高中物理人教版 (新课标)选修34 电势能和电势学案

预习目标

1．知道静电力做功的特点，理解电势能、电势的概念。

2．能熟练应用电势能、电势的有关知识分析解决实际问题。

一、      预习内容及学法指导

回顾（1）重力做功的特点：重力做功与路径无关。（2）重力势能的变化与重力做功的关系：重力做的功等于重力势能的减少量。静电力做功与电势能的关系与此类似

1、分析试探电荷q在场强为E的匀强电场中沿不同路径从A运动到B电场力做功情况。

（1）q沿直线从A到B

（2）q沿折线从A到M、再从M到B

（3）q沿任意曲线ANB到B。

2、在电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷的      位置和      位置有关，但与电荷经过

的             无关。

二、电势能

（1）、静电力做功与电势能的关系

电场力做正功，电势能           。

电场力做负功，电势能           。

静电力做的功等于电势能的减少量。WAB=EPA—EPB

（2）、电荷的电势能

通常取                              或                          的电势能为零。

电荷在某点的电势能等于                                               

电势能用Ep表示，单位：                。

三、电势

 (1)电势定义：                                                      

  定义式：                      （式子中各量均带有正、负号，理解其含义）                   

(2)电势是标量，单位：           简称伏，用V表示，1V=           

电势有正、负，表示该点电势比零电势点高还是低。通常把______________的电势规定为零。

 (3)电场线指向                         的方向。

（4）电势是由                    决定的，与试探电荷无关。

认真阅读教材，观察教材插图，体会电场力做功的特点；体会电势的概念

三、提出疑惑

【学习目标】

1．知道静电力做功的特点，理解电势能、电势的概念。

2．能熟练应用电势能、电势的有关知识分析解决实际问题。

重点：理解掌握电势能、电势、等势面的概念及意义。

难点：掌握电势能与做功的关系，并能用此解决相关问题。

【预习检测】

1、右图中MN为某电场中一条电场线，方向向右，在MN上取两点a、b，今将一正点电荷q从a移到b则                  （     ）

A.电场力做正功，q的电势能增加；B.电场力做负功，q的电势能增加；

C.电场力做正功，q的电势能减少；D.电场力做负功，q的电势能减少。

2、下列说法正确的是（      ）

A 在电场中顺着电场线移动电荷，电场力做功，电荷电势能减少

B 在电场中逆着电场线移动电荷，电场力做功，电荷电势能减少

C 在电场中顺着电场线移动正电荷，电场力做正功，电荷电势能减少

D 在电场中逆着电场线移动负电荷，电场力做负功，电荷电势能增加

3、把一个电荷从电场中的A点移到无穷远，电场力做功4.0╳10-8J，把它从无穷远处移到电场中的B点，克服电场力做功6.0╳10-8J，则下列分析正确的是：

A．电荷在电场中A点的电势能为4.0╳10-8J；

B．电荷在电场中B点的电势能为6.0╳10-8J；

C．电荷在B点的电势能比在A点时的电势能大2.0╳10-8J；

D．电荷在B点的电势能比在A点时的电势能小1.0╳10-8J；

【学习过程】

 知识

1．静电力做功的特点

结合课本图1。4-1（右图）分析试探电荷q在场强为E的均强电场中沿不同路径从A运动到B电场力做功的情况。

q沿直线从A到B

q沿折线从A到M、再从M到B

q沿任意曲线线A到B

结果都一样即：W=qELAM =qELABcos

【结论】：在任何电场中，静电力移动电荷所做的功，只与始末两点的位置有关，而与电荷的运动路径无关。

与重力做功类比。

2．电势能

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，这种势能叫做电势能。

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量。写成式子为：

注意：

①．电场力做正功，电荷的电势能减小；电场力做负功，电荷的电势能增加

②．电场力力做多少功，电势能就变化多少，在只受电场力作用下，电势能与动能相互转化，而它们的总量保持不变。

③．在正电荷产生的电场中正电荷在任意一点具有的电势能都为正，负电荷在任一点具有的电势能都为负。在负电荷产生的电场中正电荷在任意一点具有的电势能都为负，负电荷在任意一点具有的电势能都为正。

④．求电荷在电场中某点具有的电势能

电荷在电场中某一点A具有的电势能EP等于将该点电荷由A点移到电势零点电场力所做的功W的。即EP=W

⑤．求电荷在电场中A、B两点具有的电势能高低

将电荷由A点移到B点根据电场力做功情况判断，电场力做正功，电势能减小，电荷在A点电势能大于在B点的电势能，反之电场力做负功，电势能增加，电荷在B点的电势能小于在B点的电势能。

⑥电势能零点的规定

若要确定电荷在电场中的电势能，应先规定电场中电势能的零位置。

关于电势能零点的规定：P19（大地或无穷远默认为零）

所以：电荷在电场中某点的电势能，等于静电力把它从该点移动到零电势能位置时电场力所有做的功。如上式若取B为电势能零点，则A点的电势能为：

3．电势---表征电场性质的重要物理量度

（1）定义：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。用表示。标量，只有大小，没有方向，但有正负。

（2）公式：（与试探电荷无关）

（3）单位：伏特（V）

（4）电势与电场线的关系：电势顺线降低。（电场线指向电势降低的方向）

（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选择有关，即电势的数值决定于零电势的选择．（大地或无穷远默认为零）

