第12章第05節(jié)電勢、電勢能教案07 人教版

1、電勢能 電勢差 1. 教學(xué)目標(biāo)1. 通過與重力勢能對比，使學(xué)生掌握電勢能這一概念。2. 掌握電勢差概念。3. 復(fù)習(xí)鞏固用比值定義物理量的條件。4. 復(fù)習(xí)加深能量轉(zhuǎn)化和功之間的關(guān)系。1. 重點、難點分析1. 重點是明確電場力的功和電勢能的變化之間的關(guān)系及建立電勢差的概念。2. 難點是理解電場中兩點間的電勢差由W/ q定義，但它的值由場源電荷的分布及兩個點的位置決定，而與W、q無關(guān)。1. 主要教學(xué)過程1. 引入新課前面我們從電荷在電場中受到力的作用出發(fā)，研究了電場的性質(zhì)。我們引入電場強度矢量E描述電場強弱，用矢量E描述電場力的性質(zhì)。規(guī)定單位正電荷在某點所受電場力的方向為該點場強方向，大小為場強大小

2、。這樣表示出電場力的性質(zhì)。電場對放入其中的電荷有力的作用，此力可以做功，所以電場也有能的性質(zhì)。下面我們從能量角度研究電場性質(zhì)。復(fù)習(xí)：1. 功的量度W=Fscos力和物體在力的方向上位移的乘積。（為F與s的夾角）2. 重力功1. 重力功只與物體的起末位置有關(guān)而與路徑無關(guān)。如圖1所示，物體沿不同路徑經(jīng)由A到B，重力功僅與AB兩點豎直方向高度差有關(guān)，與所走路徑無關(guān)。W=mgh2. 重力功與重力勢能的關(guān)系重力對物體做功，物體重力勢能減小，物體克服重力做功，物體重力勢能增加。重力做多少功，重力勢能就減少多少。重力等于重力勢能增量的負(fù)值，即：WG=-EP3. 重力勢能是相對的，有零勢能面。（人為選定）4.

3、 物體在某處的重力勢能（可正可負(fù)），數(shù)值上等于把物體從該點移到零勢能面處時，重力所做的功，如前圖1中，如設(shè)EPA=0，則EPB=-mgh，如設(shè)EPB=0，則EPA=mgh。5. 重力勢能應(yīng)歸物體與地球所共有。一般我們只提物體不說地球，但不等于歸物體自己所有，原因是沒有地球則談不上物體受重力，所以也談不上重力勢能。以上為重力功的特點及它與重力勢能的關(guān)系。在熱學(xué)中，我們學(xué)過分子間有分子力，rr0時為引力，分子力間可做功，且與路徑無關(guān)，因此有分子勢能。分子做正功分子勢能減小，分子做負(fù)功分子勢能增大。下邊我們首先來看看電場力做功的特點。1. 教學(xué)過程設(shè)計1. 電場力做功的特點上節(jié)課我們了解了幾種典型電

4、場，今天我們就用勻強電場來研究電場力功的特點。在場強E的勻強場中，令電荷q沿任意一條曲線由A移至B（如圖2），可將AB分成若干小段AA1、A1A2，若小段的數(shù)目足夠多，每一小段都足夠短，則可用折射AB1、A1B1、A1B2、A2B2代替曲線，電荷在AB1、A1B2段上移動時，電場力的功為EqAB1、EqA1B2，電荷在B1A1、B2A2、段上移動時，電場力不做功，所以電荷由A移至B的過程中電場力做功W=Eq（AB1、A1B2+）= EqAB即W為電場力與AB在電場力方向上投影的乘積，與路徑無關(guān)。由上可知：電場力做功與路徑無關(guān)，僅與電荷運動的起末位置有關(guān)。此結(jié)論不僅適用于勻強電場而且適用于任何電

5、場。（在中學(xué)階段不必學(xué)習(xí)其證明方法）例如：如圖3所示，在場電荷+Q的電場中檢驗電荷q由A移至B，電場力做的功為W。以O(shè)A為半徑畫弧交OB于C，則q由A沿弧到C到B電場力做功為W1，q由C到B電場力做功為W2，則有：W=W1=W2。原因是q由A到C，電場力做功為零，WACB=WAC=WCB= W1= W2= W小結(jié)：（1）重力做功與路徑無關(guān)，所以物體具有由位置決定的重力勢能。（2）分子力做功與路徑無關(guān)，所以分子間有由相對位置決定的分子能。類似地電場力做功也與路徑，無關(guān)僅與電荷起末位置有關(guān)，所以電荷在電場中也具有與位置有關(guān)的勢能電勢能。2. 電勢能E電荷在電場中具有與電荷位置有關(guān)的能，叫電勢能。提

