電勢(shì)能和電勢(shì)教案

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1、電勢(shì)能和電勢(shì) 一、教學(xué)目標(biāo) 1．在物理知識(shí)方面要求： （1）了解什么是電勢(shì)。 （2）掌握電勢(shì)的概念，在頭腦中建立不同場(chǎng)等勢(shì)面圖景。 2．滲透物理學(xué)方法的教育，運(yùn)用理想化方法抽象出等勢(shì)面的空間模型。 二、難點(diǎn)、重點(diǎn)分析 1．難點(diǎn)是使學(xué)生掌握電勢(shì)的概念，這一概念雖要求不高，卻不好理解。 2．重點(diǎn)是掌握電勢(shì)差。 三、主要教學(xué)過(guò)程 （一）引入新課 前面我們?cè)?jīng)學(xué)習(xí)過(guò)用來(lái)描述電場(chǎng)力學(xué)性質(zhì)的一個(gè)物理量——場(chǎng)強(qiáng)（E）。下面一起來(lái)回憶一下有關(guān)內(nèi)容： （1）電場(chǎng)的基本性質(zhì)； （2）場(chǎng)強(qiáng)是怎么定義的，方向如何？電場(chǎng)除了具有力的性質(zhì)外，還具有能的性質(zhì)，用什么物理量來(lái)描述這一性質(zhì)——電勢(shì)

2、（U）。 （二）教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì) 1電勢(shì)能 物體在重力場(chǎng)中具有重力勢(shì)能，而電荷在電場(chǎng)中也具有能——電勢(shì)能． 重力做功使物體重力勢(shì)能減少，重力做多少功，重力勢(shì)能就減少多少，減少的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能或其它形式的能，那么電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能的變化有什么關(guān)系呢？ 類(lèi)似的： （1）電場(chǎng)力做功使電荷的電勢(shì)能減少； （2）電場(chǎng)力做多少功，電勢(shì)能就減少多少； （3）減少的電勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電荷的動(dòng)能或其它形式的能． 教師指導(dǎo)學(xué)生閱讀104頁(yè)例題2歸納總結(jié)判斷做功為正或負(fù)的方法． 方法（1）可以在計(jì)算時(shí)將q、U的正負(fù)關(guān)系直接代入； 方法（2）在代入數(shù)值時(shí)以絕對(duì)值代入，再判斷電場(chǎng)力做功的正負(fù)． 2、總

3、結(jié)： （1）電場(chǎng)中兩點(diǎn)間電勢(shì)差，類(lèi)同重力場(chǎng)中兩點(diǎn)的高度差． 電勢(shì)差： （1V＝1J/C） U與W、q無(wú)關(guān) （2）設(shè)定零電勢(shì)點(diǎn)，由電勢(shì)差定義各個(gè)點(diǎn)的電勢(shì)：電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電勢(shì)，等于單位正電荷由該點(diǎn)移動(dòng)到參考點(diǎn)（零點(diǎn)電勢(shì)）時(shí)電場(chǎng)力所做的功． 注意：電勢(shì)的大小與參考點(diǎn)的選取無(wú)關(guān)； 電勢(shì)差的大小與參考點(diǎn)的選取無(wú)關(guān)． （3），沿著電場(chǎng)線的方向，電勢(shì)越來(lái)越低． （4）電勢(shì)能是電荷在電場(chǎng)中具有的能： 電場(chǎng)力做功，電勢(shì)能減少；做多少功，電勢(shì)能就減少多少． 1．電勢(shì)U 放在電場(chǎng)中的電荷具有電勢(shì)能，電勢(shì)能與重力勢(shì)能相似具有相對(duì)性。一般來(lái)說(shuō)如果將一個(gè)檢驗(yàn)電荷放在點(diǎn)電荷電場(chǎng)中，在無(wú)窮

