10.1电势能和电势（学案一）-2023-2024学年高二物理素养提升学案（人教版2019必修第三册）

高中物理必修三素养提升学案 第10章 静电场中的能量 第1节　电势能和电势 【学习目标】 1.通过计算在匀强电场中移动电荷静电力所做的功,认识静电力做功跟路径无关的特点。 2.通过类比重力势能引入电势能,体会能量观点是分析物理问题的重要方法,并进一步认识到物理学的和谐统一性。 3.理解电势能的变化与静电力做功的关系。 4.通过建立电势概念的过程,理解电势是从能的角度描述电场的物理量。会判断电场中两点电势的高低。 【科学素养要求】 1.物理观念 (1)理解电势能的含义。 (2)知道电势的定义方法及定义、公式、单位。 2.科学思维 (1)通过类比重力势能引入电势能，体会能量观点是分析物理问题的重要方法，并进一步认识物理学的和谐统一性。 (2)理解电势能的变化与静电力做功的关系，知道零势能点的规定方法。 (3)通过建立电势概念的过程，会判断电场中两点电势的高低。 3.科学探究 通过计算在匀强电场中移动电荷静电力做的功，认识静电力做功跟路径无关的特点。 4. 科学态度与责任 进一步了解用比值定义电势的思想方法，培养良好的学习习惯。 【自主预习】 1.电场最基本的性质是什么?电场强度的定义式?点电荷电场强度的决定式? 2.功的计算公式?静电力做功的特点?(与什么因素有关?与什么因素无关?) 3.重力做功引起重力势能的变化,写出重力做功与重力势能变化之间的关系。 4.什么是电势能?静电力做功与电势能变化的关系?表达式? 5.什么是电势?定义式?单位?电势是标量还是矢量? 【知识点探究】 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。 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。 【温馨提示】静电力做功特点是从匀强电场中推导出来的，但对非匀强电场也是适用的。 (√) 知识点二　电势能 1．概念：电荷在电场中具有的势能。用Ep表示。 2．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。 3．电势能的大小：电荷在某点的电势能，等于把它从这点移到零势能位置时静电力所做的功。 4．零势能点：电场中规定的电势能为零的位置，通常把电荷在离场源电荷无限远处或大地表面的电势能规定为零。 【温馨提示】静电力做的功只能决定电势能的变化量，而不能决定电荷在电场中某点电势能的数值。只有先把电场中某点的电势能规定为0，才能确定电荷在电场中其他点的电势能。 知识点三　电势 1．定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量之比。 2．定义式：φ＝。 3．单位：国际单位制中，电势的单位是伏特，符号是V，1 V＝1 J/C。 4．特点 (1)相对性：电场中各点电势的大小，与所选取的零电势的位置有关，一般情况下取离场源电荷无限远或大地为零电势位置。 (2)标矢性：电势是标量，只有大小，没有方向，但有正负。 5．与电场线关系：沿电场线方向电势逐渐降低。 【课堂探究】 [情境导入]一个正电荷在电场中某点由静止释放,将如何运动? 　　(三)静电力做功的特点 [情境设问]试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中沿不同路径从A运动到B: 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沿任意曲线从A到B。 分析三种情况下静电力做功的情况。 [思考与讨论] 通过对这三种情况的分析,你能够得到什么结论? (四)电势能 [提出问题]电场力做功的特点与以前研究过的什么力做功的特点相似? [情境设问]如图所示,试探电荷在电场中移动时,静电力做什么功?动能如何变化?电势能如何变化? (a) (b) [提出问题]大家要注意,电荷有两种:正电荷和负电荷。如果在以上情境中移动的是负电荷,结果又如何呢? [思考与讨论]根据以上的分析,归纳一下静电力做功与电势能变化之间的关系。 [思考与讨论]我们是如何确定物体在某一位置时的重力势能的?类比思考,如何确定电荷在电场中某一点的电势能? [思考与讨论] 1.重力势能是物体和地球所组成的系统所共有的,那么电势能是否是电荷和电场这个系统所共有的? 2.如果被移动电荷的电荷量、极性不同,电势能相同吗? 3.如果电场发生变化,被移动电荷的电势能会有变化吗? (五)电势 [情境设问]如何计算电荷q在电场中A点的电势能? [提出问题]电势是标量,电势有正负吗? [情境设问] 1.图(a)中正的试探电荷沿着电场线移动,电势能如何变化?电势如何变化? 2.图(b)中负的试探电荷沿着电场线移动,电势能如何变化?电势如何变化? (a) (b) 【典例分析】 【例题1】一电荷量q=+3×10-6 C的点电荷,从电场中的A点移到B点时,克服静电力做功6×10-4 J。求: (1)电荷的电势能怎样变化?变化了多少? (2)电荷