高中物理 第1章 静电场 第4节 电势能和电势课件 新人教版选修3-1

第4节 电势能和电势,(教师参考) 一、教学目标 知识与技能 1.理解静电力做功的特点、电势能的概念、电势能与静电力做功的关系 2.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、静电力的功、电势能的关系 3.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 过程与方法 尝试运用物理原理和研究方法解决一些与生产和生活相关的实际问题,增强科学探究的意识和能力 情感态度与价值观 理解掌握电势能、电势、等势面的概念及意义,二、教学重点难点 教学重点 理解掌握电势能、电势、等势面的概念及意义 教学难点 电势相对性的理解、掌握电势能与做功的关系,并能用此解决相关问题 三、重难点突破方略 电势概念形成的突破方略 【学习目的引入】 教师:在第3节中我们学习电场强度时,是通过对哪个量的研究来认识电场强度的?电场强度是用什么方法来定义的? 学生:通过试探电荷在电场中受静电力来认识电场强度的.用静电力和电荷所带电荷量的比值来定义的. 教师:这一节课中我们将采用相类似的方式来建立电势的概念并理解它.,【情境设置】 有一个电场强度为E场的匀强电场,如图,规定电荷在O点的电势能为0,A为电场中的任意一点,设AO的长度为l,AO连线与电场线的夹角为.,(设问1)电荷量分别为q和2q的试探电荷由A点移至O点的过程中静电力做功分别为多少?在A点的电势能分别为多少?,答案:E场qlcos ;2E场qlcos ;E场qlcos ;2E场qlcos .,答案:可以.,自主学习,课堂探究,达标测评,自主学习 课前预习·感悟新知,(教师参考) 情境链接一 雷电一般产生于对流旺盛的积雨云中,云的上部以正电荷为主,下部以负电荷为主.产生中等强度闪电现象时,功率可达一千万瓦,相当于一座小型核电站的输出功率.若正电荷从云的上部运动到下部,静电力对正电荷做功的正、负性如何?闪电现象中释放的能量从哪里来?,信息 1.正电荷从云的上部运动到下部,静电力对正电荷做正功. 2.闪电现象中将云层中储存的电势能释放出来.,情境链接二 如图(甲)所示,我们知道物体的高度降低,重力做正功,其重力势能减小;高度升高,重力做负功,其重力势能增大.那么电场中,当带正电的粒子的运动情景如图(乙)所示时,带正电的粒子沿电场线方向移动,静电力做功的正、负性如何?带正电的粒子逆着电场线方向移动,静电力做功的正、负性又如何?带正电的粒子从B运动到A,类比重力做功与重力势能的变化关系,猜想其与静电力做功对应的势能是怎样变化的?,信息 1.带正电的粒子沿电场线方向移动,静电力做正功; 2.带正电的粒子逆着电场线方向移动,静电力做负功; 3.带正电的粒子从B运动到A,与静电力做功所对应的“势能”是增加的.,教材梳理,一、静电力做功的特点 阅读教材第1516页“静电力做功的特点”部分,结合教材图1.4-1,了解该部分结论的推导过程. 静电力做的功只与电荷的 位置和 位置有关,与电荷经过的 无关.以上结论适用于匀强电场和非匀强电场. 二、电势能 阅读教材第1617页“电势能”部分,知道电势能的概念,认识静电力做功与电势能变化的关系式,说出电势能的大小与静电力做功的关系,知道零势能点的一般规定. 1.概念:电荷在电场中具有的势能. 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= .,起始,终止,路径,减少量,EpA-EpB,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 位置时静电力做的功. 4.零势能点:通常把电荷在离场源电荷 的电势能规定为0,或把电荷在 上的电势能规定为0. 议一议 教材P16“思考与讨论”,如果电荷沿不同路径移动时静电力做的功不一样,还能建立电势能的概念吗?为什么? 