【公開課】電勢能和電勢+教案高二上學(xué)期物理人教版（2019）必修第三冊

第頁第十章靜電場中的能量課時(shí)10.1電勢能和電勢教材分析本節(jié)內(nèi)容在電場強(qiáng)度之后電勢差之前起到承上啟下的作用。學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容為后面學(xué)習(xí)電勢差、電功、電動(dòng)勢、磁場中的能量轉(zhuǎn)化奠定一定的基礎(chǔ)，同時(shí)，本節(jié)內(nèi)容也是對功能關(guān)系的補(bǔ)充和完善。同時(shí)本節(jié)課采用多種物理思維方法尤其是類比法。教材中將靜電力做功特點(diǎn)與電勢能的概念等內(nèi)容類比重力做功特點(diǎn)、重力勢能進(jìn)行講解，理解難度較小。從電場對電荷做功的角度出發(fā)，推出勻強(qiáng)電場中電場力做功與移動(dòng)電荷的路徑無關(guān)，進(jìn)而推出對非勻強(qiáng)電場也適用。通過與重力勢能類比，說明電荷在電場中也具有電勢能。電場力做功的過程就是電勢能的變化量，不能決定電荷在電場中的電勢能的數(shù)值，需要先規(guī)定零電勢能面。本節(jié)內(nèi)容要求學(xué)生理解電場中能的性質(zhì)，理解難度大，是本節(jié)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。學(xué)情分析靜電場是引力場后又一個(gè)關(guān)于場的問題。靜電場中的概念比較抽象，不能直接感受，不易理解。加上電場是空間分布，所以需要有較強(qiáng)的抽象思維能力和空間想象能力，這是學(xué)習(xí)中需要面臨的困難，因此建立電勢能和電勢的概念是一個(gè)比較困難的過程。學(xué)生在知識(shí)上已經(jīng)通過前面的學(xué)習(xí)從力的角度學(xué)習(xí)和研究電荷的特點(diǎn)，但是在在能力上學(xué)生分析能力有限，理解程度有限，對字母推導(dǎo)公式理解能力有限。教學(xué)目標(biāo)知道靜電力做功與路徑無關(guān)。知道靜電場中的電荷具有電勢能了解電勢能、電勢的含義了解電勢與電場線的關(guān)系知道沿著電場線的方向電勢能逐漸降低知道電勢能變化與電場力做功的關(guān)系重難點(diǎn)重點(diǎn)：1.知道電勢的定義方法、定義式、單位。2.理解靜電力做功與電勢能變化的關(guān)系。難點(diǎn)：1.理解電勢能的概念2.認(rèn)識(shí)電勢能的相對性授課內(nèi)容一、靜電力做功的特點(diǎn)1．特點(diǎn)：靜電力做的功與電荷的起始位置和終止位置有關(guān)，與電荷經(jīng)過的路徑無關(guān)。2．在勻強(qiáng)電場中靜電力做功：WAB＝qE·LABcosθ，其中θ為靜電力與位移間的夾角。【典例1】如圖所示是以電荷+Q為圓心的一組同心圓(虛線)，電場中有A、B、C、D四點(diǎn)?，F(xiàn)將一帶電荷量為q的正點(diǎn)電荷由A點(diǎn)沿不同的路徑移動(dòng)到D點(diǎn)，沿路徑①做功為W1，沿路徑②做功為W2，沿路徑③做功為W3，則()A.W2<W3<W1B.W1=W2=W3C.W2>W3>W1D.因不知道q的具體數(shù)值，故無法進(jìn)行判斷【典例2】如圖所示，電場強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場中，帶電荷量為+q的電荷沿直線AB、折線ACB、曲線ANB運(yùn)動(dòng)，已知AB長為d，關(guān)于靜電力做的功和大小關(guān)系，下列說法正確的是()A.