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

第頁(yè)第十章靜電場(chǎng)中的能量課時(shí)10.1電勢(shì)能和電勢(shì)教材分析本節(jié)內(nèi)容在電場(chǎng)強(qiáng)度之后電勢(shì)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(shì)差、電功、電動(dòng)勢(shì)、磁場(chǎng)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(duì)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(lèi)比法。教材中將靜電力做功特點(diǎn)與電勢(shì)能的概念等內(nèi)容類(lèi)比重力做功特點(diǎn)、重力勢(shì)能進(jìn)行講解，理解難度較小。從電場(chǎng)對(duì)電荷做功的角度出發(fā)，推出勻強(qiáng)電場(chǎng)中電場(chǎng)力做功與移動(dòng)電荷的路徑無(wú)關(guān)，進(jìn)而推出對(duì)非勻強(qiáng)電場(chǎng)也適用。通過(guò)與重力勢(shì)能類(lèi)比，說(shuō)明電荷在電場(chǎng)中也具有電勢(shì)能。電場(chǎng)力做功的過(guò)程就是電勢(shì)能的變化量，不能決定電荷在電場(chǎng)中的電勢(shì)能的數(shù)值，需要先規(guī)定零電勢(shì)能面。本節(jié)內(nèi)容要求學(xué)生理解電場(chǎng)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(chǎng)是引力場(chǎng)后又一個(gè)關(guān)于場(chǎng)的問(wèn)題。靜電場(chǎng)中的概念比較抽象，不能直接感受，不易理解。加上電場(chǎng)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(shì)能和電勢(shì)的概念是一個(gè)比較困難的過(guò)程。學(xué)生在知識(shí)上已經(jīng)通過(guò)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(duì)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(wú)關(guān)。知道靜電場(chǎng)中的電荷具有電勢(shì)能了解電勢(shì)能、電勢(shì)的含義了解電勢(shì)與電場(chǎng)線的關(guān)系知道沿著電場(chǎng)線的方向電勢(shì)能逐漸降低知道電勢(shì)能變化與電場(chǎng)力做功的關(guān)系重難點(diǎn)重點(diǎn)：1.知道電勢(shì)的定義方法、定義式、單位。2.理解靜電力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系。難點(diǎn)：1.理解電勢(shì)能的概念2.認(rèn)識(shí)電勢(shì)能的相對(duì)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(guò)的路徑無(wú)關(guān)。2．在勻強(qiáng)電場(chǎng)中靜電力做功：WAB＝qE·LABcosθ，其中θ為靜電力與位移間的夾角?！镜淅?】如圖所示是以電荷+Q為圓心的一組同心圓(虛線)，電場(chǎng)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(wú)法進(jìn)行判斷【典例2】如圖所示，電場(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)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(zhǎng)為d，關(guān)于靜電力做的功和大小關(guān)系，下列說(shuō)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(chǎng)強(qiáng)為E的水平勻強(qiáng)電場(chǎng)中，一根長(zhǎng)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(shì)能1．概念：電荷在電場(chǎng)中具有的勢(shì)能。用Ep表示。2．靜電力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系靜電力做的功等于電勢(shì)能的減少量，WAB＝EpA－EpB。eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減少；,電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增加。))3．電勢(shì)能的大?。弘姾稍谀滁c(diǎn)的電勢(shì)能，等于把它從這點(diǎn)移到零勢(shì)能位置時(shí)靜電力所做的功。（電勢(shì)能具有相對(duì)性）4．零勢(shì)能點(diǎn)：電場(chǎng)中規(guī)定的電勢(shì)能為零的位置，通常把電荷在離場(chǎng)源電荷無(wú)限遠(yuǎn)處或大地表面的電勢(shì)能規(guī)定為零。5.系統(tǒng)性：電勢(shì)能是相互作用的電荷所共有的，或者說(shuō)是電荷及對(duì)它作用的電場(chǎng)所共有的。（類(lèi)比重力做功、重力勢(shì)能、零勢(shì)能面）【典例1】如圖所示，真空中有一對(duì)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(kāi)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(guò)程中()A.靜電力對(duì)它做正功，電勢(shì)能增加B.靜電力對(duì)它做正功，電勢(shì)能減少C.靜電力對(duì)它做負(fù)功，電勢(shì)能增加D.靜電力對(duì)它做負(fù)功，電勢(shì)能減少【典例2】a、b為電場(chǎng)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(duì)該電荷做了6×10-7J的正功，則該電荷的電勢(shì)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(guò)勻強(qiáng)電場(chǎng)，則以下說(shuō)法正確的是()A.靜電力做正功，電勢(shì)能增加B.靜電力做正功，電勢(shì)能減少C.靜電力做負(fù)功，電勢(shì)能增加D.靜電力做負(fù)功，電勢(shì)能減少【變式1】(多選)如圖所示，實(shí)線是一個(gè)電場(chǎng)中的電場(chǎng)線，虛線是一個(gè)負(fù)的試探電荷在這個(gè)電場(chǎng)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(shì)能減小 D.