6、問：電場力功與電勢能有什么關(guān)系？提示重力功與重力勢能的關(guān)系。在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上總結(jié)：1. 電場力對電荷做正功，電勢能減??；電場力對電荷做負(fù)功，電勢能增加。電場力功等于電勢能增量負(fù)值，即W電=E。2. 電勢能也是相對的，零勢能點是人為選定的。點電荷一般取無窮遠(yuǎn)為零勢能處。提問：電荷在電場中的電勢能由誰決定？討論：如圖4所示，+Q電場中檢驗電荷q由A移到B再到無窮遠(yuǎn)，如果是+q電場力做正功，電勢能減少，到無窮時電勢能變?yōu)榱?，所?q電場力做負(fù)功，電勢能增加，到無窮遠(yuǎn)時電勢能變?yōu)榱?，所以q電場力做負(fù)功，電勢能增加，到無窮遠(yuǎn)時電勢能變?yōu)榱?，所以q在A點時所具有的電勢能小于零。如果圖4中+Q變?yōu)镼，檢驗

7、電荷q由A移到B再到無窮遠(yuǎn)，如果是+q電場力做負(fù)功，電勢能增加，到無窮遠(yuǎn)時電勢能變?yōu)榱悖?q在A點時所具有的電勢能小于零；如果是q電場力做正功，電勢能減少，到無窮遠(yuǎn)時電勢能變?yōu)榱?，所以q在A點時所具有的電勢能大于零。在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上總結(jié)：3. 電荷在電場中的電勢能由電荷正負(fù)和電場共同決定。點電荷電場中電勢能正負(fù)：如場電荷與檢驗電荷同號，則電勢能E大于零；如場電荷與檢驗電荷反號，則電勢能E小于零（前提：規(guī)定無窮遠(yuǎn)為零勢能處）4. 電勢能是屬檢驗電荷與電場所共有的。5. 電勢能是標(biāo)量，只有大小無方向?？偨Y(jié)：從功能關(guān)系看，電荷在電場中某點的電勢能數(shù)值應(yīng)為把電荷從零勢能處移到場中某點時電場力所做

8、功的負(fù)值。1. 電勢差提問：相同的電荷q在電場中都由A點出發(fā)，分別通過圖5所示的路徑I、II、III到達B點，哪個電荷電勢能改變量??？在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上總結(jié)：根據(jù)電場力的功與路徑無關(guān)，而電場力的功數(shù)值上等于電勢能的改變量，所以三者的電勢能改變量相同。讓學(xué)生總結(jié)出：電荷在電場中移動時其電勢能的改變量由起始點與終點的位置決定。提問：把1C的電荷由A移到B，若電場力做了2J的功，若把2C的電荷由A移到B，電場力做了多少功？經(jīng)討論明確2C的電荷在移動過程中的每一點處受到的電場力都是1C電荷受力的2倍，所以電場力對它做的功應(yīng)是4J，即電場力的功還與移動電荷的電量q有關(guān)，即電勢能的改變量E與電量q及移動的

9、起末位置有關(guān)。提問：E與q有什么關(guān)系？由上例很容易得出E與q成正比關(guān)系。更明確指出：場和場內(nèi)兩點位置確定以后，將電荷q由一點移至另一點，雖然q改變時，E/q表示場內(nèi)兩點的性質(zhì)，把它叫做這兩點間的電勢差（也叫電壓），用U表示，即U=E/q。進一步強調(diào)指出U=E/q為電勢差U的定義式，電勢差U由場及場內(nèi)兩點位置決定，與檢驗電荷q、檢驗電荷q在場內(nèi)兩點間電勢能差之值無關(guān)。問：國際單位制中U的單位是什么？答：焦耳/庫侖又稱伏特，簡稱伏。問：電場中兩點間電勢差與零電勢點選取有關(guān)嗎？答：無關(guān)。原因：U=E/q而E=|W|且電場力功W與零電勢能點選取無關(guān)。1. 讓學(xué)生總結(jié)本節(jié)重要內(nèi)容提問：電場力的功、電勢能的改變量、電勢差三者中哪些與移動的電量有關(guān)？哪些與移動的電量無關(guān)？答：電場力的功、電勢能的改變量與移動的電量有關(guān)，電勢差與移動的電量無關(guān)。2. 例題如圖6所示，O點固定，絕緣輕細(xì)桿l，A端粘有一帶正電荷的小球，電量為q，質(zhì)量為m，將小球拉成水平后自由釋放，求在最低點時絕緣桿給小球的力。解 如