电势能和电势教案-人教版(新教案).doc

电势能和电势
教学目标
一 、知识与技能
．理解静电力做功的特点
．理解电势能的概念，理解静电力做功与电势能改变的关系
．理解电势的概念，理解电势的值与零电势的选择有关
．知道什么是等势面，理解在同一等势面上移动电荷时电场力不做功
二、 过程与方法
用所学功的概念推导静电力做功与路径的关系，亲身感受知识的建立过程
三、情感、态度与价值观
渗透从对生活中有关物理现象的观察，得到物理结论的方法，激发和培养学生探索自然规律的兴趣。
教学重点：
静电力的功和电势能的变化之间的关系理解电势的概念
理解电势的值与零电势的选择有关
教学难点：
1． 静电力做功与电势能改变的关系
2． 电势能与电势的相对性
3． 等势面的空间模型
教学方法：师生互动、辩证思维、逻辑推理
教学用具：图片 视频
课时安排：课时
教学过程：
一、复习：
电场
电场强度的基本概念
点电荷的场强
电场的叠加原理
电场线
二、引入新课
通过上节课的学习，我们建立了电场强度的概念，知道他是描述电场性质的物理量。
倘若把一个静止的试探电荷放入电场中，他将在静电力的作用下作加速运动，经过一段时间后获得一定的速度，试探电荷的动能增加了。我们知道，这是静电力做功的结果，而功又是能转化的量度，那么，在这一过程中，是什么能转化为试探电荷的动能？这个能具有什么特点？它还可以引申出与它紧密相关哪些物理量？这些物理量具有怎样的性质？这就是本节课我们要讨论的问题。
三、新课教学
(一) 静电力做功的特点

分别计算试探电荷在电场强度为的匀强电场中沿几条不同路径从点到点静电力所做的功

甲 乙 丙

过程与方法
甲图 在沿直线从移往的过程中，受到的静电力 ，静电力与位移的夹角始终为 ，静电力对所做的功为

乙图 在沿折线从移往的过程中，在线段上静电力所做的功为在线段上，由于移动方向跟静电力垂直
静电力不做功。在整个过程中静电力对 所做的功为
所以
丙图 沿任意曲线从移往。可以用无数组跟静电力垂直和平行的折线来无限逼近曲线。只要移动方向与静电力平行，静电力都做功，而移动方向与静电力垂直，静电力都不做功。那些与静电力平行的短折线的长度之和仍等于。因此，静电力所做的功还是
学生计算前两种情况，教师引导学生分析第三种情况，最后拓展到一般情况。

结论：在匀强电场中移动电荷时，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。(与重力势能相类比，可让学生总结)
(二) 电势能
在必修物理课中我们学过，正是由于移动物体时重力做的功与路径无关，同一物体在地面附近的同一位置才具有确定的重力势能（在重力势能的零点选定之后），从而使重力势能的概念具有实际的意义。同样的，由于移动电荷时静电力做的功也与移动的路径无关，电荷在电场中也具有势能，此种势能叫做电势能。用符号 表示

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？

与重力做功类似，当正电荷在电场中从点移到点时，静电力做正功（图甲），电荷的电势能减少；当正电荷在电场中从点移到点时，静电力做负功（图乙），即电荷克服静电力做功，电荷的电势能增加。
由分析可知：静电力做的功等于电势能的减少量。
若用表示电荷从点移动到点的过程中静电力做的功，和分别表示电荷在点和点的电势能，则

若规定点的电势能为零，则电荷在点的电势能等于 。也就是说，电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移到到零势能位置时所做的功

