人教版高中物理选修3-1电势能和电势(教案)

电势能和电势教案
【教学目标】
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。

3、明确电势能、电势、静电力的功、电势能的关系。

4、了解电势与电场线的关系，等势面的意义及与电场线的关系。

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。

【自主预习】
一、静电力做功的特点：
二、电势能：
1、静电力做负功，
2、静电力做正功，
3、在正电荷产生的电场中正电荷在任意一点具有的电势能都为，负电荷在任
一点具有的电势能都为。

4、在负电荷产生的电场中正电荷在任意一点具有的电势能都为，负电荷在任意一点具有的电势能都为。

5、电荷在电场中某一点A具有的电势能E P等于将该点电荷由A点移到
电场力所做的功W。

即E P=W
6、若要确定电荷在电场中的电势能，应先规定的零位置。

三、电势
1、电势表征的重要物理量度。

2、定义
3、单位
4、公式
5、电势与电场线的关系
6、零电势位置的规定
四、等势面
1、定义：
2、等势面的性质：
①在同一等势面上各点电势，所以在同一等势面上移动电荷，电场力功
②电场线跟等势面一定，并且由电势的等势面指向电势的等势面。

③等势面越密，电场强度
④等势面不，不
3、等势面的用途：
【典型例题】
一、电势能
【例1】下列关于电荷的电势能的说法正确的是( )
A．电荷在电场强度大的地方，电势能一定大
B．电荷在电场强度为零的地方，电势能一定为零
C．只在静电力的作用下，电荷的电势能一定减少
D．只在静电力的作用下，电荷的电势能可能增加，也可能减少
二、判断电势的高低
【例2】在静电场中，把一个电荷量为q＝2.0×10－5 C的负电荷由M点移到N点，静电力做功6.0×10－4 J，由N点移到P点，
静电力做负功1.0×10－3J，则M、N、P三点电势
高低关系是________．
三、静电力做功和电势能变化之间的关系
【例3】如图1所示，把电荷量为－5×10－9C的电荷，从电
场中的A点移到B点，其电势能__________(选填“增加”、“减少”
或“不变”)；若A点的电势U A＝15 V，B点的电势U B＝10 V，
则此过程中静电力做的功为________ J.
拓展探究如果把该电荷从B点移动到A点，电势能怎么变化？静电力做功的数值是多少？如果是一个正电荷从B点移动到A点，正电荷的带电荷量是5×10－9 C，电势能怎么变化？静电力做功如何？
四、电场中的功能关系：
①静电力做功是电荷电势能变化的量度，具体来讲，静电力对电荷做正功时，电荷的电势能减少；静电力对电荷做负功时，电荷的电势能增加，并且，电势能增加或减少的数值等于静电力做功的数值．
②电荷仅受静电力作用时，电荷的电势能与动能之和守恒．
③电荷仅受静电力和重力作用时，电荷的电势能与机械能之和守恒.
【例4】空间存在竖直向上的匀强电场，质量为m的带正电的微粒水平射入电场中，微粒的运动轨迹如图2所示，在相等的时间间隔内( )
A．重力做的功相等
B．静电力做的功相等
C．静电力做的功大于重力做的功
D．静电力做的功小于重力做的功.
【课后练习】
1.有一电场的电场线如图所示，电场中A、B两点电场强度的大小和电势分别用
E A、E B和φA、φB表示，则( )
A．E A>E B，φA>φB B．E A>E B，φA<φB
C．E A<E B，φA>φB D．E A<E B，φA<φB
2．有关电场，下列说法正确的是( )
A．某点的电场强度大，该点的电势一定高
B．某点的电势高，检验电荷在该点的电势能一定大
C．某点的场强为零，检验电荷在该点的电势能一定为零
D．某点的电势为零，检验电荷在该点的电势能一定为零
3．将一个电荷量为－2×10－8C的点电荷，从零电势点S移到M点要克服静电力做功4×10－8 J，则M点电势φM＝________ V．若将该电荷从M点移到N点，静电力做功14×10－8 J，则N点电势φN＝________ V，MN两点间的电势差U MN＝
________ V.
4．一点电荷仅受静电力作用，由A点无初速释放，先后经过电场中的B点和C 点．点电荷在A、B、C三点的电势能分别用E A、E B、E C表示，则E A、E B和E C间的关系可能是( )
A．E A>E B>E C B．E A<E B<E C
C．E A<E C<E B D．E A>E C>E B
5．如图3所示电场中A、B两点，则下列说法正确的是
( )
A．电势φA>φB，场强E A>E B
B．电势φA>φB，场强E A<E B
C．将电荷＋q从A点移到B点静电力做了正功
D．将电荷－q分别放在A、B两点时具有的电势能E p A>E p B
6．如图4所示，某区域电场线左右对称分布，M、N为对称线上的两点．下列说法正确的是( )
A．M点电势一定高于N点电势
B．M点场强一定大于N点场强
C．正电荷在M点的电势能大于在N点的电势能
D．将电子从M点移动到N点，静电力做正功
7．两个带异种电荷的物体间的距离增大一些时( )
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．静电力做负功，电势能减少