4、遠(yuǎn)處檢驗(yàn)電荷具有的電勢(shì)能為零。電場(chǎng)為做正功電勢(shì)能減少，克服電場(chǎng)力做功，電勢(shì)能增加。 如圖1所示，將一電量為q的正檢驗(yàn)電荷放在正點(diǎn)電荷的電場(chǎng)中，B點(diǎn)為無(wú)窮遠(yuǎn)處。此時(shí)q具有的電勢(shì)能為零，將q由B點(diǎn)移至A點(diǎn)，需克服電場(chǎng)力做功，電勢(shì)能增加，如果克服電場(chǎng)力做功為E，B點(diǎn)電勢(shì)能為零，所以A點(diǎn)電勢(shì)能為E，電勢(shì)能與電量比為E/q。換用2q的檢驗(yàn)電荷，同理可知需克服電場(chǎng)力做功2E，在A點(diǎn)具有電勢(shì)能為2E，電勢(shì)能與電量比為2E/2q=E/q，換用nq檢驗(yàn)電荷，從B點(diǎn)到A點(diǎn)需克服電場(chǎng)力做功nE，在A點(diǎn)具有的電勢(shì)能為nE，電勢(shì)能與電量的比值為nE/nq=E/q。由此可見(jiàn)對(duì)于電場(chǎng)中的某一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，不同檢驗(yàn)電荷具有的

5、電勢(shì)能不同但電勢(shì)能與電量的比值相同，與檢驗(yàn)電荷無(wú)關(guān)。如果將負(fù)檢驗(yàn)電荷q從B點(diǎn)移至A點(diǎn)，電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減少，B點(diǎn)電勢(shì)能為零，所以A點(diǎn)電勢(shì)能為-E，但電勢(shì)能與電量之比為-E/-q= 說(shuō)，在電場(chǎng)中的同一點(diǎn)，不同的檢驗(yàn)電荷可以具有不同的電勢(shì)能，但電勢(shì)能與電量的比值與檢驗(yàn)電荷無(wú)關(guān)，由場(chǎng)唯一決定，我們就把這一比值稱(chēng)為場(chǎng)中這一點(diǎn)的電勢(shì)。如果用U表示電勢(shì)，用E表示電荷q的電勢(shì)能，那么U=E/q（E、q、U均可正可負(fù)，計(jì)算時(shí)帶符號(hào)運(yùn)算）。此式只是電勢(shì)的定義式，而不是決定式場(chǎng)中某點(diǎn)電勢(shì)由場(chǎng)唯一決定。場(chǎng)定了，場(chǎng)中某點(diǎn)電勢(shì)就唯一確定了，與放不放檢驗(yàn)電荷，放什么樣的檢驗(yàn)電荷無(wú)關(guān)。 （1）電勢(shì)是相對(duì)的，是相

6、對(duì)于零勢(shì)面來(lái)說(shuō)的，一般選大地或無(wú)限遠(yuǎn)為零勢(shì)面。 （2）沿著電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低。如圖2所示：將正檢驗(yàn)電荷q從無(wú)窮遠(yuǎn)分別移至A，B，C，…各點(diǎn)電場(chǎng)力所做負(fù)功為EA，EB，EC，…且EA＞EB＞EC均為正值，EA/q＞EB/q＞EC/q＞…。即UA＞UB＞UC＞…＞0沿著電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低，同理可證負(fù)電荷電場(chǎng)也如此。 （3）正電荷電場(chǎng)中各點(diǎn)電勢(shì)均為正；負(fù)電荷電場(chǎng)中各點(diǎn)電勢(shì)均為負(fù)。 關(guān)于正電荷的由（2）可知： 關(guān)于負(fù)電荷由圖3可知：將正檢驗(yàn)電荷q從無(wú)窮遠(yuǎn)移至A點(diǎn)，電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減少無(wú)窮遠(yuǎn)處電勢(shì)能為零，在A點(diǎn)電勢(shì)能為負(fù)，電勢(shì)能與電量之比為負(fù)，即電勢(shì)為負(fù)。 （4）電勢(shì)是標(biāo)量，只有大

7、小沒(méi)有方向。 雖是標(biāo)量但有正負(fù)，正的代表比零電勢(shì)高，負(fù)的代表比零電勢(shì)低，而不代表方向。 （5）電勢(shì)的單位：伏特（V） 教師出示圖片： 提出問(wèn)題1：在點(diǎn)電荷形成電場(chǎng)中有A、B、C三點(diǎn)，若將單位正電荷由A點(diǎn)移動(dòng)到C點(diǎn)做功為；把單位正電荷由B點(diǎn)移動(dòng)到C點(diǎn)做功為，如果，則A、B兩點(diǎn)有什么關(guān)系？單位正電荷從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)，電場(chǎng)力做功情況怎樣？ 學(xué)生分析 ，教師總結(jié)：A、B兩點(diǎn)的電勢(shì)相同．單位正電荷從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)，電場(chǎng)力不做功． 點(diǎn) 線 面 等 勢(shì) 點(diǎn) 等 勢(shì) 線 等 勢(shì) 面 教師講解：一般說(shuō)來(lái)，電場(chǎng)中各點(diǎn)的電勢(shì)不同，但電場(chǎng)中也有許多點(diǎn)的電勢(shì)相等．我們把電場(chǎng)中電勢(shì)相等的點(diǎn)