沿折線ACB運(yùn)動(dòng)時(shí)，靜電力做功最多B.沿直線AB運(yùn)動(dòng)時(shí)，靜電力做功最少C.沿直線AB運(yùn)動(dòng)時(shí)，靜電力做功為qEdD.沿直線AB運(yùn)動(dòng)時(shí)，靜電力做功最多【變式1】如圖所示，在場強(qiáng)為E的水平勻強(qiáng)電場中，一根長為l的絕緣桿，兩端分別固定著帶有電荷量+q和-q的小球(大小不計(jì))?，F(xiàn)讓絕緣桿繞中點(diǎn)O逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)α角，則轉(zhuǎn)動(dòng)中帶電小球克服靜電力做功為。

二、電勢能1．概念：電荷在電場中具有的勢能。用Ep表示。2．靜電力做功與電勢能變化的關(guān)系靜電力做的功等于電勢能的減少量，WAB＝EpA－EpB。eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(電場力做正功，電勢能減少；,電場力做負(fù)功，電勢能增加。))3．電勢能的大?。弘姾稍谀滁c(diǎn)的電勢能，等于把它從這點(diǎn)移到零勢能位置時(shí)靜電力所做的功。（電勢能具有相對性）4．零勢能點(diǎn)：電場中規(guī)定的電勢能為零的位置，通常把電荷在離場源電荷無限遠(yuǎn)處或大地表面的電勢能規(guī)定為零。5.系統(tǒng)性：電勢能是相互作用的電荷所共有的，或者說是電荷及對它作用的電場所共有的。（類比重力做功、重力勢能、零勢能面）【典例1】如圖所示，真空中有一對平行金屬板，分別接在電源的兩極上，一個(gè)帶正電荷的粒子，在靜電力的作用下由靜止開始從正極板附近向負(fù)極板運(yùn)動(dòng)，則該帶電粒子在運(yùn)動(dòng)過程中()A.靜電力對它做正功，電勢能增加B.靜電力對它做正功，電勢能減少C.靜電力對它做負(fù)功，電勢能增加D.靜電力對它做負(fù)功，電勢能減少【典例2】a、b為電場中的兩個(gè)點(diǎn)，如果把電荷量q=-3×10-8C的負(fù)電荷從a點(diǎn)移動(dòng)到b點(diǎn)，靜電力對該電荷做了6×10-7J的正功，則該電荷的電勢能()A.增加了3×10-7JB.增加了3×10-8JC.減少了6×10-7JD.減少了1.8×10-14J【典例3】一個(gè)帶正電的粒子沿曲線從a到b越過勻強(qiáng)電場，則以下說法正確的是()A.靜電力做正功，電勢能增加B.靜電力做正功，電勢能減少C.靜電力做負(fù)功，電勢能增加D.靜電力做負(fù)功，電勢能減少【變式1】(多選)如圖所示，實(shí)線是一個(gè)電場中的電場線，虛線是一個(gè)負(fù)的試探電荷在這個(gè)電場中僅在靜電力作用下運(yùn)動(dòng)的軌跡。若電荷是從a處運(yùn)動(dòng)到b處，以下判斷正確的是()A.電荷的加速度減小 B.電荷的動(dòng)能減小C.電荷的電勢能減小 D.電荷的電勢能增大三、電勢1．定義：電荷在電場中某一點(diǎn)的電勢能與它的電荷量之比。2．定義式：φ＝eq\f(Ep,q)。3．單位：國際單位制中，電勢的單位是伏特，符號(hào)是V,1V＝1J/C。4．特點(diǎn)(1)相對性：電場中各點(diǎn)電勢的大小，與所選取的零電勢的位置有關(guān)，一般情況下取離場源電荷無限遠(yuǎn)或大地為零電勢位置。(2)標(biāo)矢性：電勢是標(biāo)量，只有大小，沒有方向，但有正負(fù)。5．與電場線關(guān)系：沿電場線方向電勢逐漸降低?！镜淅?】