10.1.1 电势能和电势 讲义 -2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

1 电势能和电势 教学目标 1．知道静电力做功与路径无关。 2．理解静电力做功与电势能变化的关系。 3．理解电势能的概念，认识电势能的相对性。 4．掌握电势的定义方法及其定义式、单位。 5．掌握电势的各种特点。 教学重难点 教学重点 电势能和静电力做功的关系、电势能的概念及特点的理解、电势的概念 教学难点 电势能与静电力做功的关系、电势能的概念、电势的概念 教学准备 多媒体设备 教学过程 新课引入 教师活动：展示攀岩的图片。 教师口述：我们知道，攀岩运动中，若攀岩者上升，则重力做负功；若攀岩者下降，则重力做正功。重力做功的多少与攀岩者的始末位置有关，与攀岩路径无关。那么，电荷在静电力作用下运动，若静电力对电荷做功，与重力做功有无相似之处？本节将学习静电力做功的特点，探究静电力做功与电势能变化之间的关系。 讲授新课 一、静电力做功的特点 重力做功是重力势能转化为动能，弹力做功是弹性势能转化为动能，我们前面学了电场力，那么电场力做功是什么能转化为什么能呢？ 教师提问：功的公式。 学生回答：W=F*sCOSθ。 教师活动：做功的两个因素一个是力，一个是力的方向上的位移，那么重力做功的特点是什么呢？ 学生回答：1.与路径无关，由初、末位置的高度差来决定。 2. 3.重力势能是相对的，有零势能面。(人为选定)重力势能具有系统性。 教师活动：给出一个点电荷和匀强电场，问点电荷在电场中受力吗？ 学生回答：受力。 教师活动：正电荷q在电场强度为E的匀强电场中由A运动到M电场力做功吗？做了多少功？ 学生回答：W=qE·｜AM｜ 教师拓展问题：求试探电荷＋q分别沿AB和AMD移动到B时电场力做的功。 学生根据功和电场力的概念求解： 教师再次拓展到运动轨迹是曲线的问题如图： 学生讨论后，教师讲解，利用无限分割法，把曲线分成无数小段，每一小段中，设想q都从起点先沿电场方向、再沿垂直电场方向到达终点。各小段沿垂直电场方向运动时，静电力是不做功的，各小段沿电场方向移动的位移之和等于AM。因此，q沿任意曲线从A点移动到B点静电力所做的功也是 W＝qE|AM| 可见，不论q经由什么路径从A点移动到B点，静电力所做的功都是一样的。因此，在匀强电场中移动电荷时，静电力所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。 对非匀强电场的推导过程和上面类似，按无限分割法把运动轨迹和电场都均分，在每一个小份内可看成匀强电场和直线运动。仍然可以得出静电力所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。 通过上面推导我们发现静电力做功和重力做功相似。做功的过程是一个能量转化的过程，那么电场力做功的过程是什么能转化为什么能呢？ 二、电势能 电荷在电场中具有的与电荷位置有关的能，叫电势能。 电场力做功与电势能有什么关系？(联系重力做功与重力势能的关系讲解) 物体被举高具有重力势能。 1. 电荷在电场中具有电势能。 重力对物体做正功，物体的重力势能减小。 2. 电场力对电荷做正功，电荷的电势能减小。 重力对物体做负功，物体的重力势能增大。 3. 电场力对电荷做负功，电荷的电势能增大。 重力做多少功，物体重力势能就变化多少。 4. 电场力做多少功，电荷电势能就变化多少。 重力势能是相对的，与零势能面有关。 5. 电势能是相对的，与零电势能面有关。 重力势能是物体和地球所共有的，具有系统性。通常规定地面的重力势能为零。 6. 电势能是电荷和电场所共有的，具有系统性。 通常把电荷在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电势能规定为零。 重力势能是标量。 7. 电势能也是标量。 电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该处移动到零势能位置所做的功。 重力势能和电势能类比 重力场中，重力：地球和物体之间存在的吸引力 电场中，电场力：电荷之间的作用力 有重力就有重力势能Ep 有电场力就有电势能Ep 重力势能是由物体和地面间的相对位置决定 电势能是由电荷间的相对位置决定 重力做功，重力势能改变 重力做正功，重力势能减少 重力做负功，重力势能增加 电场力做功，电势能改变 电场力做正功，电势能减少 电场力做负功，电势能增加 W重=Ep1-Ep2 W电=EpA-EpB 尽管重力做功与电场力做功很相似，但还是存在很大差异，因为电荷有正负两种电荷。 正电荷顺电场线移动，电场力做正功，电势能减少。 负电荷顺电场线移动，电场力做负功，电势能增加。 正电荷逆电场线移动，电场力做负功，电势能增加。 负电荷逆电场线移动，电场力做正功，电势能减少。 三、电势 教师活动：我们前面学了电场强度，它是用试探电荷所受的电场力和试探电荷的电荷量的比值来定义的。那么我们来一起研究一下电势能和电荷量的比值有什么特地。 1. 定义:电场中某点的电势，等于