教学设计9：14电势能和电势.doc

1.4 电势能和电势
第一课时
一、三维目标
（一）知识与技能
1、理解静电力做功的特点、电势能的概念、电势能与电场力做功的关系。
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。
（二）过程与方法
通过与前面知识的结合，理解电势能与静电力做的功的关系，从而更好的了解电势能和电势的概念。
（三）情感态度与价值观
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，增强科学探究的价值观。
二、教学重点
理解掌握电势能、电势、等势面的概念及意义。
三、教学难点
掌握电势能与做功的关系，并能用此解决相关问题。
四、教学方法
1．学案导学
2．新授课教学基本环节：预习检查、总结疑惑→情境导入、展示目标→合作探究、精讲点拨→反思总结、当堂检测→发导学案、布置预习
五、课前准备
1．学生的学习准备：预习课本相关章节。
2． 教师的教学准备：多媒体课件制作，课前预习学案，课内探究学案，课后延伸拓展学案。
六、教学过程
(一)课前 ：以练导学 ，找出不会的
首先，我们一起来对本节课的知识进行梳理，并对预习效果进行检测。
【知识梳理】（幻灯片展示，学生集体回答）
1.静电力做功的特点:静电力做的功只与电荷的①起始位置和②终点位置有关,与电荷经过的路径无关。
2.电势能
(1)电荷在电场中某点的电势能在数值上等于把电荷从这一点移到③电势能为零(电势为零)处静电力所做的功。电荷q在电势为φ的位置具有的电势能为④Ep=q·φ。
(2)电势能有正负,电势能是⑤标量(选填“矢量”或“标量”),电势能为负表示该点电势能比零电势能点⑥　低(选填“高”或“低”)。电荷在A点和B点的电势能分别为EpA和EpB,将电荷从A点移动到B点静电力做功为WAB=⑦EpA-EpB。 
3.电势
(1)定义:电荷在电场中某点的电势能Ep与它的⑧电荷量q的比值,叫作这一点的电势φ,在国际单位制中,电势的单位是⑨伏特,符号为V。
(2)电场中某点的电势由电场本身的性质决定,与试探电荷本身⑩无关。
(3)沿着电场线方向电势逐渐降低。
(4)应该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,在物理学研究中常取离场源电荷无限远处的电势为零,在实际应用中取大地的电势为零。
(5)电势只有大小,没有方向,是标　量。 
4.等势面
(1)定义:电场中电势相同的各点构成的面叫作等势面。在同一等势面上移动电荷时静电力不做功(选填“做功”或“不做功”)。
(2)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)通常在同一幅图中,两个相邻的等势面间的电势之差是相等的。
【预习效果检测】（幻灯片展示，学生单独回答）
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,则这一过程中电场力做功为零
C.正电荷一定沿着电场线运动,电场力对正电荷做正功,负电荷一定逆着电场线运动,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
【答案】B
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
【答案】CD
3.图示为等量的点电荷a、b所形成的电场线分布,以下说法正确的是(　　)。

A.a、b为异种电荷
B.a、b为同种电荷
C.A点电场强度大于B点电场强度
D.A点电势高于B点电势
【答案】AD

4.图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(　　)。
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
【答案】AD
目的：预习检查、总结疑惑，检查落实了学生的预习情况，并了解了学生的疑惑，使教学具有了针对性。
根据同学们的预习情况，下面我们针对性的对本节课的重难点内容的进行探讨和学习。
（二） 课中：以练激学，学会不会的
【合作探究、精讲点拨】
探究1: 探究静电力做功的特点
(1)如图甲所示,如果正电荷q在匀强电场E中沿着路径1从位置A移动到位置B,如何计算静电力所做的功WAB1?

甲
(2)如果正电荷q在匀强电场E中沿着路径2移动,如何计算静电力所做的功WAB2?
(3)如果正电荷q在匀强电场E中沿着路径3移动,如何计算静电力所做的功WAB3?
(4)通过以上分析,你发现在匀强电场中静电力做功跟重力做功有什么类似的特点吗?你是否可以同样用“微分法”将这个结论推广到任意的电场呢?

探究2: 电势能
阅读教材“电势能”部分的内容,回答下列问题:
(1)重力做功与重力势能的变化量有什么关系?静电力做功与电势能的变化量有什么关系?
(2)重力做正功和负功意味着重力势能如何变化,静电力做正功和负功意味着电势能如何变化?
(3)重力势能具有相对性,电势能是否也具有相对性?如何确定电荷在电场中某点的电势能?