電荷的電勢(shì)能增大三、電勢(shì)1．定義：電荷在電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電勢(shì)能與它的電荷量之比。2．定義式：φ＝eq\f(Ep,q)。3．單位：國(guó)際單位制中，電勢(shì)的單位是伏特，符號(hào)是V,1V＝1J/C。4．特點(diǎn)(1)相對(duì)性：電場(chǎng)中各點(diǎn)電勢(shì)的大小，與所選取的零電勢(shì)的位置有關(guān)，一般情況下取離場(chǎng)源電荷無(wú)限遠(yuǎn)或大地為零電勢(shì)位置。(2)標(biāo)矢性：電勢(shì)是標(biāo)量，只有大小，沒(méi)有方向，但有正負(fù)。5．與電場(chǎng)線關(guān)系：沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)逐漸降低?！镜淅?】關(guān)于公式φ=Epq，可知(A.電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)，與放在該點(diǎn)的電荷具有的電勢(shì)能成正比B.電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)，與放在該點(diǎn)的電荷的電荷量成反比C.電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)，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(chǎng)中某點(diǎn)的電荷不同，電勢(shì)能也不同，但電勢(shì)能與電荷量的比值保持不變【典例2】(多選)下列說(shuō)法中正確的是()A.沿電場(chǎng)線方向場(chǎng)強(qiáng)一定減小B.沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)一定降低C.電場(chǎng)線上每點(diǎn)的切線方向都和該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向一致D.在靜電力作用下，正電荷一定從高電勢(shì)處向低電勢(shì)處移動(dòng)【典例3】某靜電場(chǎng)中有一點(diǎn)P，關(guān)于P點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)，下列說(shuō)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(chǎng)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(shì)減半C.P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)、電勢(shì)由電場(chǎng)本身決定，與試探電荷無(wú)關(guān)D.P點(diǎn)的場(chǎng)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(chǎng)中，讓電子逆著電場(chǎng)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(shì)高于B點(diǎn)B.靜電力做正功，A點(diǎn)電勢(shì)低于B點(diǎn)C.靜電力做負(fù)功，A點(diǎn)電勢(shì)高于B點(diǎn)D.靜電力做負(fù)功，A點(diǎn)電勢(shì)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(chǎng)中的兩點(diǎn)，下列關(guān)于這兩點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)E的大小和電勢(shì)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(chǎng)的電場(chǎng)線分布如圖所示，P、Q為該電場(chǎng)中的兩點(diǎn)，下列說(shuō)法正確的是()A.P點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)小于Q點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)B.P點(diǎn)電勢(shì)低于Q點(diǎn)電勢(shì)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(shì)能增大六、課堂小結(jié) 電勢(shì)能和電勢(shì)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(guò)的路徑無(wú)關(guān)。2．在勻強(qiáng)電場(chǎng)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(shì)能1．概念：電荷在電場(chǎng)中具有的勢(shì)能。用Ep表示。2．靜電力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系靜電力做的功等于電勢(shì)能的減少量，WAB＝EpA－EpB。eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減少；,電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增加。))3．電勢(shì)能的大小：電荷在某點(diǎn)的電勢(shì)能，等于把它從這點(diǎn)移到零勢(shì)能位置時(shí)靜電力所做的功。（電勢(shì)能具有相對(duì)性）4．零勢(shì)能點(diǎn)：電場(chǎng)中規(guī)定的電勢(shì)能為零的位置，通常把電荷在離場(chǎng)源電荷無(wú)限遠(yuǎn)處或大地表面的電勢(shì)能規(guī)定為零。5.系統(tǒng)性：電勢(shì)能是相互作用的電荷所共有的，或者說(shuō)是電荷及對(duì)它作用的電場(chǎng)所共有的。（類(lèi)比重力做功、重力勢(shì)能、零勢(shì)能面）電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度的矢量和。這種關(guān)系叫作電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加。三、電勢(shì)1．定義：電荷在電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電勢(shì)能與它的電荷量之比。2．定義式：φ＝eq\f(Ep,q)。3．單位：國(guó)際單位制中，電勢(shì)的單位是伏特，符號(hào)是V,1V＝1J/C。4．特點(diǎn)(1)相對(duì)性：電場(chǎng)中各點(diǎn)電勢(shì)的大小，與所選取的零電勢(shì)的位置有關(guān)，一般情況下取離場(chǎng)源電荷無(wú)限遠(yuǎn)或大地為零電勢(shì)位置。