10.1 电势能和电势-【帮课堂】2022-2023学年高一物理同步精品讲义（人教2019必修第三册）

10.1 电势能和电势 【物理核心素养】 物理观念：树立能量观念，理解电势能的概念，知道静电力做功与路径无关；理解静电力做功与电势能变化的关系，运用能量的观点去分析问题。 科学思维：在探究静电力做功的特点过程中再次领悟微元分割法的精妙之处，理解静电力做的的特点。 科学探究：通过与重力势能类比的方法对电势能进行研究，推导出电势能与静电力做功的关系。 科学态度与责任：渗透在探究过程中体验解决问题的成功喜悦，发挥学生空间想象能力，激发学生探索自然规律的兴趣。 【教学重难点】 教学重点： 1.电势能概念的建立。 2.电势能的变化与静电力做功的关系。 3.电势概念的建立 教学难点： 1根据静电力做功的特点引入电势能的概念。 2.比值法定义电势，理解电势是电场本身的性质。 知识点一、静电力做功的特点 1．特点：静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，与电荷经过的路径无关。 （1）静电力做功与重力做功相似，只要初、末位置确定了，移动电荷q做的功就是确定值. （2）静电力做功的特点不受物理条件限制，不管静电力是否变化，是否是匀强电场，是直线运动还是曲线运动，静电力做功的特点不变. 2．在匀强电场中静电力做功：WAB＝qE·LABcos θ，其中θ为静电力与位移间的夹角。 特别提醒： ①力与位移方向所形成的的夹角小于90°时，力做正功； ②力与位移方向所形成的夹角大于90°时，力做负功； ③力与位移的方向所形成的夹角等于90°时，力不做功； 【经典例题1】如图所示，在匀强电场中有A、B两点，将一电荷量为q的正电荷从A点移到B点，第一次沿直线移动该电荷，电场力做功为；第二次沿路径移动该电荷，电场力做功；第三次沿曲线移动该电荷，电场力做功为，则（       ） A． B． C． D． 【变式训练1】如图所示，正电荷q在匀强电场E中分别沿直线、折线运动。已知间的距离为间的距离为d。方向平行于电场线，方向垂直于电场线。关于静电力做功的值，下列说法正确的是（　　） A．电荷沿直线运动时，静电力做功为 B．电荷沿直线运动时，静电力做功为 C．电荷沿折线运动时，静电力做功为0 D．电荷沿折线运动时，静电力做功为 知识点二、电势能 1．概念：电荷在静电场中具有的势能。用Ep表示。 2. 单位：焦耳，符号J。 3．静电力做功与电势能变化的关系 静电力做的功等于电势能的减少量，WAB＝EpA－EpB。 4．电势能的大小：电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移到零势能位置时所做的功。正电荷在电势高的地方电势能大，而负电荷在电势高的地方电势能小. 5．零势能点：电场中规定的电势能为零的位置，通常把离场源电荷无限远处或大地处的电势能规定为零。 6. 电势能的理解 ①电势能具有相对性，通常所说的电势能都是相对于零势能面来说的，因此对于同一个点所选取的零势能面不同时，电势能可能也不同。 ②具有系统性 正如重力势能并不是物体本身所具有的能量。而是物体与地球所共有的能量。电势能也不是孤立电荷所具有的能量。而是电荷和场源电荷所共同具有的能量。或者说是电荷与电场所共有的能量。我们说某个电荷的电势能，只是一种简略的说法。 ③电势能与重力势能也有不同点。 如果把电荷换成负电荷电场力就会改变方向。移动过程中电场力做负功。于是同样规定B为零势能点，A点的电势能变为负的。也就是说A点的电势能可能比B低，也可能比B高。并不确定。 【经典例题2】如图所示，电荷量均为的两点电荷分别置于，，电荷量均为的两点电荷分别置于，。已知A、B、C、D四点均在坐标轴上，且。下列说法正确的是（　　） A．A、B两点电场强度相同 B．将一带负电的试探电荷从C点移到D点，要克服电场力做功 C．同一正的试探电荷在A、B两点电势能相同 D．O点电场强度方向沿x轴正方向 【变式训练2】下列说法中正确的是（　　） A．将电荷从电场中一点移到另一点，电势能的改变量同零电势点的选择有关 B．在电场中，电荷所具有的电势能同零电势点的选择无关 C．正电荷在电场中电势较高的地方，具有的电势能一定大 D．在正电荷产生的电场中，正电荷在该点所具有的电势能一定小于负电荷在该点所具有的电势能（选无穷远处为电势零点） 知识点三、电势 定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值，叫做电势。 ①变换之后得到电势能的表达式，不过这里要注意，计算式时记得把符号也带进去。 ②单位制中的单位是V。1V=1J/C。 问题1：电势在电场中是怎样变化的呢？ 如图分别令正负电荷从A运动到B，列表分析： 静电力做功（正、负） 电势能变化（增加、减少） 电势 正A→B 正 减少 降低 负A→B 负 增加 降低 结论：沿电场线线方向电势逐减降低。 问题2：电势降低的方向一定是电场线的方向吗？ 思考∶如图所示，从匀强电场中