探究3: 电势
如图所示,有一个电场强度为E的匀强电场,规定在O点的电势能为零,A为电场中的任意一点。

(1)一电荷量为+q的试探电荷从A移到O静电力做的功是多少?正电荷q在A点的电势能是多少?电势能与电荷量的比值为多少?如果试探电荷是负电荷,以上结果是否一样呢?这个比值有什么特点?
(2)仔细阅读教材相关内容,通过研究电荷在电场中的电势能与其电荷量的比值,写出电势的定义式、单位,并说出如何确定电场中某点的电势。
(3)电势与电场线之间有怎样的关系?

探究4: 等势面
(1)如图所示,在点电荷形成的电场中有A、B、C三点,若将单位正电荷由A点移动到C点做功为WAC,把单位正电荷由B点移动到C点做功为WBC,而WAC=WBC,则A、B两点有什么关系?单位正电荷从A点移动到B点时,静电力做功情况如何?

(2)阅读教材相关内容,说说什么是等势面。
(3)参看教材图(几种带电体周围的等势面和电场线),从中寻找不同电场中等势面的不同点和相同点,总结等势面的特点。
教师点拨：等势面的特点
（1）同一等势面上各点的电势相等，在同一等势面上移动电荷时电场力不做功。电荷从一个等势面上的任一点移到另一个等势面上的任一点，电势能的变化量相同，电场力做的功相同。
同一等势面上，任意一点的电势都相同，电荷在等势面上的电势能相同，所以在同一等势面上移动电荷时电场力不做功。
注意：当电荷由等势面上的一点移到等势面上的另一点时，电场力做的总功为0，但在这个过程中，电场力不一定始终不做功。
一个等势面上的任意点到另一等势面上的任一点，电势能的变化量也相同，所以电荷从一个等势面上的任一点移到另一个等势面上的任一点，电场力做的功都相同。
（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。
若等势面与电场线不垂直，场强将有沿等势面的分量，电荷在等势面上移动时电场力就会做功，与前面的结论矛盾。所以，等势面一定处处和电场线不垂直。又沿电场线的方向，电势是逐渐降低的，所以，电场线总是由电势较高的等势面指向电势较低的等势面。
实际中测量电势比测定场强容易，所以常用等势面研究电场。先测绘等势面的形状和分布，再根据电场线与等势面相互垂直，绘出电场线的分布，就可以知道电场的情况了。设计电子仪器（如示波管、电子显微镜等）中电极的形状、大小和相互位置时，都需要经过实验测绘出等势面的形状和分布，推知电极所产生的电场的情况，以便确定符合实际要求的设计方案。
（3）在相邻等势面间电势的差值相同的情况下，等势面密处场强大，等势面疏处场强小。
场强大的地方，沿场强方向单位长度上电势的差值较大，所以，在相邻等势面间电势差值相同的情况下，等势面密处场强大，等势面疏处场强小。
（4）不同电势的等势面在空间不能相交，也不相切。同一电势的等势面一般也不相交。
两个不同电势的等势面若相交，则交点处有两个电势，这与电势是描述电场的性质，同一点只有惟一确定的电势相矛盾。所以，两个不同电势的等势面不能相交。
同一电势的等势面若相交，交点处将会有两个垂线，即交点处将出现两个场强的方向，这与电场中同一点只有惟一确定的场强矢量相矛盾。所以同一电势的等势面一般也不相交（场强等于零的点除外）。

探究5: 借助电场线和等势面的关系求解电场问题

甲
如图甲所示,a、b、c代表电场中三个等势面,实线为一带负电的质点仅在静电力作用下通过该区域时的运动轨迹,P、Q是这条轨迹上的两点,据此可知(　　)。
A.P点的电势高于Q点的电势
B.带电质点在P点具有的电势能比在Q点具有的电势能大
C.带电质点通过P点时的动能比通过Q点时大
D.带电质点通过P点时的加速度比通过Q点时大
【分析】本题除了要应用电势、电势能、等势面与电场线的垂直关系等知识外,还涉及牛顿运动定律、功能关系、曲线运动的受力方向与轨迹的弯曲方向等力学知识。解决这类问题可按如下步骤进行:
①过P点做等势面的切线和法线。
②过P点做轨迹的切线和法线。
③根据轨迹的弯曲方向确定静电力的方向。