零势能点的规定：无限远或大地表面

静电力做功与重力做功的差异：物体与地球之间是引力关系，而电荷之间可能是引力也可能是斥力，由此而带来了不同的情况（学生讨论然后请学生代表回答）
（三）电势

我们通过静电场的研究认识了电场强度，现在要通过电势能的研究来认识另一个物理量电势，它同样是表征电场性质的重要物理量。同样用比值法定义。
过程与方法 有一个电场强度为的匀强电场，如图所示，规定电荷在点的电势能为零。为电场中的任何一点，电荷 在点的电势能等于由点移到点的过程中静电力做的功。由于静电力做功与路径无关，为方便起见，选着直线路径进行计算。
设的长度为 ，则 。可见 ，电荷在任意一点的电势能 与成正比，也就是说处于点的电荷，无论电荷量大小是多少，它的电势能跟电荷量的比值都是相同的，对电场中的不同位置，和 可以不同，所以这个比值一般是不同的。
从以上分析可知，电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值，是由电场中这点的位置决定的，跟试探电荷本身无关。这个结论虽然是从匀强电场得出的，但可以证明，对其他电场同样适用。
电荷在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。如果用 表示电势，用 表示电荷的电势能，则

在国际单位制中，电势的单位是伏特，符号为。在电场中的某一点，如果电荷量为的电荷在该点的电势能是，这一点的电势能就是，即。
在图中，假如正的试探电荷沿着电场线从左向右移向点，它的电势能逐渐减少,电势逐渐降低，因此，电场线指向电势降低的方向。电势能的情况相似，应该先与规定电场中某处的电势为零，然后才能确定电场中其它各点的电势。在物理学的理论研究中常取离场源电荷无限远处的电势为零，在实际应用中常取大地的电势为零。在规定了电势零点之后，电场中各点的电势可以是正值，也可以是负值。
电能只有大小，没有方向，因此是标量。
思考与讨论：在上面关于电势能和电势能的讨论及 插图中，我们一直把试探电荷 当做正电荷处理。请把 当做负电荷，重复以上讨论。其结果与上面的结果是否一致？
( 四 ) 等势面

一般说来，电场中各点的电势不同，但电场中也有许多点的电势相等。我们把电场中的电势相同的各点构成的面叫等势面。

（）在同一等势面上的任意两点间移动电荷，电场力不做功，因为等势面上各点电势相等，电荷在同一等势面上各点具有相同的电势能，所以在同一等势面上移动电荷电势能不变，即电场力不做功。

（）等势面一定跟电场线垂直，即跟场强的方向垂直。（反证法）假如不是这样，场强就有一个沿着等势面的分量，这样在等势面上移动电荷时电场力就要做功。但这是不可能的，因为在等势面上各点电势相等，沿着等势面移动电荷时电场力是不做功的。所以场强一定跟等势面垂直。

（）前面已经指出，沿着电场线方向电势越来越低。可见，电场线跟等势面垂直，并且是由电势高的等势面指向电势低的等势面。

（）几种典型场的等势面。

每幅图中，两个相邻的等势面间的电势差是相等的
引导学生分析：
小结：
、静电力对物体所做的功与电荷的移动路径无关，只跟电荷运动的始、末位置有关，静电力所做的功等于物体始、末位置的电势能之差。
、电势能是标量，单位是焦耳。重力势能有正负，但不影响重力势能的变化。
、电势能与静电力做功的关系：正电荷做功情况
负电荷做功情况
、用比值的方法定义电势
、等势面与电场线的关系：电场线跟等势面垂直，并且是由电势高的等势面指向电势低的等势面。
课堂反馈：
.在重力场中可以把物体的重力势能与它的质量的比值定义为重力势。如果物体在地面上的重力势能为零，试写出重力势的表达式。
.解答以下题目后进行小结：如何根据试探电荷的电势能来判断电场中两点电势的高低
（）在点的电势能比在点大，、两点哪点电势高？
（）在点的电势能比在点大，、两点哪点电势高？
（）在点的电势能为负值，在点的电势也是负值，、两点哪点电势高？
.电场中两个电势不同的等势面能不能相交？说明理由
.某电场的等势面如图所示。试画出电场线的大致分布。若单位正电荷 沿任一路径从点移到点，静电力所做的功是多少？说明理由。正电荷从点移到点，跟从点移到点，静电力所做的功是否相等？说明理由
作业：
、复习《电势能和电势》，预习《电势差》

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