電勢能 電勢差的教案示例

1、電勢能 電勢差的教案示例一、教學(xué)目標(biāo)1通過與重力勢能對比，使學(xué)生掌握電勢能這一概念。2掌握電勢差概念。3復(fù)習(xí)鞏固用比值定義物理量的條件。4復(fù)習(xí)加深能量轉(zhuǎn)化和功之間的關(guān)系。二、重點、難點分析1重點是明確電場力的功和電勢能的變化之間的關(guān)系及建立電勢差的概念。但它的值由場源電荷的分布及兩個點的位置決定，而與W、q無關(guān)。三、主要教學(xué)過程（一）引入新課前面我們從電荷在電場中受到力的作用出發(fā)，研究了電場的性質(zhì)。我們引入電場強度矢量E描述電場強弱，用矢量E描述電場力的性質(zhì)。規(guī)定單位正電荷在某點所受電場力的方向為該點場強方向，大小為場強大小。這樣表示出電場力的性質(zhì)。電場對放入其中的電荷有力的作用，此力可以做功

2、，所以電場也有能的性質(zhì)。下面我們從能量角度研究電場性質(zhì)。復(fù)習(xí)：1功的量度W=Fscos力和物體在力的方向上位移的乘積。（為F與s的夾角）2重力功（1）重力功只與物體的起末位置有關(guān)而與路徑無關(guān)。如圖1所示，物體沿不同路徑經(jīng)由A到B，重力功僅與AB兩點豎直方向高度差有關(guān)，與所走路徑無關(guān)。W=mgh（2）重力功與重力勢能的關(guān)系重力對物體做功，物體重力勢能減小，物體克服重力做功，物體重力勢能增加。重力做多少功，重力勢能就減少多少。重力功等于重力勢能增量的負(fù)值，即：WG=Ep（3）重力勢能是相對的，有零勢能面。（人為選定）（4）物體在某處的重力勢能（可正可負(fù)），數(shù)值上等于把物體從該點移到零勢能面處時,重

3、力所做的功,如前圖1中,如設(shè)EpA=0,則EpB=-mgh，如設(shè)EpB=0,則EpA=mgh。（5）重力勢能應(yīng)歸物體與地球所共有。一般我們只提物體不說地球，但不等于歸物體自己所有，原因是如沒有地球則談不上物體受重力，所以也談不上重力勢能。以上為重力功的特點及它與重力勢能的關(guān)系。在熱學(xué)中，我們學(xué)過分子間有分子力，rr0時為斥力，rr0時為引力，分子力間可做功，且與路徑無關(guān)，因此有分子勢能。分子做正功分子勢能減小，分子做負(fù)功分子勢能增大。下邊我們首先來看看電場力做功的特點。（二）教學(xué)過程設(shè)計1電場力做功的特點上節(jié)課我們了解了幾種典型電場，今天我們就用勻強電場來研究電場力功的特點。在場強為E的勻強場

4、中，令電荷q沿任意一條曲線由A移至B（如圖2），可將AB分成若干小段AA1、A1A2，若小段的數(shù)目足夠多，每一小段都足夠短，則可用折射AB1、A1B1、A1B2、A2B2 代替曲線，電荷在AB1、A1B2段上移動時，電場力的功為EqAB1、EqA1B2，電荷在B1A1、B2A2段上移動時，電場力不做功，所以電荷由A移至B的過程中電場力做功W=Eq（AB1+A1B2+）= EqAB即W為電場力與AB在電場力方向上投影的乘積，與路徑無關(guān)。由上可知：電場力做功與路徑無關(guān)，僅與電荷運動的起末位置有關(guān)。此結(jié)論不僅適用于勻強電場而且適用于任何電場。（在中學(xué)階段不必學(xué)習(xí)其證明方法）例如：如圖3所示，在場電荷

5、+Q的電場中檢驗電荷q 由A移至B，電場力做的功為W。以O(shè)A為半徑畫弧交OB于C，則q 由A沿弧到C到B電場力做功為W1，q 由C到B電場力做功為W2，則有W=W1=W2。原因是q 由A到C，電場力做功為零，WACB=WAC+WCB=W1=W2=W小結(jié)：（1）重力做功與路徑無關(guān)，所以物體具有由位置決定的重力勢能。（2）分子力做功與路徑無關(guān)，所以分子間有由相對位置決定的分子能。類似地電場力做功也與路徑，無關(guān)僅與電荷起末位置有關(guān)，所以電荷在電場中也具有與位置有關(guān)的勢能電勢能。2電勢能E電荷在電場中具有的與電荷位置有關(guān)的能，叫電勢能。提問：電場力功與電勢能有什么關(guān)系？提示重力功與重力勢能的關(guān)系。在學(xué)

