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2019-2020年人教版高中物理選修3-1 第1章 第4節(jié) 電勢能和電勢（教案） 【知識(shí)與技能】 1．理解靜電力做功的特點(diǎn)、電勢能的概念、電勢能與電場力做功的關(guān)系； 2．理解電勢的概念，知道電勢是描述電場能的性質(zhì)的物理量； 3．明確電勢能、電勢、靜電力做功、電勢能的關(guān)系； 4．了解電勢與電場線的關(guān)系； 5．了解等勢面的意義及與電場線的關(guān)系。 【過程與方法】 通過前面知識(shí)的結(jié)合，理解電勢能與靜電力做功的關(guān)系，從而更好的了解電勢能和電勢的概念。 【情感態(tài)度與價(jià)值觀】 運(yùn)用物理原理和研究方法，解決一些與生產(chǎn)和生活相關(guān)的實(shí)際問題，增強(qiáng)科學(xué)價(jià)值觀。 【教學(xué)過程】 ★重難點(diǎn)一、對電勢能的理解★ 1．電場力做功的特點(diǎn) （1）勻強(qiáng)電場中電場力做功的計(jì)算：如圖所示，在場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場中，將正電荷q從A移到B，若AB＝L，并且AB與電場線的夾角為θ.則電場力對電荷所做的功為W＝FLcosθ＝qELcosθ. （2）電場力做功的特點(diǎn) 靜電場中，電場力做功只與移動(dòng)電荷的電荷量以及起點(diǎn)和終點(diǎn)的位置有關(guān)，而與路徑無關(guān) 2．電勢能的特點(diǎn) (1)電勢能是由電場和電荷共同決定的，屬于電荷和電場所共有的，我們習(xí)慣上說成電荷的電勢能。 (2)電勢能是標(biāo)量，有正負(fù)但沒有方向，其正負(fù)表示大小。 (3)電勢能是相對的，其大小與選定的參考點(diǎn)有關(guān)。確定電荷的電勢能，首先應(yīng)確定參考點(diǎn)，也就是零勢能點(diǎn)的位置。 3．電勢能增減的判斷方法 (1)做功判斷法 無論正、負(fù)電荷，只要電場力做正功，電荷的電勢能一定減??；只要電場力做負(fù)功，電荷的電勢能一定增大。 (2)電場線判斷法 正電荷順著電場線的方向移動(dòng)時(shí)，電勢能逐漸減小；逆著電場線的方向移動(dòng)時(shí)，電勢能逐漸增大。 負(fù)電荷順著電場線的方向移動(dòng)時(shí)，電勢能逐漸增大；逆著電場線的方向移動(dòng)時(shí)，電勢能逐漸減小。 4．電勢能與重力勢能的比較 兩種勢能 比較內(nèi)容 電勢能 重力勢能 定義 電場中的電荷具有的勢能——電勢能 重力場中的物體具有的勢能——重力勢能 系統(tǒng)性 電荷和電場 物體和地球 大小的 相對性 電荷在某點(diǎn)的電勢能等于把電荷從該點(diǎn)移到零勢能位置時(shí)靜電力做的功 物體在某點(diǎn)的重力勢能等于把物體從該點(diǎn)移到零勢能位置時(shí)重力做的功 變化大小 的量度 電場力做的功是電勢能變化大小的量度，靜電力做的功等于電勢能的減少量 重力做的功是重力勢能變化大小的量度，重力做的功等于重力勢能的減少量 對應(yīng)力做功的特點(diǎn) 做功多少只與始末位置有關(guān)，與經(jīng)過的路徑無關(guān)，且做的功等于勢能的減少量 【特別提醒】 電勢能大小的判斷 (1)場源電荷判斷法：離正場源電荷越近，正試探電荷的電勢能越大，負(fù)試探電荷的電勢能越?。浑x負(fù)場源電荷越近，正試探電荷的電勢能越小，負(fù)試探電荷的電勢能越大． (2)電場線法：正電荷順著電場線的方向移動(dòng)時(shí)電勢能逐漸減小，逆著電場線的方向移動(dòng)時(shí)電勢能逐漸增大；負(fù)電荷順著電場線的方向移動(dòng)時(shí)電勢能逐漸增大，逆著電場線的方向移動(dòng)時(shí)電勢能逐漸減?。? (3)做功判斷法：無論正、負(fù)電荷，電場力做正功，電荷的電勢能減小；電場力做負(fù)功，電荷的電勢能增大. 【典型例題】在圖示的非勻強(qiáng)電場中，實(shí)線表示電場線；在只受電場力的作用下，電子從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)；電子在A點(diǎn)的速度方向如圖所示．比較電子在A、B兩點(diǎn)的速度、加速度、電勢能，其中正確的是（　?。? A．vA＞vB、aA＜aB、EpA＞EpBB．vA＞vB、aA＞aB、EpA＜EpB C．vA＜vB、aA＜aB、EpA＜EpBD．vA＜vB、aA＞aB、EpA＞EpB 【答案】D ★重難點(diǎn)二、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的比值，叫做這一點(diǎn)的電勢，用φ表示． 2．定義式：φ＝. 3．對電勢的理解 (1)在國際單位制中，電勢的單位是伏特(V)，1 V＝1 J/C． (2)電勢是標(biāo)量，只有大小，沒有方向，但有正值和負(fù)值之分，是表示電場能量性質(zhì)的一個(gè)物理量． (3)在利用φ＝計(jì)算電勢時(shí)，Ep、q可代入正、負(fù)號(hào)運(yùn)算，計(jì)算結(jié)果的正、負(fù)號(hào)恰好反映了電勢的高低． (4)電勢的相對性 ①電勢是相對的，只有先確定了電勢零點(diǎn)以后，才能確定電場中其他位置的電勢．