10.1 电势能和电势（导学案）物理人教版必修第三册

该高中物理导学案聚焦“电势能和电势”，核心知识点包括静电力做功与路径无关的特点，电势能变化与静电力做功的关系，电势的定义及物理意义。通过【知识回顾】复习第九章静电平衡、尖端放电等内容，搭建新旧知识联系的学习支架，引导学生自然过渡到新知识学习。 资料特色突出科学思维与科学探究，通过类比重力势能建立电势能概念，运用比值定义法构建电势概念，深化对场性质描述方法的理解。“思考与讨论”环节设计推导与探究任务，结合分层练习（如静电力做功计算、电势能变化分析），助力学生提升演绎推理能力，培养物理观念与科学探究素养。

第1节 电势能和电势 物理观念：理解静电力做功与路径无关的特点，建立电势能的概念，明确电势能变化与静电力做功的关系WAB=EpA-EpB，理解电势的定义φ=及物理意义，掌握电势的标量性与相对性。 科学思维：通过类比重力势能建立电势能概念，体会类比法的科学价值，通过比值定义电势，深化对“用物理量之比定义场的性质”方法的理解，通过逻辑推导静电力做功的特点，提升演绎推理能力。 科学探究：通过推导匀强电场中静电力做功的过程，探究电场力做功的规律，通过“思考与讨论”环节，自主探究反映电场本身性质的物理量（电势）的构建方法。 科学态度与责任：体会电场与重力场的和谐统一性，感悟物理学“从现象到本质”的研究思路，了解实际应用中零电势点的规定（大地为零电势），体会物理知识的实用价值。 1.静电力做功与路径无关的规律，电势能变化与静电力做功的关系，电势的定义及物理意义(重点)。 2.电势能的相对性，电势概念的抽象建构(难点)。 【知识回顾】 第九章 静电场及其应用 第4节 静电的防止及利用 一、静电平衡 1.静电平衡：导体内的自由电子不再发生定向移动的状态。 2.处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为0，即外电场E0和感应电荷产生的电场E'的关系为E0=-E'。 3.导体上电荷的分布： (1)静电平衡时，导体内部没有净电荷(未被抵消的电荷)，电荷只分布在导体的外表面。 (2)在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积的电荷量)越大，凹陷的位置几乎没有电荷。 4.处于静电平衡状态的导体，其外表面任一点的电场强度方向跟该点的表面垂直。 二、尖端放电 1.空气的电离：在一定条件下，导体尖端电荷密度很大，导体尖端周围的强电场使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动，并与空气分子碰撞从而使空气分子中的正负电荷分离，这个现象叫作空气的电离。 2.尖端放电：所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引，而与尖端上的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷的现象。 3.尖端放电的应用与防止： (1)应用：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。 (2)防止：高压设备中导体的表面尽量光滑会减少电能的损失。 三、静电屏蔽 1.定义：导体壳(或金属壳)内达到静电平衡后，外电场对内部不会产生影响，金属壳的这种作用叫作静电屏蔽。 2.实质：静电屏蔽的实质是利用了静电感应现象，使金属壳内的感应电荷的电场和外加电场的电场强度矢量和为零。 3.航天器经过地球大气层时，与大气层高速摩擦产生高温，在航天器周围形成等离子体，对航天器产生静电屏蔽作用，导致地面控制中心与航天器的通信暂时中断。 4.电梯轿厢通常是用不锈钢做的，因此在封闭的电梯里手机通信中断，也是发生了静电屏蔽。 四、静电吸附 1.静电吸附：在电场中，带电粒子受到静电力的作用，向着电极运动，最后被吸附在电极上的现象。 2.静电除尘：当空气中的尘埃带电时，在静电力作用下，尘埃到达电极而被收集起来的过程。 3.静电喷漆：接负高压的涂料雾化器喷出的油漆微粒带负电，在静电力作用下，这些微粒向着作为正极的工件运动，并沉积在工件表面的过程。 4.静电复印：复印机应用了静电吸附的原理。 【自主预习】 第十章 静电场中的能量 第1节 电势能和电势 一、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。 二、电势能 1.定义：电荷在电场中具有的势能，是与位置有关的物理量。符号：Ep。 2.静电力做功与电势能变化之间的关系： (1)WAB=EpA-EpB。 (2)静电力做正功，即WAB>0，电势能减少；静电力做负功，即WAB<0，电势能增加。 3.电势能的大小：电荷在某点的电势能，等于把它从这点移动到零势能位置时静电力所做的功。 4.电势能的几点说明： (1)标量：正负值表示电势能大小。 (2)系统性：电荷与电场共有的能量。 (3)相对性：通常以离场源电荷无限远或地面为零势能面。 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.公式：φ=。 3.单位：在国际单位制中，电势的单位是伏特，符号是V，1 V=1 J/C。 4.电势是标(填“矢”或“标”)量，只有大小，没有方向。 思考与讨论1 一、静电力做功的特点 1.如图，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，计算这两种情况下静电力对电荷所做的功，并根据结果猜想静电力做功有何特点？ 答案 路径AB： 路径AMB： 以上两种不同路径中静电力对q所做的功是一样的。 2.如果路径改成曲线，你能证明这个结论是否正确吗？ 答案 路径AB： 路径AMB： 曲线AB： 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。 思考与讨论2 二、电势能 1.电场力做功与重力做功有何异同点？电场力做功与电势能变化有何关系？ 答案 结论：电场力做功与电势能变化关系W电=-ΔEP 2.从A→B，电场力对正电荷做正功、对负电荷做负功。 能得出什么结论？ 答案 电势能的相对性。电荷在电场中某点电势能跟电性、零势能面选取有关。 三、电势 1.假如正试探电荷沿着电场线从A点移到B点，电荷的电势能如何变化？A、B两点电势有什么关系？ 答案　电势能减少　φA>φB 2.假如负试探电荷从A点移到B点，电势能如何变化？A、B两点电势有什么关系？ 答案　电势能增加　φA>φB 【练习】关于电场力做功的特点，下列说法正确的是（　　） A．在电场中移动电荷，路径不同，电场力做的功一定不同 B．电场力做的功只与电荷在电场中的始、末位置有关 C．电场力对电荷做正功，电荷的电势能增加 D．电荷在电场中的位置发生了变化，电场力对电荷一定做了功 【答案】B 【练习】将q=−2×10^−8C的点电荷从电场中的a点移动到b点，电场力对该电荷做了4×10^−7 J的正功，则该电荷的电势能（　　） A．增加了20 J B．减少了20 J C．增加了4×10^−7 J D．减少了4×10^−7 J 【答案】D 【练习】两带电小球，电荷量分别为+q和−q，固定在一长度为l的绝缘细杆的两端，置于电场强度为E的匀强电场中，杆与电场强度方向平行，其位置如图所示。若此杆绕过O点垂直于杆的轴线转过180°，则在此转动过程中静电力做的功为（　　） A．0 B．qEl C．2qEl D．πqEl 【答案】C 【练习】将带电荷量为2×10^−6C的负电荷从电场中的A点移到B点，克服静电力做了4×10^−5J的功，再从B点移到C点，静电力做了1.4×10^−5J的功，则： (1)该电荷从A点移到B点，再从B点移到C点的过程中电势能共改变了多少； (2)如果规定A点的电势能为零，则该电荷在B点和C点的电势能分别为多少； B点和C点的电势分别为多少。 【答案】(1)2.6×10^−5J (2)4×10^−5J，2.6×10^−5J，−20V，−13V 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第1节 电势能和电势 物理观念：理解静电力做功与路径无关的特点，建立电势能的概念，明确电势能变化与静电力做功的关系WAB=EpA-EpB，理解电势的定义φ=及物理意义，掌握电势的标量性与相对性。 科学思维：通过类比重力势能建立电势能概念，体会类比法的科学价值，通过比值定义电势，深化对“用物理量之比定义场的性质”方法的理解，通过逻辑推导静电力做功的特点，提升演绎推理能力。 科学探究：通过推导匀强电场中静电力做功的过程，探究电场力做功的规律，通过“思考与讨论”环节，自主探究反映电场本身性质的物理量（电势）的构建方法。 科学态度与责任：体会电场与重力场的和谐统一性，感悟物理学“从现象到本质”的研究思路，了解实际应用中零电势点的规定（大地为零电势），体会物理知识的实用价值。 1.静电力做功与路径无关的规律，电势能变化与静电力做功的关系，电势的定义及物理意义(重点)。 2.电势能的相对性，电势概念的抽象建构(难点)。 【知识回顾】 第九章 静电场及其应用 第4节 静电的防止及利用 一、静电平衡 1.静电平衡：导体内的自由电子不再发生 的状态。 2.处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为 ，即外电场E0和感应电荷产生的电场E'的关系为E0=-E'。 3.导体上电荷的分布： (1)静电平衡时，导体 没有净电荷(未被抵消的电荷)，电荷只分布在导体的 。 (2)在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积的电荷量) ，凹陷的位置几乎没有电荷。 4.