高中物理人教版 (新课标)选修34 电势能和电势学案

这是一份高中物理人教版 (新课标)选修34 电势能和电势学案，共9页。学案主要包含了电场力做功的特点，电势能，电势，等势面等内容，欢迎下载使用。
课题
1.4 电势能和电势
学习目标
1、通过类比理解静电力做功的特点、电势能的概念、电势能与电场力做功的关系。
2、通过类比和讨论理解电势的概念，知道电势是描述电场的能的性质的物理量。明确电势能、电势、静电力的功、电势能的关系。了解电势与电场线的关系，了解等势面的意义及与电场线的关系。
学习重、难点
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。
学法指导
体会现象分析从特殊到一般的科学探究过程。
课前预习
一、电场力做功的特点
在匀强电场中移动电荷时，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．这个结论对非匀强电场______(填“同样成立”或“不成立”)．
二、电势能
1．电势能：电荷在______中具有的势能叫做电势能．
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______，用公式表示WAB＝________.电场力做正功，电势能________，电场力做负功，电势能______．
3．电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移动到______位置时所做的功．
三、电势
1．概念：电荷在电场中某点的电势能与它的电荷量的__________．
2．公式和单位：电势的定义公式为__________，单位是__________，符号是V.
3．相对性：电势也是相对的，在应用中常取离场源电荷无限远处电势为零，或大地的电势为零．电势可以是正值，也可以是负值，没有方向，因此是__________．
4．与电场线关系：沿电场线的方向电势__________．
四、等势面
1．等势面：电场中______________相同的各点构成的面叫做等势面．在同一个等势面上移动电荷时静电力__________．
2．等势面的特点：电场线跟__________垂直，并且由电势高的等势面__________电势低的等势面．
3．等势面实例：孤立的点电荷电场的等势面是一簇以点电荷位置______________，匀强电场的等势面是一族__________．
预习评价
1．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，电场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，则说明电场力做功为零
C．正电荷沿着电场线运动，电场力对正电荷做正功，负电荷逆着电场线运动，电场力对负电荷做正功
D．电荷在电场中运动，因为电场力可能对电荷做功，所以能量守恒定律在电场中并不成立
2．关于电势与电势能的说法，正确的是( )
A．电荷在电势越高的地方，电势能也越大
B．电荷在电势越高的地方，它的电荷量越大，所具有的电势能也越大
C．在正点电荷电场中的任一处，正电荷所具有的电势能一定大于负电荷所具有的电势能
D．在负点电荷电场中的任一点，正电荷所具有的电势能一定小于负电荷所具有的电势能
3．将一正电荷从无穷远处移至电场中M点，电场力做功为6.0×10－9 J，若将一个等量的负电荷从电场中N点移向无穷远处，电场力做功为7.0×10－9 J，则M、N两点的电势φM、φN有如下关系( )
A．φM＜φN＜0 B．φN＞φM＞0
C．φN＜φM＜0 D．φM＞φN＞0
4. 图8中的实线表示电场线，虚线表示只受电场力作用的带正电粒子的运动轨迹，粒子先经过M点，再经过N点，可以判定( )
图8
A．M点的电势大于N点的电势
B．M点的电势小于N点的电势
C．粒子在M点受到的电场力大于在N点受到的电场力
D．粒子在M点受到的电场力小于在N点受到的电场力
课堂学习流程设计
用案人自我创新
【课程导学】
一、电场力做功的特点
[问题情境]
1．如图1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，静电力做的功为多少？
图1
2．q沿折线AMB从A点移动到B点，静电力做的功为多少？
3．根据问题1和问题2可以得到什么结论？
[要点提炼]
电场力做功的特点：电场力对电荷所做的功，与电荷的________有关，与电荷经过的________无关．
(1)虽然此结论从匀强电场中推导出来，但也适用于非匀强电场．
(2)电场力做功与重力做功相似，只要初末位置确定了，移动电荷q做的功就是确定值．
(3)课本中提到的“静电力”与“电场力”是同一个力的两种不同说法．
[问题延伸]
如何判断电场力做功的正负？
二、电势能
[问题情境]
对比“重力势能的定义”；“重力做功与重力势能的变化关系”回答下列问题．
1．什么是电势能？
2．电场力做功与电势能变化的关系是怎样的？
3．电势能的零点在什么地方？
[要点提炼]
1．电场力做正功，电势能一定减小；电场力做负功，电势能一定增大．电场力做功的值等于电势能的变化量，即：WAB＝__________.