答案:由于移动电荷时静电力做的功与移动的路径无关,所以电荷在某点的电势能才是确定的;如果电荷沿不同的路径移动时静电力做功不一样,则电荷从电场中某点移到电势能的零点时,静电力做功也就不同,电荷在该点的电势能也不是唯一确定的,电势能的概念也就无法建立了.,零势能,无限远处,大地表面,三、电势 (1)阅读教材第1718页“电势”部分,结合教材图1.4-4,初步了解电势概念的建立过程,知道电势的单位. (2)结合教材图1.4-4,简单体会“沿电场线方向电势逐渐降低”的含义.,电势能,2.单位: ,符号是V. 3.特点 (1)相对性:电场中各点电势的高低,与所选取的电势零点的位置有关. (2)标量性:电势是标量,只有大小,没有方向,但有正、负. 4.与电场线的关系:沿电场线方向电势逐渐 .,伏特,降低,议一议 教材P18“思考与讨论”中关于电势能和电势的讨论及插图中,我们一直把试探电荷q当做正电荷处理,请把q当做负电荷,重复以上讨论,其结果与教材P18中的结果是否一致? 答案:结果一致.在教材P17图1.4-4所示中,q为正电荷时,正电荷在A点的电势能为正值,正电荷的电势能Ep与它的电荷量q的比值为正;q为负电荷时,负电荷在A点的电势能为负值,负电荷的电势能Ep与它的电荷量q的比值仍为正,并且比值都是相同的常量,所以不管正电荷还是负电荷,电荷在A点的电势能Ep与它的电荷量q的比值都是不变的,即A点的电势与所移动电荷的正负无关.,四、等势面 阅读教材第1819页“等势面”部分,知道等势面的概念,结合图1.4-5,体会电场线与等势面的垂直关系. 1.定义:电场中 的各点构成的面.,电势相同,2.等势面的特点 (1)在同一等势面上移动电荷时静电力 . (2)电场线跟等势面 ,并且由电势 的等势面指向电势 的等势面. 想一想 同一电场中的两个等势面会相交吗? 答案:不相交.两个不同等势面上点的电势是不同的,不能相交.如果相交的话,交点这个位置的电势就有两个值,这是不可能的.,不做功,垂直,高,低,自主检测,1.思考判断 (1)静电力做功虽然与电荷经过的路径无关,但与电荷移动的速度有关.( ) (2)无论正、负电荷,只要静电力做正功,电荷的电势能一定减少.( ) (3)负电荷顺着电场线的方向移动,电势能减少.( ) (4)因为沿电场线方向电势降低,所以电势降低的方向就是电场线的方向.( ) (5)等势面上各点的电场强度也是相同的.( ),答案: (1)× (2) (3)× (4)× (5)×,D,解析:外力克服静电力对电荷做功时,由于不知道合力做功的正、负,无法确定电荷动能的增减,故选项A,B错误.外力克服静电力做功,即静电力对电荷做负功,电荷的电势能增大,故选项C错误、D正确.,2.外力克服静电力对电荷做功时( ) A.电荷的动能一定增大 B.电荷的动能一定减小 C.电荷一定从电势能大处移到电势能小处 D.电荷一定从电势能小处移到电势能大处,A,解析:由点电荷电场线分布以及电势与电场线的关系可知选项A正确.,4.(2016甘肃省会宁县一中期中)如图所示,实线表示某静电场的电场线,虚线表示该电场的等势面,下列判断正确的是( ) A.1,2两点的场强相等 B.2,3两点的电势相等 C.1,2两点的电势相等 D.1,3两点的场强相等,B,解析:电场线的疏密反映场强的大小,故1点的场强大于2,3两点的场强,选项A,D错误;顺着电场线电势降低,故1点的电势高于2点,2点的电势等于3点的电势,故选项B正确,C错误.,5.(2016惠州期末)如图(甲)所示,P,Q是电场线上的两点,在P点由静止释放一个质子,仅在静电力的作用下,沿着电场线从P点运动到Q点,质子的速度随时间变化的关系如图(乙)所示,下列判断正确的是( ) A.该电场是匀强电场 B.从P点到Q点,质子受到的静电力减小 C.