D．静电力做正功，电势能减少
8．如图5所示，O为两个等量异种电荷连线的中点，P为连线中垂线上的一点，比较O、P两点的电势和场强大小( )
A．φ
O＝φP，E O>E P
B．φO＝φP，E O＝E P
C．φO>φP，E O＝E P
D．φO＝φP，E O<E P
9．在图6中虚线表示某一电场的等势面，现在用外力将负点电荷q从a点沿直线aOb匀速移动到b，图中cd为O点等势面的切线，则当电荷通过O点时外力的方向( )
A．平行于ab
B．平行于cd
C．垂直于ab
D．垂直于cd
10.一根对称的“∧”型玻璃管置于竖直平面内，管所在的空间有竖直向上的匀强电场E.质量为m、带电荷量为＋q的小球在管内从A点由静止开始沿管向上运动，且与管壁的动摩擦因数为μ，管AB长为l，小球在B端与管作用
没有能量损失，管与水平面夹角为θ，如图9所示．求从A开始，
小球运动的总路程是多少？
11．如图10所示，一绝缘细圆环半径为r，其环面固定在水平面上，场强为E的
匀强电场与圆环平面平行，环上穿有一电荷量＋q，质量为m的小球，可沿圆环做无摩擦的圆周运动，若小球经A点时速度v A的方向恰与电场垂直，且圆环与小球间沿水平方向无力的作用．
(1)求小环运动到A点的速度v A是多少？
(2)当小球运动到与A点对称的B点时，小球对圆环在水平方向的作用力F B是多少？
1.4答案：
1. 答案 D
解析电荷的电势能与电场强度无直接关系，A、B错误；如果电荷的初速度为零，电荷只在静电力的作用下，做加速运动，电荷的电势能转化为动能，电势能减少，但如果电荷的初速度不为零，电荷可能在静电力的作用下，先做减速运动，这样静电力对电荷做负功，电荷的动能转化为电势能，电势能增加，所以C错误，D 正确．
2. 答案φN>φM>φP
解析首先画一条电场线,如上图所示.在中间位置附近画一点作为M点.因为由M →N静电力做正功,而负电荷所受静电力与场强方向相反，则可确定N点在M点左侧．由N→P静电力做负功，即沿着电场线移动，又因1.0×10－3 J>6.0×10－4 J，所以肯定移过了M点，即P点位于M点右侧．这样，M、N、P三点电势的高低关系是φN>φM>φP.
3.①解析将电荷从电场中的A点移到B点，静电力做负功，其电势能增加；A
点的电势能为E p A＝qU A，B点的电势能为E p B＝qU B，静电力做功等于电势能变化量的相反数，即W＝E p A－E p B＝－2.5×10－8 J.
②解析如果把该电荷从B点移动到A点，静电力做正功，电势能减少．静电力做功为2.5×10－8 J；如果电荷的带电性质为正电荷，从B点移动到A点，静电力做负功，电势能增加了，静电力做负功，数值为－2.5×10－8 J
4. 答案 C
解析根据微粒的运动轨迹可知静电力大于重力，故选项C正确．由于微粒做曲线运动，故在相等时间间隔内，微粒的位移不相等，故选项A、B错误．课后练习
1. 答案 D
2.答案 D
3. 答案－2 5 －7
解析本题可以根据电势差和电势的定义式解决．
由W SM＝qU SM得U SM＝W SM
q＝
－4×10－8
－2×10－8
V＝2 V
而U SM＝φS－φM，所以φM＝φS－U SM＝(0－2) V＝－2 V
由W MN＝qU MN得U MN＝W MN
q＝
14×10－8
－2×10－8
V＝－7 V
而U MN＝φM－φN，所以φN＝φM－U MN＝[－2－(－7)] V ＝5 V
4. 答案AD
解析点电荷在仅受静电力作用的情况下，动能和电势能相互转化，动能最小时，电势能最大，故E A≥E B，E A≥E C，A、D正确．
5. 答案BC
解析场强是描述静电力的性质的物理量；电势是描述电场能的性质的物理量，二者无必然的联系．场强大的地方电势不一定大，电势大的地方，场强不一定大，另根据公式E p＝φq知，负电荷在电势低的地方电势能反而大．
6. 答案AC
解析由图示电场线的分布示意图可知，MN所在直线的电场线方向由M指向N，则M点电势一定高于N点电势；由于N点所在处电场线分布密，所以N点场强大于M点场强；正电荷在电势高处电势能大，故在M点电势能大于在N点电势能；电子从M点移动到N点，静电力做负功．综上所述，A、C选项正确．
7.答案 B
解析异种电荷之间是引力，距离增大时，引力做负功，电势能增加．
8答案 A
9. 答案 D
10答案l tan θ
μ
解析由题意知小球所受合力沿玻璃管斜向上，
即qE sin θ>mg sin θ＋F f ，小球所受管壁弹力垂直管壁向下，作出受力分析如右图所示．小球最终静止在“∧”形顶端，设小球运动的总路程为x ，由动能定理知：qEl sin θ－mgl sin θ－μ(qE cos θ－mg cos θ)x ＝0，解得x ＝
l tan θμ10.答案 AD 11.答案 (1) qEr
m (2)6qE
解析 (1)小球在A 点时所受的静电力充当向心力，由牛顿第二定律得：qE ＝mv 2A
r
解得v A ＝
qEr m
(2)
在B 点小球受力如右图所示，小球由A 运动到B 的过程中，根据动能定理 qE ·2r=221122
B A mu mu 在B 点，FB 、qE 的合力充当向心力：。