高中物理电势能和电势 教案

电势能和电势

倘若把一个静止的试探电荷放入电场中，他将在静电力的作用下作加速运动，经过一段时间后获得一定的速度，试探电荷的动能增加了。我们知道，这是静电力做功的结果，而功又是能转化的量度，那么，在这一过程中，是什么能转化为试探电荷的动能？这个能具有什么特点？它还可以引申出与它紧密相关哪些物理量？这些物理量具有怎样的性质？这就是本节课我们要讨论的问题。(板书：电势能和电势）

一、静电力做功的特点

让试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中沿几条不同路径从A 点运动到B点，我们来计算这几种情况下静电力对电荷所做的功。

W＝F|AB|＝qE|AB| W＝F|AB|cosθ＝qE|AM| W＝W1+W2+W3+…

其中F＝qE，结果都一样即：W=qEL AM =qE|AB|cos

结论：静电力做的功只与电荷的起始位置和终点位置有关，与电荷经过的路径无关。

二、电势能

力做功只与物体位置有关，而与运动路径无关的事例在物理中有哪些呢？（移动物体时重力做的功与路径无关）

可见，静电场与重力场有某些特征是相似的。同一物体在地面附近的同一位置具有确定的重力势能。静电力做功也与路径无关，那是否也就能建立电势能的概念呢？

1.电势能：由于移动电荷时静电力做功与移动的路径无关，电荷在电场中也具有势能，这种势能我们叫做电势能。电势能用E p表示。

2.讨论：静电力做功与电势能变化的关系

重力做的正功等于减少的重力势能，克服重力做的功等于增加的重力势能，用公式表示为W AB＝E pA－E pB＝－ΔE p。那么静电力做的正功也等于减少的电势能吗？克服静电力做的功也等于增加的电势能吗？用公式表示也是W AB＝E pA－E pB＝－ΔE p吗？

根据动能定理，W AB＝E kB－E kA＝ΔEk。因为，根据能量守恒增加的动能等于减少的电势能，E kB－E kA＝E pA－E pB，所以W AB＝E pA－E pB＝－ΔEp。

静电力做的功等于电势能的变化。电场力做多少功，电势能就变化多少，在只受电场力作用下，电势能与动能相互转化，而他们总量保持不变。

对不同的电荷从A运动到B的过程中，电势能的变化情况：

正电荷从A运动到B做正功，即有W AB>0，则E pA>E pB，电势能减少。

●正电荷顺着电场线的方向其电势能逐渐减少。

负电荷从A运动到B做正功，即有W AB<0，则E pA>E pB，电势能增加。

●负电荷顺着电场线的方向其电势能逐渐降低。

（正电荷顺着电场线移动，电场力做正功，电势能减少；正电荷逆着电场线移动，电场力做负功，电势能增加；负电荷顺着电场线移动，电场力做负功，电势能增加；负电荷逆着电场线移动，电场力做正功，电势能减少）

3．求电荷在某点处具有的电势能

在上面讨论的问题中，请分析求出A点的电势能为多少？学生思考后无法直接求出，不妨就此激励学生，并提出类比方法。那么如何求出A点的重力势能呢？

则 E pA＝W AB（以B为电势能零点）

电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移动到零势能位置撕所做的功。

注意：通常把电荷离场源电荷无限远处的电势能规定为零，或把电荷在大地表面上的电势能规定为零。

拓展：求电荷在电场中A、B两点具有的电势能高低。

将电荷由A点移动到B点，根据静电力做功情况判断。

若静电力做功为正功，电势能减少，电荷在A点电势能大于在B 点的电势能。反之静电力做负功，电势能增加，电荷在A点电势能小于在B点的电势能。弄清正、负电荷在电场中电势能的不同特点，判断其做功特点再进行判断。

三、电势

我们通过静电力的研究认识了电场强度，现在要通过电势能的研究来认识另一个物理量──电势。它同样是表征电场性质的重要物理量度。

通过类比可见，若用左图中的E p/m，或右图中的E p/q，它们的值是相同的。如何来表征这个相同的量呢？（比值定义）

上面讨论的是特殊情况，下面我们来讨论一般情况：（如图）

E pA＝qE场Lcosθ

可见，E pA与q成正比，即电势能跟电荷量的比值E pA/q都是相同的。对电场中不同位置，由于L与θ可以不同，所以这个比值一般是不同的。

电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值，是由电场中这点的位置决定的，跟试探电荷本身无关。

得出结论后，引导学生类比电场的得来过程，提出新的物理量──电势。

1．定义：电荷在电场中某一点的电势能与他的电荷量的比值，叫做这一点的电势。用φ表示。表达式：φ＝E p/q （与试探电荷无关）2．电势是标量，它只有大小没有方向，但有正负。

3．单位：伏特（V） 1V＝1J/C

物理意义：电荷量为1C的电荷在该点的电势能是1J，则该点的电势就是1V。

4．电场线指向电势降低的方向。

电势顺线降低；顺着电场线方向，电势越来越低。与电势能相似，我们知道E p有零势能面，因此电势也具有相对性。引导学生得出：应该先规定电场中某处的电势为零，然后才能确定电场中其他各点的电势。

5．零电势位置的规定：电场中某一点的电势的数值与零电势的选择有关，即电势的数值决定于零电势的选择。因此电势有正负之分，是由于其零电势的选择决定。通常以大地或无穷远默认为零。