(2)標(biāo)矢性：電勢(shì)是標(biāo)量，只有大小，沒(méi)有方向，但有正負(fù)。5．與電場(chǎng)線關(guān)系：沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)逐漸降低。隨堂檢測(cè)1.(多選)如圖所示的電場(chǎng)中有A、B兩點(diǎn)，下列判斷正確的是()A.電勢(shì)φA>φB，場(chǎng)強(qiáng)EA>EBB.電勢(shì)φA>φB，場(chǎng)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(shì)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(shì)能EpA>EpB2.(多選)某靜電場(chǎng)的電場(chǎng)線分布如圖所示，P、Q為該電場(chǎng)中的兩點(diǎn)，下列說(shuō)法正確的是()A.P點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大于Q點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)B.P點(diǎn)電勢(shì)高于Q點(diǎn)電勢(shì)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(shì)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(guò)程中，下列說(shuō)法中正確的是()A.加速度始終增大 B.電勢(shì)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(chǎng)中的一條電場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度，φA、φB、φC表示這三點(diǎn)的電勢(shì)，EpA、EpB、EpC表示某一點(diǎn)電荷-q在這三點(diǎn)具有的電勢(shì)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(chǎng)中的一條電場(chǎng)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(chǎng)線從A運(yùn)動(dòng)到B，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的速度-時(shí)間圖像如圖乙所示，則下列說(shuō)法中正確的是()A.該電場(chǎng)是勻強(qiáng)電場(chǎng)B.A、B兩點(diǎn)的電勢(shì)相比一定是φA<φBC.A、B兩點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小相比一定是EA>EBD.該電荷在兩點(diǎn)的電勢(shì)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(chǎng)的電場(chǎng)線分布如圖所示，金屬球表面的電勢(shì)處處相等。a、b為電場(chǎng)中的兩點(diǎn)，則下列判斷中錯(cuò)誤的是()A.a點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度比b點(diǎn)的大B.a點(diǎn)的電勢(shì)比b點(diǎn)的高C.試探電荷+q在a點(diǎn)的電勢(shì)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(guò)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(chǎng)強(qiáng)大于N點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)B.M點(diǎn)的電勢(shì)低于N點(diǎn)的電勢(shì)C.無(wú)論q是正電荷還是負(fù)電荷，q在M、N兩點(diǎn)的電勢(shì)能一樣大D.若q是正電荷，則q在N點(diǎn)的電勢(shì)能比在M點(diǎn)的電勢(shì)能大做功判斷法靜電力做正功，電勢(shì)能減?。混o電力做負(fù)功，電勢(shì)能增大電荷電勢(shì)法正電荷在電勢(shì)高的地方電勢(shì)能大，負(fù)電荷在電勢(shì)低的地方電勢(shì)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(shì)能越大，Ep的負(fù)值越小，電勢(shì)能越小能量守恒法在電場(chǎng)中，只有靜電力做功時(shí)，電荷的動(dòng)能和電勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，動(dòng)能增大，電勢(shì)能減小，反之電勢(shì)能增大8.把q1=4×10-9C的試探電荷放在電場(chǎng)中的A點(diǎn)，具有6×10-8J的電勢(shì)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(shì)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(chǎng)中A點(diǎn)具有80eV的電勢(shì)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(shì)能是50eVB.電子的電勢(shì)能減少了30eVC.B點(diǎn)的電勢(shì)為110VD.B點(diǎn)的電勢(shì)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(chǎng)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(chǎng)方向C.粒子在電場(chǎng)中的加速度不變D.粒子在電場(chǎng)中的電勢(shì)能始終在增加11.如圖，實(shí)線是一個(gè)電場(chǎng)中的電場(chǎng)線，虛線是一個(gè)負(fù)試探電荷在這個(gè)電場(chǎng)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(shì)能小C.b處電勢(shì)高D.電荷在b處速度小12.如圖所示，虛線a、b、c為電場(chǎng)中的三條電場(chǎng)線，實(shí)線為一帶負(fù)電的粒子僅在靜電力作用下通過(guò)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(shì)高于Q點(diǎn)的電勢(shì)C.帶電粒子在R點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能與電勢(shì)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(chǎng)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