電場中某點(diǎn)的電勢跟電勢零點(diǎn)的選擇有關(guān)． ②對不是無限大的帶電體產(chǎn)生的電場，通常取無限遠(yuǎn)處的電勢為零；在實(shí)際處理問題中，又常取大地電勢為零． 4．電勢與電場線的關(guān)系：無論什么電場，沿電場線方向電勢是逐漸降低的，且是電勢降落最快的方向． 5．電勢能與電勢的區(qū)別與聯(lián)系 電勢φ 電勢能Ep 物理 意義 反映電場的能的性質(zhì)的物理量 反映電荷在電場中某點(diǎn)所具有的能量 相關(guān) 因素 電場中某一點(diǎn)的電勢φ的大小，只跟電場本身有關(guān)，跟試探電荷q無關(guān) 電勢能的大小是由點(diǎn)電荷q和該點(diǎn)電勢φ共同決定的 大小 電勢沿電場線逐漸降低，規(guī)定零電勢點(diǎn)后，某點(diǎn)的電勢高于零，則為正值；某點(diǎn)的電勢低于零，則為負(fù)值 正點(diǎn)電荷(＋q)：電勢能的正負(fù)跟電勢的正負(fù)相同 負(fù)點(diǎn)電荷(－q)：電勢能的正負(fù)跟電勢的正負(fù)相反 單位 伏特V 焦耳J 聯(lián)系 φ＝或Ep＝qφ，二者均是標(biāo)量 5．電勢能與電勢的區(qū)別與聯(lián)系 電勢φ 電勢能Ep 物理 意義 反映電場的能的性質(zhì)的物理量 反映電荷在電場中某點(diǎn)所具有的能量 相關(guān) 因素 電場中某一點(diǎn)的電勢φ的大小，只跟電場本身有關(guān)，跟試探電荷q無關(guān) 電勢能的大小是由點(diǎn)電荷q和該點(diǎn)電勢φ共同決定的 大小 電勢沿電場線逐漸降低，規(guī)定零電勢點(diǎn)后，某點(diǎn)的電勢高于零，則為正值；某點(diǎn)的電勢低于零，則為負(fù)值 正點(diǎn)電荷(＋q)：電勢能的正負(fù)跟電勢的正負(fù)相同 負(fù)點(diǎn)電荷(－q)：電勢能的正負(fù)跟電勢的正負(fù)相反 單位 伏特V 焦耳J 聯(lián)系 φ＝或Ep＝qφ，二者均是標(biāo)量 電勢φ 電場強(qiáng)度E 矢標(biāo)性 標(biāo)量 矢量 單位 V/m N/C 聯(lián)系 (1)電勢沿著電場強(qiáng)度的方向降低 (2)大小之間不存在任何關(guān)系，電勢為零的點(diǎn)，電場強(qiáng)度不一定為零；電勢高的地方，電場強(qiáng)度不一定大；電場強(qiáng)度為零的地方，電勢不一定為零；電場強(qiáng)度大的地方，電勢不一定高 【特別提醒】 如何比較電場中兩點(diǎn)電勢的高低 (1)根據(jù)電場力做功判斷： ①在兩點(diǎn)間移動(dòng)正電荷，如果電場力做正功，則電勢降低，如果電場力做負(fù)功，則電勢升高． ②在兩點(diǎn)間移動(dòng)負(fù)電荷，如果電場力做正功，則電勢升高；如果電場力做負(fù)功，則電勢降低． (2)根據(jù)電場線確定： 電場線的方向就是電勢降低最快的方向． (3)根據(jù)電荷電勢能的變化： ①如果在兩點(diǎn)間移動(dòng)正電荷時(shí)，電勢能增加，則電勢升高；電勢能減少，則電勢降低． ②如果在兩點(diǎn)間移動(dòng)負(fù)電荷時(shí)，電勢能增加，則電勢降低；電勢能減少，則電勢升高． 【典型例題】如圖所示，電場中有a、b兩點(diǎn)，則下列說法中正確的是：（） A．電勢，場強(qiáng) B．電勢，場強(qiáng) C．將電荷-q從a點(diǎn)移到b點(diǎn)電場力做負(fù)功 D．將電荷-q分別放在a、b兩點(diǎn)時(shí)具有的電勢能 【答案】C ★重難點(diǎn)三、等勢面★ 1．等勢面的特點(diǎn) (1)在等勢面內(nèi)任意兩點(diǎn)間移動(dòng)電荷，電場力不做功。 (2)在空間中兩等勢面不相交。 (3)電場線總是和等勢面垂直，且從電勢較高的等勢面指向電勢較低的等勢面。 (4)在電場線密集的地方，等差等勢面密集；在電場線稀疏的地方，等差等勢面稀疏。 (5)等勢面是為描述電場的性質(zhì)而假想的面。 (6)等勢面的分布與零電勢點(diǎn)的選取無關(guān)。 2．幾種常見的電場的等勢面分布 【特別提醒】 (1)已知等勢面的情況時(shí)，可作等勢面的垂線來確定電場線，并由“電勢降低”的方向確定電場線方向。 (2)已知電場線時(shí)，可作電場線的垂線來確定等勢面，并由“沿電場線方向電勢降低”確定等勢面的電勢高低。 【典型例題】如圖所示，虛線表示某電場的等勢面，一帶電粒子僅在電場力作用下由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的徑跡如圖中實(shí)線所示。粒子在A 點(diǎn)的速度為、電勢能為；在B點(diǎn)的速度為、電勢能為。則下列結(jié)論正確的是 A.粒子帶正電， B.粒子帶負(fù)電， C.粒子帶正電， D.粒子帶負(fù)電， 【答案】B