6、生回答的基礎(chǔ)上總結(jié)：（1）電場力對電荷做正功，電勢能減少；電場力對電荷做負(fù)功，電勢能增加。電場力功等于電勢能增量負(fù)值，即W電=E。（2）電勢能也是相對的，零勢能點是人為選定的。點電荷一般取無窮遠(yuǎn)為零勢能處。提問：電荷在電場中的電勢能由誰決定？討論：如圖4所示，+Q電場中檢驗電荷q由A移到B再到無窮遠(yuǎn)，如果是+q電場力做正功，電勢能減少，到無窮遠(yuǎn)時電勢能變?yōu)榱?，所?q在A點時所具有的電勢能大于零；如果是q電場力做負(fù)功，電勢能增加，到無窮遠(yuǎn)時電勢能變?yōu)榱悖詑在A點時所具有的電勢能小于零。如果圖4中+Q變?yōu)镼，檢驗電荷q由 A移到 B再到無窮遠(yuǎn)，如果是+q電場力做負(fù)功，電勢能增加，到無窮遠(yuǎn)時電

7、勢能變?yōu)榱?，所?q在A點時所具有的電勢能小于零；如果是q電場力做正功，電勢能減少，到無窮遠(yuǎn)時電勢能變?yōu)榱?，所以q在A點時所具有的電勢能大于零。在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上總結(jié)：（3）電荷在電場中的電勢能由電荷正負(fù)和電場共同決定。點電荷電場中電勢能正負(fù)：如場電荷與檢驗電荷同號，則電勢能E大于零；如場電荷與檢驗電荷反號，則電勢能E小于零（前提：規(guī)定無窮遠(yuǎn)為零勢能處）。（4）電勢能是屬檢驗電荷與電場所共有的。（5）電勢能是標(biāo)量，只有大小無方向?？偨Y(jié)：從功能關(guān)系看，電荷在電場中某點的電勢能數(shù)值應(yīng)為把電荷從零勢能處移到場中某點時電場力所做功的負(fù)值。3電勢差提問：相同的電荷q在電場中都由A點出發(fā)，分別通過圖5所示

8、的路徑、到達B點，哪個電荷電勢能改變量??？在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上總結(jié)：根據(jù)電場力的功與路徑無關(guān)，而電場力的功數(shù)值上等于電勢能的改變量，所以三者的電勢能改變量相同。讓學(xué)生總結(jié)出：電荷在電場中移動時其電勢能的改變量由起始點與終點的位置決定。提問：把1C的電荷由A移到B，若電場力做了2J的功，若把2C的電荷由A移到B，電場力做了多少功？經(jīng)討論明確2C的電荷在移動過程中的每一點處受到的電場力都是1C電荷受力的2倍，所以電場力對它做的功應(yīng)是4J，即電場力的功還與移動電荷的電量q有關(guān)，即電勢能的改變量E與電量q及移動的起末位置有關(guān)。提問：E與q有什么關(guān)系？由上例很容易得出E與q成正比關(guān)系。更明確指出：場和場內(nèi)兩點位置確定以后，將電荷q由一點移至另一點，雖然q改變時，E也電壓），用U表示，即內(nèi)兩點位置決定，與檢驗電荷q、檢驗電荷q在場內(nèi)兩點間電勢能差之值無關(guān)。問：國際單位制中U的單位是什么？答：焦耳庫侖又稱伏特，簡稱V。問：電場中兩點間電勢差與零電勢點選取有關(guān)嗎？（三）讓學(xué)生總結(jié)本節(jié)重要內(nèi)容提問：電場力的功、電勢能的改變量、電勢差三者中哪些與移動的電量有關(guān)？哪些與移動的電量無關(guān)？答：電場力的功、電勢能的改變量與移動的電量有關(guān)，電勢差與移動的電量無關(guān)。（四）例題如圖6所