选修电势能教案

物理选修3－1第一章静电场第四节电势能和电势
一、三维教学目标：
1.掌握静电力做功的特点
2.掌握电势能和电势两个概念
3.掌握等势面的特点和典型电场中等势面的分布
4.掌握类比法在研究静电力做功特点、电势能和电势的定义以及等势线等问题中的应用
5.了解应用反证法证明等势面与电场的垂直关系
二、重点、难点分析
1.静电力做功的特点，电势能和电势的概念，等势面是本节重点
2.电势能和电势概念是本节的难点
三、导学流程
问题：静止的试探电荷放入电场中，它在静电力的作用下加速运动，经过一段时间后获得一定的速度，试探电荷的动能增加了，是什么能转化成试探电荷的动能呢？静电力做功与能量转化有什么关系？静电力做功又有什么特点呢？
（一）静电力做功的特点
学生阅读课本18页“静电力做功的特点”完成下列问题，在图1.4－1中
1.q在沿直线从A移往B的过程中，静电力对q所做的功＿＿____。

2. q在沿折线AMB从A点移往B点的过程中，静电力对q所做的功＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

3.q在沿任意路径ANB从A点移往B点的过程中，静电力对q所做的功＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

结论：在匀强电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷＿＿＿＿＿＿＿＿＿有关，但与＿＿＿＿＿＿＿＿＿无关。

注意：这个结论虽然是从匀强电场中推导出来的，但对于非匀强电场也适用。

问题：静电力做功的特点跟重力做功类似，这里对应的能量以及能量转化是不是也跟重力势能类似呢？
学生阅读课本18－19页“电势能”
（二）电势能Ep
1.电势能
分析图1.4-2，对照重力做功与重力势能变化之间的关系，研究静电力做功与电势能变化之间的关系
问题：（1）由上述结论判断:静电力做的功能决定电势能的变化量，能决定电荷在电场中某点电势能的值吗？
（2）重力势能的值是先确定了什么之后才确定的？
（3）电荷在电场中某点的电势能应该怎样确定？
例如，可以先规定B点的电势能为0，则W AB＝E pA，即E pA＝W AB，也就是说＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

2.零电势能
问题：类比零重力势能规定分析零电势能可以怎样规定？通常怎样规定？电势能会出现负值吗？
＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

问题：如果分析的是负电荷的情况，结论是什么？请同学们分析一下。

（三）电势
学生阅读课本19－20页“电势”。

问题：在研究电场中力与q的关系时，人们发现了一个由电场中位置决定的，跟试探电荷本身无关的一个物理量E(E=F/q)，在研究Ep与电荷量的关系时又有什么发现呢？
发现：电场中的同一点，Ep／q＿＿＿＿；电场中的不同位置，Ep／q＿＿＿＿。

结论：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿是由电场中的这点的位置决定的，跟试探电荷本身无关，适用于＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

电势：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿用＿＿＿＿表示，定义式＿＿＿＿单位＿＿＿＿符号＿＿＿＿。

1V的物理意义＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

问题1应该怎样确定某点的电势？零电势点怎样确定？
问题2在图1.4－4中，如果正试探电荷沿电场线从左向右移向0点，电场力做什么功？电势能怎样变化？电势怎样变化？电势高低与电场线方向有什么关系？
结论；电场线指向＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿方向。

问题：电势是矢量还是标量？
练习
1.请大家从定义、公式、方向性、单位方面列表比较E和φ
2.根据零电势的规定和电场线的分布，说明点电荷＋Q和点电荷－Q的电场中各点电势的高低和正负情况。

课本22页第1、2、4、5题
（四）等势面
学生阅读课本21页“等势面”
问题1.为什么在同一等势面上移动电荷时静电力不做功？
问题2.怎样证明等势面一定跟电场线垂直？（可用反证法）
问题3沿电场线方向，电势怎样变化？电场中两电势不同的等势面会不会相交？为什么？
结论：等势面的特点＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

动手画出正负点电荷和匀强电场的等势面分布图
思考：可以类比等高线来记忆，试类比等高线画出等量同种电荷和等量异种电荷的等势面分布图
讨论：等势面有什么应用？
（1）可以判断不在同一电场线上的各点电势的高低
（2）电荷在等势面（电势已知）间移动时，可以求出电场力对电荷做的功。