2．电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移到__________位置时所做的功．
三、电势
[问题情境]
如图2所示的匀强电场，场强为E，取O点为零势能点，A点距O点为l，AO连线与电场强度反方向的夹角为θ.电荷量分别为q和2q的电荷在A点的电势能为多少．电势能是否相同，电势能与电荷量的比值是否相同．
图2
[要点提炼]
1．电场中某点的电势φ＝________，单位为______，符号为______．
2．电场线指向电势______的方向．
[问题延伸]
1．电势的相对性：电势的大小是相对于零电势点而言的，零电势点选择的位置不同，则该点的电势就不同．零电势点的选择是任意的，但通常选择______或______为零电势点．
2．电势是标量：规定了零电势点后，电场中各点的电势可以是正值，也可以是负值．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．在同一电场中，正电势一定______负电势．
3．公式φ＝eq \f(Ep,q)中涉及三个物理量φ、Ep、q，在计算时应代入各自的正负号．
四、等势面
[问题情境]
1．类比于地图上的等高线，回答什么是等势面？
2．为什么等势面一定跟电场线垂直？
[要点提炼]
电场线跟等势面垂直，并且由电势______的等势面指向电势______的等势面．
[问题延伸]
1．几种典型的电场的等势面与电场线
2．等势面密集处电场线也________．任意两个等势面不会________．
【范例精析】
例1在静电场中，下列说法中错误的是：（ ）
电场强度为零的点，电势也一定为零
电场强度处处相等的区域内，电势也一定处处相等
只在电场力作用下，正电荷一定从电势高的地方向电势低的地方移动
沿着电场线方向电势一定越来越低
解析电场强度和电势是从不同的角度描述电场性质的两个物理量，前者从力的角度，后者从能量的角度，两者之间没有直接的对于关系。
在等量同种电荷形成的电场中，它们连线的中点电场强度为零，但电势却不为零；匀强电场的场强处处相等，而沿着电场线方向电势却在不断降低；正电荷在电场中的移动方向还和它的初速度方向有关，如果初速度是逆着电场线方向的，那么它移动的开始阶段从低电势向高电势。电场线的方向是电势的降落的方向。综上所述：A、B、C中的表述都是错误的。答案A、B、C
例2如图所示，a、b为竖直向上的电场线上的两点，一带电质点在a由静止释放 ，沿电场线方向向上运动，到b点速度恰好为零，下列说法中正确的是：（ ）
A、带电质点在a、b两点所受的电场力都是竖直向上的
B、a点电势比b点的电势高
C、带电质点在a点的电势能比在b点的电势能小
D、a点的电场强度比b点的电场强度大
解析带电质点在a点，由静止释放向上运动，说明电场力向上，且应满足Eaq＞mg，而又静止于b点，说明电场力仍向上，用Ebq=mg，选项A、D正确，因不知质点的带电性质，故无法确定a、b两点的电势高低，选项B错误，a到b的运动过程中，电场力和重力做功，由动能定理可知，W电+W重=0，因为W重为负值，故W电必为正值，而电场力做正功，电势能减小，即b点的电势能小于a点电势能，选项C错误。
例3如图所示，光滑绝缘细杆竖直放置，细杆右侧距杆0.3m处有一固定的点电荷Q，A、B是细杆上的两点，点A与Q、点B与的连线与杆的夹角均为=37°。一中间有小孔的带电小球穿在绝缘细杆上滑下，通过A 点时加速度为零，速度为3m/s，取g=10m/s2，求小球下落到B点时的加速度和速度的大小。
解析求小球至B的加速度，从受力分析出发，探求小球在A、B两点的受力情况，从而确定加速度的关系。
在A处，小球受力如图所示，由题意可知：
K·……⑴
在B处，小球受力如图所示，由题意可知：
K·……⑵
由⑴、⑵得a=2g=20m/s2
小球从A到B受到的合力为变力，故不宜用牛顿定律和运动学公式求解，抓住A、B处在等势面上由A到B电场力做功为零这个特点，用动能定理求解。
mghAB=
解得vB=5m/s
达标检测
A类
1、下列说法中正确的是：（ ）
