1. 电势能和电势（教学课件）物理人教版2019必修第三册

该高中物理课件聚焦“电势能和电势”核心知识点，涵盖静电力做功特点、电势能、电势三大模块。课堂导入通过正电荷在电场中运动时动能增加的问题，结合动能定理引导思考能量转化，以重力做功特点为支架，类比探究静电力做功与路径无关，构建前后知识脉络。 其亮点在于以科学思维为核心，通过重力与电场力类比（模型建构）、比值定义电势（科学推理），结合正/负电荷沿电场线运动的情境分析，培养物理观念中的能量观念；通过问题链（如电势能相对性、电势与试探电荷无关）促进科学探究。助力学生深化概念理解，教师可依托结构化内容提升教学效率。

前世界上最大的粒子加速器被称为大型强子对撞机，是一种将质子加速对撞的高能物理设备，位于法国和瑞士边境附近的欧洲核子研究中心，简称LHC。它是一个周长为27公里的环形加速器。2008年9月10日，对撞机首次测试就将一个质子数以顺时针方向加速到光速的99.9998%。那么它是怎样把质子加速到如此之快的速度呢？首先将氢气导入双等离子管进行电离，从原子核中把电子玻璃后只剩下质子，随后利用电场推动质子在一条真空管道中向前移动，大概将质子加速到光速的3分之1。然后它们会被送入一个由四条管道组成的圆形助推器中，在电场加速质子的同时，利用强磁场将它们保持在弯曲的轨道中，当达到一定速度后，再将它们导入下一个更大的同步加速器中，在这个过程中逐级提升能量，使其不断的加速。在经过了一系列加速设施之后，质子的能量将会被增加到4500亿电子伏特。最后，这些高能粒子束会被注入对撞机最大的环形轨道，它被埋在地下100米的深处，有两根真空管道组成。还有两个精密的喷射器，可以将质子数导入两个相反的方向，其中一个顺时针旋转，另一个则逆时针旋转，这样他们就会在四个管道交叉的位置发生碰撞。所以科学家在这几个位置安装了粒子探测器，用来收集粒子撞击时的数据。 1. 电势能和电势 十 《第十章 静电场中的能量》 授课人： 版权所有 QQ894665727 古代，人们用弩来加速箭，箭的速度能达到102m/s数量级；后来，人们又在枪膛中用火药加速子弹，子弹的速度能达到103m/s数量级；而现代，人们需要用高速的微观粒子轰击另一微观粒子来进行科学研究，其速度的数量级达到107m/s，那是怎样加速的呢？ 学习目标 基本 要求 1．知道电荷的种类和电荷相互作用的规律。 2．了解原子呈电中性的原因。 3．了解摩擦起电、感应起电等现象，知道摩擦起电和感应起电的本质是电子的转移。 4．理解电荷守恒定律。 5．知道电荷量概念及其单位，知道元电荷的值。 发展 要求 1．了解摩擦起电和感应起电的异同。 2．能运用电荷守恒定律分析摩擦起电和感应起电现象。 说明 1．不要求了解正、负电子湮灭现象和光子概念。 2．不要求识记电子的比荷。 版权所有 QQ894665727 教学重点难点 教学重点：理解掌握电势能、电势的概念及意义。 教学难点：掌握电势能与静电力做功的关系,并能用这些知识解决相关问题。 版权所有 QQ894665727 课堂引入 一个正电荷在电场中只受到静电力F的作用，它在电场中由A点运动到B点时，静电力做了正功WAB 。由动能定理可知，该电荷的动能增加了WAB 。 从能量转化的角度思考，物体动能增加了，意味着有另外一种形式的能量减少了。这是一种什么形式的能量呢？ 问题 ？ 版权所有 QQ894665727 探究新知 静电力做功的特点 1 电势能 2 电势 3 版权所有 QQ894665727 静电力做功的特点 01 PART. 回顾：重力做功的特点 物体运动时，重力对它做的功只跟它的起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路径无关。 ——《人教版高中物理必修第二册第八章第2节》 版权所有 QQ894665727 思考与讨论：电场力与重力的比较 Δh 重力：大小始终等于mg， 方向始终竖直向下不变 G + Eq 电场力：大小始终等于Eq， 方向始终沿着电场线方向不变 静电力做功是否也具有这一特点？ 版权所有 QQ894665727 证明猜想：静电力做功与路径无关 情境构建：在电场强度为E的匀强电场中任取A、B两点，把试探电荷q沿两条不同路径从A点移动到B点 试一试 问题： 计算这两种情况下静电力对电荷所做的功。 比较这两种情况下静电力做功的异同点，你能得出什么结论？ 版权所有 QQ894665727 证明猜想：静电力做功与路径无关 情境构建：在电场强度为E的匀强电场中任取A、B两点，把试探电荷q沿两条不同路径从A点移动到B点 路径AB，静电力做功：WAB= qE|AM| 路径AMB，静电力做功：WAB= qE|AM| 结论：在匀强电场中，从同一点出发，沿两条不同直线（段）运动到相同终点，中静电力对q所做的功是一样的 结论2：垂直电场线方向移动，静电力不做功 “匀强电场”、“不同直线（段）”的限制条件可以去掉吗？ 