乙
【解析】由题图甲可知P处的等势面比Q处的等势面密,说明P处的电场强度大于Q处的电场强度,即在P处受力应大些,根据牛顿第二定律,检验电荷在P处的加速度大于在Q处的加速度,D项正确。又电场线垂直于等势面,如图乙所示,电荷做曲线运动,且负电荷的受力F的方向应指向运动轨迹的凹侧,该力与电场强度方向相反,所以电场线的指向如图乙所示。判断P、Q处电势高低关系是φQ>φP,电势越高,负电荷在该处具有的电势能就越小,A项错误,B项正确。或根据检验电荷的速度与所受静电力的夹角大于90°,可知当粒子向P点运动时,静电力总是对检验电荷做负功。功是能量变化的量度,可判断由Q→P电势能增加,B选项正确。又因系统的能量守恒,电势能增加则动能减少,即速度减小,C项错误。
【答案】BD
【点拨】电场问题往往涉及“能的性质”和“力的性质”两大类,当涉及力的性质时,从轨迹可判断出力的方向,从电场线的疏密可看出力的大小;当涉及电势能时,往往用功能关系去分析,在已知电势情况下也可用Ep=qφ去分析。

【展示、质疑、点拨】
学生展示、质疑。
教师点拨：电势高低和电势能大小的判断方法。
①根据场源电荷判断:离正电荷越近,场强越大,电势越高,检验正电荷(负电荷)的电势能越大(越小);离负电荷越近,场强越大,电势越低,检验正电荷(负电荷)的电势能越小(越大)。
②根据电场线方向判断:顺着电场线的方向电势降低,检验正电荷(负电荷)的电势能减少(增加);逆着电场线的方向电势升高,检验正电荷(负电荷)的电势能增加(减少)。
③根据检验电荷判断:静电力对正电荷做正功时,正电荷由高电势(电势能大)的点移向低电势(电势能小)的点;静电力对负电荷做正功时负电荷由低电势(电势能大)的点移向高电势(电势能小)的点。
【当堂检测】
1.两个带异种电荷的物体间距离增大一些(　　)。
A.静电力做正功,电势能增加
B.静电力做负功,电势能增加
C.静电力做正功,电势能减少
D.静电力做负功,电势能减少
【解析】异种电荷之间相互吸引,距离增大,引力做负功,电势能增加。
【答案】B
【点评】某种势能的变化与对应的力做功有必然的关系。
2.下列关于电势能的说法正确的是(　　)。
A.同一个电荷在电场强度越大的地方具有的电势能越大
B.同一个电荷在电势越高的地方电势能越大
C.同一个电荷可能在电势越高的地方电势能越小
D.不同电荷在同一位置的电势能一定相等
【解析】电势能的大小与场强大小无关,A项错误;正电荷在电势越高的地方电势能越大,负电荷则相反,B项错误,C项正确;电场中某点的电势与电荷无关,但电荷在电场中的电势能与电荷是有关的,D项错误。
【答案】C
【点评】电势能的大小还与电荷的正负有关。
3.一个带正电的质点,电荷量q=2.0×10-9 C,在静电场中由a点移到b点,在这过程中,除静电力外,其他力做的功为6.0×10-5 J,质点的动能增加了8.0×10-5 J,则a、b两点间的电势差φa-φb为(　　)。
A.3.0×104 V　　　　　　 B.1.0×104 V
C.4.0×104 V D.7.0×104 V
【解析】根据动能定理可得Uab==1.0×104 V,B项正确。
【答案】B
【点评】电势差可由功能关系求解。
4.下列说法正确的是(　　)。
A.沿电场线的方向,场强一定越来越小
B.沿电场线的方向,电势一定越来越低
C.沿电场线方向移动电荷,电势能逐渐减小
D.在静电力作用下,正电荷一定从电势高处向电势低处移动
【解析】电场线的方向是电势降低的方向,但不一定是电场强度减小的方向,故A项错误,B项正确;只有沿电场线方向移动正电荷,电势能才减小,负电荷则相反,故C项错误;因为不知道电荷的初速度方向,所以D项错误。
【答案】B
【点评】沿电场线方向电势降低,与电荷无关。
【课堂小结】
本节课我们学习了静电力做功的特点，通过静电力做功研究了电场的能的性质。
重点学习了电势能和电势的概念，两者的决定因素和特点，知道电势是描述电场本身性质的重要物理量，并用等势面形象直观地描述电场的分布，了解了等势面的特点。
（三） 课后：以练固学，巩固学会的
1、 基础达标为必做题，其它为选做题
2、 发导学案、布置预习
【板书设计】

七、教学反思