A、电场强度和电势都是矢量
B、电势为零的地方，电场强度也一定为零
C、把电荷从电场中一点移至另一点电场力一定做功
D、把电荷从电场中一点移至另一点电场力有可能不做功
2、关于公式=可知：（ ）
A、电场中某点的电势，与放在该点电荷具有的电势能成正比
B、电场中某点的电势，与放在该点电荷的电荷量成反比
C、电场中某点的电势，与该点是否有电荷，电荷的正负及电荷量的大小无关
D、放入电场中某点的点电荷不同，电势能也不同，但电势能与电荷量的比值保持不变
3、如图所示,A、B、C为电场中同一电场线上三点，设电荷在电场中只受电场力，则下列说法中正确的是：（ ）
A、若在C点无初速地释放正电荷，则正电荷向B运动，电势能减小
B、若在C点无初速地释放正电荷，则正电荷向B运动，电势能增加
C、若在C点无初速地释放负电荷，则负电荷向A运动，电势能增加
D、若在C点无初速地释放负电荷，则负电荷向A运动，电势能减小
4、下列说法中正确的是：（ ）
A、沿着电场线的方向场强一定越来越弱
B、沿着电场线的方向电势一定越来越低
C、匀强电场中，各点的场强一定大小相等，方向相同
D、匀强电场中，各点的电势一定相等
5、下列说法中，正确的是：（ ）
A、同一等势面上的各点电势相等，电场强度也相等
B、电场中的两条电场线一定不会相交，但两个电势不等的等势面有可能相交
C、在同一等势面上移动电荷，电场力一定不做功
D、离孤立带电导体越近的等势面，其形状越与导体表面相似；离孤立带电导体越远的等势面，其形状越接近于球面
6、如图所示，在O点置一点电荷Q，以O为圆心作一圆。现将一电荷从A分别移到圆上的B、C、D三点，则电场力做功最多的过程是：（ ）
A、移到B的过程 B、移到C的过程
C、移到D的过程 D、三个过程一样多
二、填空题：
7、把两个同种点电荷的距离增大一些，电场力做正功，电荷的电势能 ；把两个异种点电荷的距离增加一些，电场力做负功，电荷的电势能 。
8、把电荷量q=1.0×10-5C的电荷从A点移到B点，电场力做功W=2.0×10-2J，则电荷的电势能 ，若规定B点为零电势，则电荷在A点的电势能EPA为 ；A点的电势= 。
9、电子在A点的电势能EPA为-4ev，在B点的电势能为4ev，则A点的电势为 V，B点的电势= V，若电子由A运动到B，A的动能改变量EKB-EKA= 。
10、有一个电量q=-3×10-6C的点电荷，从某电场中的A点移动到B点，电荷克服电场力何做了6×10-4J的功，从B点移至C点，电场力对电荷做了9×10-4J的功，设B点为零电势，求：A、C两点的电势和各为多少？
11、将带电量为1×10-8C的正电荷，从无限远处移到电场中的A点，要克服电场力做功1×10-6J，问：
⑴电荷的电势能是增加还是减少？电荷在A点具有多少电势能？
⑵A点的电势是多少？
⑶若电场力可以把带电量为2×10-8C的电荷从无限远处移到电场中的A点，说明电荷带正电还是带负电？电场力做了多少功？（取无限远处为电势零点）

B类
1、下列关系电势高低的判断，正确的是（ ）
A、正电荷从A点移到B点时，其电势能增加，A点电势一定较低
B、正电荷只在电场力作用下，从A点移到B点，A点电势一定较高
C、负电荷从A点移到B点，外力做正功，A点电势一定较高
D、负电荷从A点移到B点，电势能增加，A点电势能一定较低
2、如图所示，a、b两点电势相同，电场强度也相同的是（ ）
A B C D
3、一带电导体如图所示，已知表面A点的电场强度是EA=100N/C，B点的场强EB=1N/C，一点电荷只在电场力的的下，第一次从A点到无限远，每二次从B点到无限远，两次最初的加速度之比aA：aB= ，若初速为零，则末速度之比vA：vB= 。
4、如图所示，倾角为300的直角三角形底边长为2L，底边处在水平位置，斜边为光滑绝缘导轨，现在底边中点处固定一正电荷Q，让一个质量为m的带正电的点电荷q从斜面顶端滑下（不脱离斜面），已测得它滑到仍在斜面上的垂足D处速度为v，加速度为a，方向沿斜面向下，问该质点滑到斜面底端C点时的速度和加速度各为多少。

学
习
反
思