势降低得最快;(2)大小之间无直接关系。电势为零的点,电场强度不一定为零;电势高的地方,电场强度不一定大;电场强度为零的地方,电势不一定为零;电场强度大的地方,电势不一定高【典例示范】例2将一正电荷从无穷远处移至电场中M点,静电力做功为6.0×10-9J,若将一个等量的负电荷从电场中N点移向无穷远处,静电力做功为7.0×10-9J,则M、N两点的电势φM、φN的关系为(

)A.φM<φN<0 B.φN>φM>0C.φN<φM<0 D.φM>φN>0答案C变式训练2如果把电荷量q=1.0×10-8C的电荷从无限远移到电场中的A点,需要克服静电力做功W=1.2×10-4J,那么:(1)q在A点的电势能和A点的电势各是多少?(2)q未移入电场前,A点的电势是多少?答案(1)1.2×10-4J

1.2×104V

(2)1.2×104V(2)A点的电势是由电场本身决定的,跟A点是否有电荷存在无关,所以q未移入电场前,A点的电势仍为1.2×104V。

随堂训练1.(多选)如图所示,某区域电场左右对称分布,M、N为对称线上的两点,下列说法正确的是(

)A.M点电势一定高于N点电势B.M点电场强度一定大于N点电场强度C.正电荷在M点的电势能大于在N点的电势能D.将电子从M点移动到N点,静电力做正功答案AC解析沿电场线方向电势逐渐降低,M点电势一定高于N点电势,选项A正确;因电场线越密