4．等势面

⑴．定义：电场中电势相等的点构成的面

⑵．等势面的性质：

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，电场力不做功

②．电场线跟等势面一定垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面。

③．等势面越密，电场强度越大

④．等势面不相交，不相切

⑶．等势面的用途：由等势面描绘电场线。

⑷．几种电场的电场线及等势面

注意：①等量同种电荷连线和中线上

连线上：中点电势最小

中线上：由中点到无穷远电势逐渐减小，无穷远电势为零。

②等量异种电荷连线上和中线上

连线上：由正电荷到负电荷电势逐渐减小。

中线上：各点电势相等且都等于零。

例题：如图所示，实线是一个电场中的电场线，虚线是一个负试探电荷在这个电场中的轨迹，若电荷是从a处运动到b处，以下判断正确的是  (　　) A．电荷从a到b加速度减小        B．b处电势能大

C．b处电势高                     D．电荷在b处速度小

变式：如图所示，虚线表示电场的一族等势面且相邻等势面电势差相等，一个带正电的粒子以一定的初速度进入电场后，只在电场力作用下沿实线轨迹运动，粒子先后通过M点和N点．在这一过程中，电场力做负功，由此可判断出[ (　　)

A．N点的电势高于M点的电势

B．粒子在N点的电势能比在M点的电势能大

C．粒子在M点的速率小于在N点的速率

D．粒子在M点受到的电场力比在N点受到的电场力大

合作探究：如图所示，在场强为E的匀强电场中有相距为L的A、B两点，连线AB与电场线的夹角为θ，将一电荷量为q的正电荷从A点移到B点，若沿直线AB移动该电荷，电场力做的功W1＝________；若沿路径ACB移动该电荷，电场力做的功W2＝________；若沿曲线ADB移动该电荷，电场力做功W3＝______.由此可知电荷在电场中移动时，电场力做功的特点是________．

拓展提升：如图所示，虚线为某电场的等势面，今有两个带电粒子(重力不计)，以不同的速率，沿不同的方向，从A点飞入电场后，沿不同的轨迹1和2运动，由轨迹可以断定 (　　)

A．两个粒子带电量一定不同

B．两个粒子的电性一定不同

C．粒子1的动能和粒子2的电势能都是先减少后增大

D．经过B、C两点，两粒子的速度可能不等

【规律与方法总结】重在让学生用对比的观点去学习物理知识。课中多次用到类比的物理思想，让学生对知识有更多的牵连，能对前面的知识达到灵活的应用，牵带多种方法学习物理知识。

【当堂检测】

1．在静电场中下列说法正确的是    (　　)

A．电场强度处处为零的区域内，电势也一定处处为零  B．电场强度处处相同的区域内，电势也一定处处相同

C．电场强度的方向总是跟等势面垂直                D．沿着电场强度的方向，电势总是不断降低的

2．如图所示，在点电荷的电场中的一条电场线上依次有A、B、C三点，先把＋q的试探电荷依次放在三点上，然后把－q的试探电荷依次放在三点上，关于电荷的电势能的说法正确的是   (　　   )

A．放上＋q时，EpA>EpB>EpC

B．放上＋q时，EpA<EpB<EpC

C．放上－q时，EpA>EpB>EpC

D．无论放＋q，还是－q，EpA<EpB<EpC

【作业布置】1、预习

2、完成练习册相关联系

【参考答案】

例题：答案：BD解析：由题图可知b处的电场线比a处的电场线密，说明b处的场强大于a处的场强．根据牛顿第二定律，试探电荷在b处的加速度大于在a处的加速度，A选项错．由题图可知，电荷做曲线运动，必受到不等于零的合外力，即F≠0，且F的方向应指向运动轨迹的凹向．因为试探电荷带负电，所以电场线指向是从疏到密．再利用“电场线方向为电势降低最快的方向”判断a、b处电势高低关系是φa>φb，C选项不正确．根据试探电荷的位移与所受电场力的夹角大于90°，可知电场力对试探电荷做负功．功是能量变化的量度，可判断由a→b电势能增加，B选项正确．又因电场力做功与路径无关，系统的能量守恒，电势能增加则动能减小，即速度减小，D选项正确．

变式：答案：AB

合作探究：

答案：qElcosθ　qELcosθ　qELcosθ　电场力做功的大小与路径无关，只与始末位置有关

解析：路径AB、ACB、曲线ADB在电场线方向上的投影都是BC＝Lcosθ，因此沿这三条路径电荷由A运动到B，电场力做的功都是qELcosθ，因此电场力做功的特点是：与路径无关，只与始末位置有关．

拓展提升答案：BCD5．答案：BCD

解析：由等势线的形状知，这是一个位于圆心的点电荷产生的电场，两个粒子与点电荷的作用情况是相反的，所以两个粒子电性一定不同．粒子1的动能先减小后增大，粒子2的电势能先减小后增大．到B、C两点时两个粒子的速度可能相同也可能不同，无法确定．

【当堂检测】

1．答案：CD

解析：针对A：当静电场中的导体处于静电平衡时，其内部电场强度处处为零，但该导体为等势体，其电势不为零，故A错．

针对B：在匀强电场中，电场强度处处相等，但电势沿电场线方向降低，故B错．

针对C：电场线方向处处与等势面垂直，即电场线上各点的切线方向与等势面垂直，各点电场强度方向就是电场线各点切线方向，故C正确．

针对D：电场强度方向是电势降落最快的方向，故D正确．

2．答案：A