關(guān)于公式φ=Epq，可知(A.電場中某點(diǎn)的電勢，與放在該點(diǎn)的電荷具有的電勢能成正比B.電場中某點(diǎn)的電勢，與放在該點(diǎn)的電荷的電荷量成反比C.電場中某點(diǎn)的電勢，與該點(diǎn)是否有電荷、電荷的正負(fù)及電荷量的大小有關(guān)D.放入電場中某點(diǎn)的電荷不同，電勢能也不同，但電勢能與電荷量的比值保持不變【典例2】(多選)下列說法中正確的是()A.沿電場線方向場強(qiáng)一定減小B.沿電場線方向電勢一定降低C.電場線上每點(diǎn)的切線方向都和該點(diǎn)的場強(qiáng)方向一致D.在靜電力作用下，正電荷一定從高電勢處向低電勢處移動(dòng)【典例3】某靜電場中有一點(diǎn)P，關(guān)于P點(diǎn)的電場強(qiáng)度與電勢，下列說法正確的是()A.若放在P點(diǎn)的試探電荷的電荷量減半，則P點(diǎn)的場強(qiáng)減半B.若放在P點(diǎn)的試探電荷的電荷量減半，則P點(diǎn)的電勢減半C.P點(diǎn)的場強(qiáng)、電勢由電場本身決定，與試探電荷無關(guān)D.P點(diǎn)的場強(qiáng)方向?yàn)樵囂诫姾稍谠擖c(diǎn)的受力方向【變式1】在靜電場中，讓電子逆著電場線的方向由A點(diǎn)移到B點(diǎn)，如圖所示，則(深度解析)A.靜電力做正功，A點(diǎn)電勢高于B點(diǎn)B.靜電力做正功，A點(diǎn)電勢低于B點(diǎn)C.靜電力做負(fù)功，A點(diǎn)電勢高于B點(diǎn)D.靜電力做負(fù)功，A點(diǎn)電勢低于B點(diǎn)【變式2】如圖所示，真空中A點(diǎn)固定一點(diǎn)電荷，B、C是該點(diǎn)電荷電場中的兩點(diǎn)，下列關(guān)于這兩點(diǎn)的場強(qiáng)E的大小和電勢φ的高低關(guān)系的判斷正確的是()A.EB>EC B.EB<EC C.φB>φC D.φB<φC【變式3】某靜電場的電場線分布如圖所示，P、Q為該電場中的兩點(diǎn)，下列說法正確的是()A.P點(diǎn)場強(qiáng)小于Q點(diǎn)場強(qiáng)B.P點(diǎn)電勢低于Q點(diǎn)電勢C.將電子從P點(diǎn)移動(dòng)到Q點(diǎn)，靜電力做正功D.將電子從P點(diǎn)移動(dòng)到Q點(diǎn)，其電勢能增大六、課堂小結(jié) 電勢能和電勢一、靜電力做功的特點(diǎn)1．特點(diǎn)：靜電力做的功與電荷的起始位置和終止位置有關(guān)，與電荷經(jīng)過的路徑無關(guān)。2．在勻強(qiáng)電場中靜電力做功：WAB＝qE·LABcosθ，其中θ為靜電力與位移間的夾角。二、電勢能1．概念：電荷在電場中具有的勢能。用Ep表示。2．靜電力做功與電勢能變化的關(guān)系靜電力做的功等于電勢能的減少量，WAB＝EpA－EpB。eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(電場力做正功，電勢能減少；,電場力做負(fù)功，電勢能增加。))3．電勢能的大?。弘姾稍谀滁c(diǎn)的電勢能，等于把它從這點(diǎn)移到零勢能位置時(shí)靜電力所做的功。（電勢能具有相對性）4．零勢能點(diǎn)：電場中規(guī)定的電勢能為零的位置，通常把電荷在離場源電荷無限遠(yuǎn)處或大地表面的電勢能規(guī)定為零。5.系統(tǒng)性：電勢能是相互作用的電荷所共有的，或者說是電荷及對它作用的電場所共有的。