版权所有 QQ894665727 结论：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。 证明猜想：静电力做功与路径无关 情境构建：在电场强度为E的匀强电场中任取A、B两点，把试探电荷q从A点沿着曲线ANB移动到B点，电场力做功多少？ A B + + Eq M N 试一试 问题： 对于曲线问题如何解决？ 方法：无限细分 、累加 这个结论虽然是从匀强电场中推导出来的，但是可以证明对非匀强电场也是适用的。 版权所有 QQ894665727 电势能 02 PART. 问题 一个正电荷在电场中只受到静电力F的作用，它在电场中由A点运动到B点时，静电力做了正功WAB 。由动能定理可知，该电荷的动能增加了WAB 。 该电荷增加的动能从何而来？ + Eq 版权所有 QQ894665727 电势能 + Eq 电荷在电场中也具有只与位置有关的势能，我们称这种形式的能为电势能，用Ep表示。 结论：静电力所做的功与电荷的起始位置和终止位置有关 问题： 结合重力做功与重力势能变化关系，猜想静电力做功与电势能变化有何关系？ 版权所有 QQ894665727 静电力做功与电势能变化的关系 A B 情境：正电荷在电场中，沿着电场线方向只在静电力作用下运动 + Eq 根据动能定理，静电力做功与动能变化关系： 根据能量守恒，增加的动能等于减小的电势能： 结论：静电力做功与电势能的关系 问题：请用文字语言描述下这个关系式 版权所有 QQ894665727 静电力做功与电势能变化的关系 A B 情境：正电荷在电场中，沿着电场线方向只在静电力作用下运动 + Eq 结论：静电力做功与电势能的关系 当WAB为正值时，EpA>EpB，表明静电力做正功，电势能减少。 当WAB为负值时，EpA<EpB，表明静电力做负功，电势能增加。 如果是负电荷，逆着电场线方向只在静电力作用下运动，能得到一样的结论吗？ 能确定A、B两点电势能大小的具体值是多少J？ 版权所有 QQ894665727 电势能的相对性 A B 情境：正电荷在电场中，沿着电场线方向只在静电力作用下运动 + Eq 结论：静电力做功与电势能的关系 情境补充：从A点移动到B点，静电力做功5J 规定A处为零势能点：则B点的电势能为________J -5 规定B处为零势能点：则B点的电势能为________J +5 特别说明：电势能是相互作用的电荷所共有的，或者说是电荷及对它作用的电场所共有的。 版权所有 QQ894665727 电势能的相对性 [例]如图所示的匀强电场，电场强度为E，取O点为零势能点，A点到O点的距离为l，AO连线与电场强度负方向的夹角为θ。 1．电荷量分别为q、2q、nq的正电荷在A点的电势能分别为多少？ 2．电荷量分别为q、2q、nq的负电荷在A点的电势能分别为多少？ 3．是否可以用电势能这一物理量来表征电场的性质？ 4．为了描述电场的性质，你认为可以引入一个什么样的物理量？引入的这个物理量有什么特点？ 版权所有 QQ894665727 电势 03 PART. 寻找表征电场本身性质的物理量 + A B 正电荷q在A点的电势能 Eq + A B Enq 正电荷nq在A点的电势能 - A B Eq 负电荷q在A点的电势能 零势能 能否用电势能来表征电场能量性质的物理量？ 比值与试探电荷无关，只与电场中本身位置有关 版权所有 QQ894665727 电势 电势：电荷在电场中某点的电势能与电荷量之比 在国际单位制中，电势的单位是伏特（V），1V=1J/C 电势只有大小，没有方向，是标量 + A B 零势能 由于EP具有相对性，与零势点面的选取有关 的大小也与零势能点的选取有关 版权所有 QQ894665727 小结：电场力做功、电势能变化、电势变化 + A B - A B 情境1：正电荷沿着电场线从A点移动到B点 电场力做_____功 电势能______ 电势________ Eq Eq 零势能 正 减小 降低 情境2：负电荷沿着电场线从A点移动到B点 电场力做_____功 电势能______ 电势________ 负 增加 降低 - A B Eq 情境3：负电荷逆着电场线从A点移动到B点 电场力做_____功 电势能______ 电势________ 正 减小 升高 有什么规律？ 版权所有 QQ894665727 小结：电场力做功、电势能变化、电势变化 + A B - A B 情境1：正电荷沿着电场线从A点移动到B点 电场力做正功，电势能减小，电势降低 Eq Eq 零势能 情境2：负电荷沿着电场线从A点移动到B点 电场力做负功，电势能增加，电势降低 - A B Eq 情境3：负电荷逆着电场线从A点移动到B点 电场力做正功，电势能减小，电势升高 结论1：电势能大小与试探电荷、零电势点选取有关 结论2：电势大小与零电势点选取有关，与试探电荷无关 沿电场线方向电势越来也低 版权所有 QQ894665727 谢谢观看 十 授课人： 版权所有 QQ894665727 课堂小结 静电力做功的特点： 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 电势能： 电荷在电场中具有与位置有关的能量，称为电势能，用EP表示 电荷在电场中某点的电势能，等于将该电荷移动到零势能点，电场力做的功 电势： 电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的之比，叫作电场在这一点的电势 沿电场线方向，电势越来也低 版权所有 QQ894665727 议一议 A B + 电势的高低跟重力场中位置的高低的含义有相似之处。例如，某处位置的高低跟放在该处物体的质量无关，某点电势的高低跟放在该点的试探电荷的电荷量无关。 由于电荷有正负之分，这就造成了二者的含义有所不同。 请讨论，它们有哪些不同。例如，质量相等的物体，处于较高位置的重力势能较大，那么电荷量数值相等的正负电荷，处于电势较高位置的电势能一定较大吗？ A B - 版权所有 QQ894665727 课堂练习 1．判断下列说法是否正确。 (1)只要电荷在电场中移动，静电力一定做功。( ) (2)在静电场中沿电场线方向移动正电荷时，静电力做正功。( ) (3)在静电场中沿电场线方向移动负电荷时，静电力做正功。( ) (4)静电力做功与重力做功类似，与初末位置有关，与路径无关。( ) (5)电荷从电场中的A点运动到B点，路径不同，静电力做功不同。( ) (6)某点的场强为零，电荷在该点的电势能一定为零。( ) (7)正电荷和负电荷沿着电场线运动，电势能均减小。( ) (8)电荷处在电场中，在电势越高的位置电势能一定越大。( ) (9)*电场线密集处场强大，电势高。( ) (10)某一点的电势为零，其场强一定为零。( ) (11)某点的电势为零，电荷在该点的电势能一定为零。( ) (12)在电场中确定的两点间移动电荷量大小相等的正、负电荷时，电势能变化相同。( ) 版权所有 QQ894665727 课堂练习 版权所有 QQ894665727 课堂练习 2．如图所示，实线是电场中一簇方向未知的电场线，虚线是一个电子通过该电场区域时的运动轨迹，a、b是运动轨迹上的两点，若带电粒子只受电场力作用，根据此图可知（　　） A．无法判断电场的方向 B．a点电势低于b点电势 C．电子在a点的电势能较大 D．电子在a点的动能较大 D 版权所有 QQ894665727 课堂练习 版权所有 QQ894665727 课后作业 1.完成教材课后“练习与应用” 2.完成《1. 电势能和电势（分层作业）》 版权所有 QQ894665727 【答案】(1)错误(2)正确(3)错误(4)正确(5)错误(6)错误(7)错误(8)错误(9)错误(10)错误(11)正确(12)错误 【详解】（1）沿等势面移动电荷电场力不做功，即电荷在电场中移动，静电力不一定做功，故错误。 （2）正电荷沿着电场线运动，电场力做正功，电势能减小，故正确。 （3）负电荷沿着电场线运动，电场力做负功，电势能增加，故错误。 （4）静电力做功与重力做功类似，与初末位置有关，与路径无关，故正确。 （5）静电力做功与路径无关，只与初末位置有关，故错误。 （6）某点的场强为零，但电势不一定为零，根据可知电势能不一定为零，故错误。 （7）正电荷沿着电场线运动，电场力做正功，电势能减小。负电荷沿着电场线运动，电场力做负功，电势能增加，故错误。 （8）正电荷在电势高处具有的电势能大，负电荷在电势高的地方电势能小，故错误。 （9）电场线密集处场强大，但电势不一定高，故错误。 （10）某一点的电势为零，其场强不一定为零，故错误。 （11）某点的电势为零，电荷在该点的电势能一定为零，故正确。 （12）在电场中确定的两点间移动电荷量大小相等的正、负电荷时，电势能变化不相同，因为若正电荷的电势能增加，则负电荷的电势能减小，故错误。 【答案】D 【详解】A．不管粒子运动是从a到b，还是从b到a，电场力均指向轨迹内侧，于是电场力沿着电场线向左，电子带负电，电子的受力方向与电场线方向相反，所以可判断电场线方向是向右的，故A错误； B．沿电场线方向电势逐渐降低，所以a点电势高于b点电势，故B错误； CD．若电子从a点向b点运动，是从高电势向低电势运动，电子的电势能增大，电场力做负功，动能减小，所以电子在a点的动能大于在b点的动能，在a点的电势能小于在b点的电势能，故C错误，D正确。 故选D。 $