处于静电平衡状态的导体，其外表面任一点的电场强度方向跟该点的表面 。 二、尖端放电 1.空气的电离：在一定条件下，导体尖端电荷 很大，导体尖端周围的强电场使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动，并与空气分子碰撞从而使空气分子中的正负电荷 ，这个现象叫作空气的电离。 2.尖端放电：所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被 ，而与尖端上的电荷 ，相当于导体从尖端 的现象。 3.尖端放电的应用与防止： (1)应用：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。 (2)防止：高压设备中导体的表面尽量 会减少电能的损失。 三、静电屏蔽 1.定义：导体壳(或金属壳)内达到静电平衡后，外电场对内部 产生影响，金属壳的这种作用叫作静电屏蔽。 2.实质：静电屏蔽的实质是利用了 现象，使金属壳内的感应电荷的电场和外加电场的电场强度矢量和为 。 3.航天器经过地球大气层时，与大气层高速摩擦产生高温，在航天器周围形成等离子体，对航天器产生静电屏蔽作用，导致地面控制中心与航天器的通信暂时中断。 4.电梯轿厢通常是用不锈钢做的，因此在封闭的电梯里手机通信中断，也是发生了静电屏蔽。 四、静电吸附 1.静电吸附：在电场中，带电粒子受到 的作用，向着电极运动，最后被吸附在电极上的现象。 2.静电除尘：当空气中的尘埃带电时，在 作用下，尘埃到达电极而被收集起来的过程。 3.静电喷漆：接负高压的涂料雾化器喷出的油漆微粒带负电，在静电力作用下，这些微粒向着作 为 的工件运动，并沉积在工件表面的过程。 4.静电复印：复印机应用了 的原理。 【自主预习】 第十章 静电场中的能量 第1节 电势能和电势 一、静电力做功的特点 静电力所做的功与电荷的 和 有关，与电荷经过的路径 。 二、电势能 1.定义：电荷在电场中具有的势能，是与 有关的物理量。符号： 。 2.静电力做功与电势能变化之间的关系： (1)WAB= 。 (2)静电力做正功，即WAB>0，电势能 ；静电力做负功，即WAB<0，电势能 。 3.电势能的大小：电荷在某点的电势能，等于把它从这点移动到 时静电力所做的功。 4.电势能的几点说明： (1)标量：正负值表示电势能 。 (2)系统性：电荷与 共有的能量。 (3)相对性：通常以离场源电荷 或 为零势能面。 三、电势 1.定义：电荷在电场中某一点的 与它的 之比。 2.公式：φ=。 3.单位：在国际单位制中，电势的单位是 ，符号是V，1 V=1 J/C。 4.电势是 (填“矢”或“标”)量，只有大小，没有方向。 思考与讨论1 一、静电力做功的特点 1.如图，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，计算这两种情况下静电力对电荷所做的功，并根据结果猜想静电力做功有何特点？ 2.如果路径改成曲线，你能证明这个结论是否正确吗？ 思考与讨论2 二、电势能 1.电场力做功与重力做功有何异同点？电场力做功与电势能变化有何关系？ 2.从A→B，电场力对正电荷做正功、对负电荷做负功。 能得出什么结论？ 三、电势 1.假如正试探电荷沿着电场线从A点移到B点，电荷的电势能如何变化？A、B两点电势有什么关系？ 2.假如负试探电荷从A点移到B点，电势能如何变化？A、B两点电势有什么关系？ 【练习】关于电场力做功的特点，下列说法正确的是（　　） A．在电场中移动电荷，路径不同，电场力做的功一定不同 B．电场力做的功只与电荷在电场中的始、末位置有关 C．电场力对电荷做正功，电荷的电势能增加 D．电荷在电场中的位置发生了变化，电场力对电荷一定做了功 【练习】将q=−2×10^−8C的点电荷从电场中的a点移动到b点，电场力对该电荷做了4×10^−7 J的正功，则该电荷的电势能（　　） A．增加了20 J B．减少了20 J C．增加了4×10^−7 J D．减少了4×10^−7 J 【练习】两带电小球，电荷量分别为+q和−q，固定在一长度为l的绝缘细杆的两端，置于电场强度为E的匀强电场中，杆与电场强度方向平行，其位置如图所示。若此杆绕过O点垂直于杆的轴线转过180°，则在此转动过程中静电力做的功为（　　） A．0 B．qEl C．2qEl D．πqEl 【练习】将带电荷量为2×10^−6C的负电荷从电场中的A点移到B点，克服静电力做了4×10^−5J的功，再从B点移到C点，静电力做了1.4×10^−5J的功，则： (1)该电荷从A点移到B点，再从B点移到C点的过程中电势能共改变了多少； (2)如果规定A点的电势能为零，则该电荷在B点和C点的电势能分别为多少； B点和C点的电势分别为多少。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $