《电势能和电势》示范教案(新人教版)

第四节电势能和电势

【教学目标】

1．知识与技能

（1）理解静电力做功的特点、电势能的概念、电势能与电场力做功的关系。

（2）理解电势的概念，知道电势是描述电场的能的性质的物理量。

（3）明确电势能、电势、静电力的功、电势能的关系。

（4）了解电势与电场线的关系，了解等势面的意义及与电场线的关系。

2．过程与方法

（1）通过与前面知识的结合，理解电势能与静电力做的功的关系，从而更好的了解电势能和电势的概念。

（2）培养对知识的类比能力，以及对问题的分析、推理能力。

（3）通过学生的理论探究，培养学生分析问题、解决问题的能力。培养学生利用物理语言分析、思考、描述概念和规律的能力。

3．情感、态度与价值观

（1）尝试运用物理原理和研究方法解决一些与生产、生活相关的实际问题，增强科学探究的价值观。利用知识类比和迁移激发学生学习兴趣，培养学生灵活运用知识和对科学的求知欲。

（2）利用等势面图像的对称美，形态美以获得美的享受、美的愉悦，自己画图，在学习知识的同时提高对美的感受力和鉴别力。

（3）在研究问题时，要培养突出主要矛盾，忽略次要因素的思维方法。

【教学重点和难点】

1．重点

理解掌握电势能、电势、等势面的概念及意义。

2．难点

掌握电势能与做功的关系，并能用此解决相关问题。

【教学方法】

类比探究、分析归纳、讨论分析、应用举例、多媒体课件

【教学过程】

复习前面相关知识。

1．静电力，电场强度概念，指出前面我们从力的性质研究电场，从本节起将从能量的角度研究电场。

2．复习功和能量的关系：如图所示从静电场中静电力做功使试探电荷获得动能入手，提出问题：是什么转化为试探电荷的动能？

一、静电力做功的特点

结合课本图1。4-1（右图）分析试探电荷q在场强为E的均强电场中沿不同路径从A

运动到B电场力做功的情况。

（1）q沿直线从A到B

（2）q沿折线从A到M、再从M到B

（3）q沿任意曲线线A到B

结果都一样即：W=qEL AM =qEL AB cos

与重力做功类比，引出结论：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。

拓展：该特点对于非匀强电场中也是成立的。

二、电势能

寻找类比点：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？属于什么能？

（移动物体时重力做的功与路径无关同一物体在地面附近的同一位置才具有确定的重力势能。）

思考：静电力做功也与路径无关，是否隶属势能？我们可以给它一个物理名称吗？

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。

【思考与讨论】如果做功与路径有关，那能否建立电势能的概念呢？

2．讨论：静电力做功与电势能变化的关系

通过知识的类比，让学生能从中感受到新知识的得出也可以通过已有获取。

静电力做的功等于电势能的变化。

功是能量变化的量度。

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。

W AB＝－（E pB－E pA）＝E pA－E P

【思考讨论】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。

（1）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。

（2）负电荷顺着电场线的方向其电势能逐渐降低。

对此分析得出：电势能为系统所有，与重力势能相类似。

3．求电荷在某点处具有的电势能

问题讨论：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。

类比分析：如何求出A点的重力势能呢？进而联系到电势能的求法。

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。

4．零势能面的选择

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。

通过对不同内容的拓展，引导学生能通过自己对不同事例的分析，知道对问题考虑的全面性有所了解，同时能正确认识到在分析问题时还应该思考问题的不同侧面，达到对问题的全面解决。提高思维的深度和发散能力，达到对物理学习全面化的探究要求。

当堂练习：

1、将带电量为6×10-6C的负电荷从电场中的A点移到B点，克服电场力做了3×10-5J

的功，再从B移到C，电场力做了1.2×10-5J的功，则

（1）电荷从A移到B，再从B移到C的过程中电势能共改变了多少？

（2）如果规定A点的电势能为零，则该电荷在B点和C点的电势能分别为多少？

（3）如果规定B点的电势能为零，则该电荷在A点和C点的电势能分别为多少？

2、一个电荷只在电场力作用下从电场中的A点移到B点时，电场力做了5×10－6J的功，那么( )

A．电荷在B处时将具有5×10－6J 的电势能

B．电荷在B处将具有5×10－6J 的动能

C．电荷的电势能减少了5×10－6J

D．电荷的动能增加了5×10－6J

3、如图1所示，a、b为某电场线上的两点，那么以下的结论正确的是（）

A．把正电荷从a移到b，电场力做正功，电荷的电势能减少

B．把正电荷从a移到b，电场力做负功，电荷的电势能增加

C．把负电荷从a移到b，电场力做正功，电荷的电势能增加

D．从a到b电势逐渐降低

三、电势：

通过研究电荷在电场中电势能与它的电荷量的比值得出。参阅P20图1。4--3

（1）定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值，叫做这一点的电势。用

?表示。标量，只有大小，没有方向，但有正负。

（2）公式：

q

E

p

=

?

（与试探电荷无关）

（3）单位：伏特（V）

（4）电势与电场线的关系：

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。

与零电势能的位置规定是否有相似之处呢？

思考与讨论：

参看书上的问题进行思考与讨论，然后思考若是q当做负电荷来进行研究，其结果是否一样呢？

四、等势面

在地理课上常用等高线来表示地势的高低。今天我们学习了电势的知识后，那我们可以用什么来表示电势的高低呢？

学生：在电场中常用等势面来表示电势的高低。

1．等势面：电场中电势相同的各点构成的面。

寻找等势面：找正点电荷和带电平行金属板中的等势面。

观看挂图，从中寻找不同电场中等势面的不同和相同点，进行合理猜想。

2．等势面与电场线的关系

⑴在同一等势面上各点电势相等，所以在同一等势面上移动电荷，静电力不做功。

W AB＝E pA－E Pb＝qφA－qφB＝0

讨论：什么情况下会出现力做功为零的情况？

引导分析得出：F⊥v

⑵电场线跟等势面一定垂直，即跟电场强度的方向垂直。

引导学生用反证法达到证明的目的，加深对知识点的应用。

而沿着电场线的方向，电势越来越低。

归纳总结可得出：电场线跟等势面垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面。

若两个相邻的等势面间的电势之差是相等的，则能得到书上图1．4－5的图形。观看图形或挂图，结合电场线的特点，可得出结论。

⑶等势面越密，电场强度越大。

⑷等势面不相交、不相切。

3．应用等势面：由等势面描绘电场线

方法：先测绘出等势面的形状和分布，再根据电场线与等势面的关系，绘出电场线的分布，于是我们就知道电场的情况了。

当堂练习：

4、有关电场中某点的电势，下列说法中正确的是（）

A、由放在该点的电荷所具有的电势能的多少决定

B、由放在该点的电荷的电量多少来决定

C、与放在该点的电荷的正负有关

D、是电场本身的属性，与放入该点的电荷情况无关

5、关于等势面正确的说法是（）

A．电荷在等势面上移动时不受电场力作用，所以不做功

B．等势面上各点的场强大小相等

C．等势面一定跟电场线垂直

D．两等势面不能相交

6、一个点电荷，从静电场中的a点移至b点，其电势能的变化为零，则（）

A．a、b两点的场强一定相等

B．该电荷一定沿等势面移动

C．作用于该点电荷的电场力与其移动方向总是垂直的

D．a、b两点的电势相等

7、在匀强电场中有a、b、c三点，位置关系如图所示，其中ab=√3 cm，

bc=1cm已知电场线与abc三点所在的平面平行,若将电量为-2×10－８

C的点电荷从a 移到b，电场力不做功，而把该电荷从a移到c，电场

(1)画出通过a、b、c 三点的电场线

(2)求该匀强电场的电场强度

布置作业：P221、2、3、7