从P点到Q点,质子的电势能增大 D.P点的电势高于Q点的电势,D,解析:由v-t图像可以看出,静止释放一个质子,仅在静电力的作用下做加速度越来越大的加速运动,故所受静电力是变力,且从P点到Q点,质子受到的静电力逐渐增大,选项A,B错误;从P点到Q点静电力对质子做正功,电势能减小,电势降低,故选项C错误,D正确.,课堂探究 核心导学·要点探究,要点一,电势能的概念理解及大小确定,【问题导引】 在如图所示的匀强电场中,试探电荷q在从A到B的过程中,可能会沿多种路径,各种可能的路径中,静电力做功具有怎样的特点?,答案:(1)沿直线从A移动到B,静电力F=qE,静电力与位移夹角为,静电力对试探电荷q做的功W=F·|AB|cos =qE·|AM|. (2)若q沿折线AMB从A点移动到B点,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)若q沿任意曲线从A点移动到B,把路径分为很多小段,分别看做直线运动,所做的总功仍然为W=qE·|AM|.由以上的计算结果说明了静电力做功与路径无关,只与初、末位置有关.,【要点归纳】 电势能的理解 1.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. 2.相对性:电势能是相对的,其大小与选定的参考点有关.确定电荷的电势能,首先应确定参考点,也就是零势能点的位置. 3.标量性:电势能是标量,有正负但没有方向.电势能为正值表示电势能大于参考点的电势能,电势能为负值表示电势能小于参考点的电势能.,思路探究(1)如何确定电荷的电势能的变化量? 答案:静电力对电荷做多少正功,电荷的电势能减小多少;静电力对电荷做多少负功,电荷的电势能增大多少. (2)如何确定电荷在电场中某点的电势能的大小? 答案:电荷在某点的电势能等于把电荷从该点移到零电势能处静电力做的功.,【例1】 将带电荷量为6×10-6 C的负电荷从静电场中的A点移到B点,克服静电力做了3×10-5 J的功,再从B点移到C点,静电力做了1.2×10-5 J的功,则 (1)电荷从A点移到B点,再从B点移到C点的过程中电势能共改变了多少? (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?,答案: (1)增加了1.8×10-5 J (2)3×10-5 J 1.8×10-5 J,解析:(1)电荷从A点移到B点克服静电力做了3×10-5 J的功,电势能增加了3×10-5 J; 从B点移到C点的过程中静电力做了1.2×10-5J的功,电势能减少了1.2×10-5 J,由A点到C点的整个过程电势能增加了3×10-5 J-1.2 ×10-5 J=1.8×10-5 J. (2)如果规定A点的电势能为零,电荷从电场中的A点移到B点,克服静电力做了3×10-5 J的功,电势能增加了3×10-5 J,所以电荷在B点的电势能为EpB=3×10-5 J;由A点到C点的整个过程电势能增加了1.8× 10-5 J,所以电荷在C点的电势能为EpC=1.8×10-5 J.,规律方法 电势能增减的判断方法 (1)做功判断法:无论正、负电荷,只要静电力做正功,电荷的电势能一定减小;反之亦然. (2)电场线判断法:正电荷顺着电场线的方向移动时,电势能逐渐减小;逆着电场线的方向移动时,电势能逐渐增大.负电荷与之相反.,(教师备用) 变式:例1中,若规定B点的电势能为零,则电荷在A,C两点的电势能分别为多少?,解析:由于电荷从A点移动到B点,克服静电力做功3×10-5 J,即静电力做了-3×10-5 J的功,则EpA=-3×10-5 J;电荷从B点移动到C点静电力做了1.2×10-5 J的功,那么电荷从C点移动到B点克服静电力做功1.2×10-5 J,即静电力做了-1.2×10-5 J的功,即EpC=-1.2×10-5 J.,答案:-3×10-5 J -1.2×10-5 J,例1-1:如图所示,把负电荷q放在A,B点,它在哪一点的电势能较大?取无穷远处的电势能为零,负电荷q在这个电场中的电势是正值还是负值?,解析:假设负电荷q由A点移到B点,因