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1、2022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、
2、對(duì)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(duì)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(duì)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
3、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小;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??;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(duì)性
電
4、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(duì)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小;離負(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
5、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<
6、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(duì)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(duì)性
①電勢是相對(duì)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)
7、.
②對(duì)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):
8、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)
9、: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
10、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)
11、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