（類比重力做功、重力勢能、零勢能面）電場中某點(diǎn)的電場強(qiáng)度等于各個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)在該點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的矢量和。這種關(guān)系叫作電場強(qiáng)度的疊加。三、電勢1．定義：電荷在電場中某一點(diǎn)的電勢能與它的電荷量之比。2．定義式：φ＝eq\f(Ep,q)。3．單位：國際單位制中，電勢的單位是伏特，符號(hào)是V,1V＝1J/C。4．特點(diǎn)(1)相對性：電場中各點(diǎn)電勢的大小，與所選取的零電勢的位置有關(guān)，一般情況下取離場源電荷無限遠(yuǎn)或大地為零電勢位置。(2)標(biāo)矢性：電勢是標(biāo)量，只有大小，沒有方向，但有正負(fù)。5．與電場線關(guān)系：沿電場線方向電勢逐漸降低。隨堂檢測1.(多選)如圖所示的電場中有A、B兩點(diǎn)，下列判斷正確的是()A.電勢φA>φB，場強(qiáng)EA>EBB.電勢φA>φB，場強(qiáng)EA<EBC.將正電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，靜電力做正功，電勢能減少D.將負(fù)電荷分別放在A、B兩點(diǎn)，電荷具有的電勢能EpA>EpB2.(多選)某靜電場的電場線分布如圖所示，P、Q為該電場中的兩點(diǎn)，下列說法正確的是()A.P點(diǎn)場強(qiáng)大于Q點(diǎn)場強(qiáng)B.P點(diǎn)電勢高于Q點(diǎn)電勢C.將電子從P點(diǎn)移動(dòng)到Q點(diǎn)，靜電力做正功D.將電子從P點(diǎn)移動(dòng)到Q點(diǎn)，其電勢能增大3.如圖所示，A、B為兩個(gè)固定的等量同種正電荷，在它們連線的中點(diǎn)處有一個(gè)可以自由運(yùn)動(dòng)的正電荷C，現(xiàn)給電荷C一個(gè)垂直于A、B連線的初速度v0，若不計(jì)C所受的重力，則在電荷C以后的運(yùn)動(dòng)過程中，下列說法中正確的是()A.加速度始終增大 B.電勢能先增大后減小C.靜電力先增大后減小 D.速度先增大后減小4.如圖所示為某電場中的一條電場線，A、B、C是其上的三點(diǎn)?，F(xiàn)用EA、EB、EC表示這三點(diǎn)的電場強(qiáng)度，φA、φB、φC表示這三點(diǎn)的電勢，EpA、EpB、EpC表示某一點(diǎn)電荷-q在這三點(diǎn)具有的電勢能，則必有()A.EA>EB>EC B.φA>φB>φCC.EpA>EpB>EpC D.EpC=EpB=EpA5.如圖甲所示直線是電場中的一條電場線，A、B是該線上的兩點(diǎn)。一負(fù)電荷以一定初速度沿電場線從A運(yùn)動(dòng)到B，運(yùn)動(dòng)過程中的速度-時(shí)間圖像如圖乙所示，則下列說法中正確的是()A.該電場是勻強(qiáng)電場B.A、B兩點(diǎn)的電勢相比一定是φA<φBC.A、B兩點(diǎn)的場強(qiáng)大小相比一定是EA>EBD.該電荷在兩點(diǎn)的電勢能大小相比一定是EpA<EpB6.將一電荷量為+Q的小球放在不帶電的金屬球附近，所形成的電場的電場線分布如圖所示，金屬球表面的電勢處處相等。a、b為電場中的兩點(diǎn)，則下列判斷中錯(cuò)誤的是()A.a點(diǎn)的電場強(qiáng)度比b點(diǎn)的大B.a點(diǎn)的電勢比b點(diǎn)的高C.試探電荷+q在a點(diǎn)的電勢能比在b點(diǎn)的大D.