8、構(gòu)成的面叫等勢(shì)面． 下面，我們從幾個(gè)方面認(rèn)識(shí)等勢(shì)面： （1）在同一等勢(shì)面上的任意兩點(diǎn)間移動(dòng)電荷，電場(chǎng)力不做功． 分析：因?yàn)榈葎?shì)面上各點(diǎn)電勢(shì)相等，電荷在同一等勢(shì)面上各點(diǎn)具有相同的電勢(shì)能，所以在同一等勢(shì)面上移動(dòng)電荷電勢(shì)能不變，即電場(chǎng)力不做功． （2）等勢(shì)面一定跟電場(chǎng)線垂直，即跟場(chǎng)強(qiáng)的方向垂直． 分析：假如不是這樣，場(chǎng)強(qiáng)就有一個(gè)沿著等勢(shì)面的分量，這樣在等勢(shì)面上移動(dòng)電荷時(shí)電場(chǎng)力就要做功．但這是不可能的，因?yàn)樵诘葎?shì)面上各點(diǎn)電勢(shì)相等，沿著等勢(shì)面移動(dòng)電荷時(shí)電場(chǎng)力是不做功的．所以場(chǎng)強(qiáng)一定跟等勢(shì)面垂直． （3）等勢(shì)面的排布：前面已經(jīng)指出，沿著電場(chǎng)線方向電勢(shì)越來(lái)越低．可見(jiàn)，電場(chǎng)線不但跟等勢(shì)面垂直，

9、而且是由電勢(shì)較高的等勢(shì)面指向電勢(shì)較低的等勢(shì)面．對(duì)比書(shū)中的圖片，類(lèi)比等高線與等勢(shì)面． （4）幾種典型場(chǎng)的等勢(shì)面． 教師出示媒體課件：點(diǎn)電荷的等勢(shì)面演示： 有關(guān)圖片可以參考媒體資料． （5）處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體是一個(gè)等勢(shì)體，它的表面是一個(gè)等勢(shì)面． 分析：因?yàn)閷?dǎo)體在靜電平衡狀態(tài)時(shí)內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零，在導(dǎo)體的任意兩點(diǎn)間移動(dòng)電荷時(shí)電場(chǎng)力所做的功為零，因此導(dǎo)體內(nèi)部各點(diǎn)電勢(shì)相等． 推論：地球是一個(gè)大導(dǎo)體，處于靜電平衡狀態(tài)的地球以及與它相連的導(dǎo)體是等勢(shì)體．實(shí)際上常取地球和與地球的昂兩的導(dǎo)體作為電勢(shì)的參考位置，認(rèn)為它們的電勢(shì)為零． 由于實(shí)際中測(cè)定電勢(shì)比測(cè)定電場(chǎng)要容易的多，因此常用等勢(shì)面來(lái)研究電場(chǎng)，即先描繪出等勢(shì)面的形狀和分布，再根據(jù)電場(chǎng)線與等勢(shì)面之間的關(guān)系描繪出電場(chǎng)線的分布． 3、例題講解練習(xí)（參考典型例題） 4、教師總結(jié)： （1）為了形象的描述電場(chǎng)中各個(gè)點(diǎn)電勢(shì)的分布情況，由等勢(shì)面和電場(chǎng)的垂直關(guān)系，可以根據(jù)等勢(shì)面的分布情況知道電場(chǎng)的分布情況． （2）有關(guān)等勢(shì)面的認(rèn)識(shí)需要注意． A、在同一等勢(shì)面上移動(dòng)點(diǎn)電荷，電場(chǎng)力不做功． B、電場(chǎng)線與等勢(shì)面垂直． C、處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體是等勢(shì)體，導(dǎo)體表面是等勢(shì)面．