（3）根据等势面的分布能判断电场强度的大小和方向（如何判断）
练习：课本22页3、7题
（五）电场中的导体
金属导体内部有什么特征呢？
把一个不带电的金属导体放在电场之中会产生什么现象呢？
上述现象就是静电感应现象，最后导体达到静电平衡状态，你能给出静电感应、静电平衡状态的定义吗？
你能总结出处于静电平衡状态的导体具备什么特征吗？
推广：不仅对处于静电平衡状态的感应导体，而且对于孤立的带电导体（既使不处于电场之中）处于静电平衡状态时也具备同样的特征。

但导体表面上分布的分别是感应电荷和净电荷；你能说出感应电荷和净电荷的区别吗？
说明：地球是个大导体，处于静电平衡状态的地球及与它相连的导体是等势体，平时常取地球或于地球相连的导体作为参考点，认为它们的电势为零。

例题．如图所示，把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正电荷形成的电场中，导体处于静电平衡时，下叙说法正确的是[ ]
A．A、B两点场强相等，且都为零B．A、B两点的场强不相等
D．当电键K闭合时，电子从大地沿导线向导体移动．
（六）体系构建
静电力做功：W＝＿＿＿＿（匀强电场）特点：＿＿＿＿＿＿。

电场能的性质电势能：
电势：
等势面：
四、巩固练习：
（一）基础过关题
1.在电场中（）
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
2.下列几种说法中正确的是（）
A.从电场外移动一个单位正电荷到电场中某一点，电场对此电荷所做的功在数值上等于该点的电势
B.一个单位正电荷在电场力的作用下从电场中的一点移动到另一点，其电势能的变化等于这两点间的电势之差
C.将一电荷匀速地从电场中的一点移到另一点，外力所做的功等于该电荷电势能的变化量
D.在电场中电势能越高处，电场强度一定越大
3.关于场强与电势的关系，下列说法正确的是（）
A.场强相等的各点，电势也一定相等
B.电势为零的位置，场强也一定为零
C.电势高的位置，场强一定大
D.沿场强的反方向，电势逐渐升高
4.关于电场中的电场强度和电势，下列说法正确的是（）
A.电场强度大的地方，电势一定高
B.等势面上各点的电场强度大小一定相等
C.等势面一定跟电场线垂直，即跟电场的方向垂直
D.沿着电场线的方向，电势越来越低
（二）能力培养题
5.a、b为电场中两点，且a点电势高于b点，则（）
A.把负电荷从a点移到b点电场力做负功，电势能增加
B.把正电荷从a点移到b点电场力做正功，电势能减少
C.无论移动的是正电荷还是负电荷，电荷的电势能都要减少
D.以上说法都不对
6.如图所示，在场强为E的匀强电场中有
相距为l的两点A、B两点，Q连线AB与
电场线的夹角为θ，将一电荷量为q的正
电荷从A点移到B点。

若沿直线AB移动
该电荷，电场力做功W1=______；若沿
路径ACB移动该电荷，电场力做功W2=______；若沿曲线ADB移动该电荷，电场力做功W3=______。

由此可知，电荷在电场中移动时，电场力做功的特点是________________________。

7.如图所示,实线为一匀强电场的电场线，一个带电粒子射入电场后，留下一条从a到b 虚线所示的径迹，重力不计，下列判断正确的是（）
A.b点电势高于a点电势
B.粒子在a点的动能大于在b点的动能
C.粒子在a点的电势能小于在b点的电势能
D.场强方向向左
8.有一带电粒子沿图中的AB曲线穿过一匀强电场，a、b、c。

d均为匀强电场中的等势面，且电势Ua<Ub<Uc<Ud,若不计粒子所受重力,那么( )
A.粒子一定带负电
B.粒子的运动轨迹是抛物线
C.从A点运动到B点粒子的电势能增加
D.粒子的动能和电势能之和在运动过程中保持不变
9．如图，在真空中有两个点电荷A和B，电量分别为－Q和＋2Q，它们相距L，如果在两点电荷连线的中点O有一个半径为r（2r＜L）的空心金属球，且球心位于O点，则球壳上的感应电荷在O点处的场强大小_____方向____．
10．如图5所示，导体棒AB靠近带正电的导体Q放置．用手接触B端，移去手指再移去Q，AB带何种电荷______．若手的接触点改在A端，情况又如何______．
11．有一绝缘空心金属球A，带有4×10-6C的正电荷，一个有绝缘柄的金属小球B，带有2×10-6C的负电荷．若把B球跟A球的内壁相接触，如图6所示，则B球上电量为______C，A球上电量为_______C，分布在_______．
收
获
疑
问。