將試探電荷+q從a點(diǎn)移到b點(diǎn)的過程中，靜電力做負(fù)功7.(多選)如圖所示，兩個(gè)等量的正電荷分別置于P、Q兩位置，在P、Q連線的垂直平分線上有M、N兩點(diǎn)，另有一試探電荷q，則(深度解析)A.M點(diǎn)的場強(qiáng)大于N點(diǎn)的場強(qiáng)B.M點(diǎn)的電勢低于N點(diǎn)的電勢C.無論q是正電荷還是負(fù)電荷，q在M、N兩點(diǎn)的電勢能一樣大D.若q是正電荷，則q在N點(diǎn)的電勢能比在M點(diǎn)的電勢能大做功判斷法靜電力做正功，電勢能減??；靜電力做負(fù)功，電勢能增大電荷電勢法正電荷在電勢高的地方電勢能大，負(fù)電荷在電勢低的地方電勢能大公式法由Ep=qφ，將q、φ的大小、正負(fù)號(hào)一起代入公式，Ep的正值越大，電勢能越大，Ep的負(fù)值越小，電勢能越小能量守恒法在電場中，只有靜電力做功時(shí)，電荷的動(dòng)能和電勢能相互轉(zhuǎn)化，動(dòng)能增大，電勢能減小，反之電勢能增大8.把q1=4×10-9C的試探電荷放在電場中的A點(diǎn)，具有6×10-8J的電勢能，若把q2=-2×10-10C的試探電荷放在A點(diǎn)，則電荷所具有的電勢能是()A.6×10-8J B.-6×10-8JC.3×10-9J D.-3×10-9J9.一個(gè)電子在電場中A點(diǎn)具有80eV的電勢能，當(dāng)它由A運(yùn)動(dòng)到B時(shí)，克服靜電力做功30eV，則()A.電子在B點(diǎn)的電勢能是50eVB.電子的電勢能減少了30eVC.B點(diǎn)的電勢為110VD.B點(diǎn)的電勢為-110V10.如圖，一帶電粒子以某速度進(jìn)入水平向右的勻強(qiáng)電場中，在靜電力作用下形成圖中所示的運(yùn)動(dòng)軌跡。M和N是軌跡上的兩點(diǎn)，其中M點(diǎn)在軌跡的最右端。不計(jì)重力，下列表述正確的是()A.粒子在M點(diǎn)的速率最大B.粒子所受靜電力沿電場方向C.粒子在電場中的加速度不變D.粒子在電場中的電勢能始終在增加11.如圖，實(shí)線是一個(gè)電場中的電場線，虛線是一個(gè)負(fù)試探電荷在這個(gè)電場中的運(yùn)動(dòng)軌跡，若電荷是從a處運(yùn)動(dòng)到b處，以下判斷正確的是()A.電荷從a到b加速度減小B.電荷在b處電勢能小C.b處電勢高D.電荷在b處速度小12.如圖所示，虛線a、b、c為電場中的三條電場線，實(shí)線為一帶負(fù)電的粒子僅在靜電力作用下通過該區(qū)域時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡，P、R、Q是這條軌跡上的三點(diǎn)，由此可知()A.帶電粒子在P點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能小于在Q點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能B.P點(diǎn)的電勢高于Q點(diǎn)的電勢C.帶電粒子在R點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能與電勢能之和比在Q點(diǎn)時(shí)的大，比在P點(diǎn)時(shí)的小D.帶電粒子在P點(diǎn)時(shí)的加速度大小小于在Q點(diǎn)時(shí)的加速度大小13.一質(zhì)量為m的帶電小球，在豎直方向的勻強(qiáng)電場中以水平速度拋出，小球的加速度大小為g4，方向豎直向下，不計(jì)空氣阻力，小球在