2021-2022學(xué)年新教材高中物理第十章靜電場中的能量第1節(jié)電勢能和電勢學(xué)案新人教版必修第三冊(cè)

第1節(jié)電勢能和電勢學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過計(jì)算在勻強(qiáng)電場中移動(dòng)電荷靜電力所做的功,認(rèn)識(shí)靜電力做功跟路徑無關(guān)的特點(diǎn)。2.通過類比重力勢能引入電勢能,體會(huì)能量觀點(diǎn)是分析物理問題的重要方法,并進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到物理學(xué)的和諧統(tǒng)一性。3.理解電勢能的變化與靜電力做功的關(guān)系。4.通過建立電勢概念的過程,理解電勢是從能的角度描述電場的物理量。會(huì)判斷電場中兩點(diǎn)電勢的上下。自主預(yù)習(xí)1.電場最根本的性質(zhì)是什么?電場強(qiáng)度的定義式?點(diǎn)電荷電場強(qiáng)度的決定式?2.功的計(jì)算公式?靜電力做功的特點(diǎn)?(與什么因素有關(guān)?與什么因素?zé)o關(guān)?)3.重力做功引起重力勢能的變化,寫出重力做功與重力勢能變化之間的關(guān)系。4.什么是電勢能?靜電力做功與電勢能變化的關(guān)系?表達(dá)式?5.什么是電勢?定義式?單位?電勢是標(biāo)量還是矢量?課堂探究[情境導(dǎo)入]一個(gè)正電荷在電場中某點(diǎn)由靜止釋放,將如何運(yùn)動(dòng)?(三)靜電力做功的特點(diǎn)[情境設(shè)問]試探電荷q在電場強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場中沿不同路徑從A運(yùn)動(dòng)到B:1.q沿直線從A到B;2.q沿折線從A到M,再從M到B;3.q沿任意曲線從A到B。分析三種情況下靜電力做功的情況。[思考與討論]通過對(duì)這三種情況的分析,你能夠得到什么結(jié)論?(四)電勢能[提出問題]電場力做功的特點(diǎn)與以前研究過的什么力做功的特點(diǎn)相似?[情境設(shè)問]如下圖,試探電荷在電場中移動(dòng)時(shí),靜電力做什么功?動(dòng)能如何變化?電勢能如何變化?(a)(b)[提出問題]大家要注意,電荷有兩種:正電荷和負(fù)電荷。如果在以上情境中移動(dòng)的是負(fù)電荷,結(jié)果又如何呢?[思考與討論]根據(jù)以上的分析,歸納一下靜電力做功與電勢能變化之間的關(guān)系。[思考與討論]我們是如何確定物體在某一位置時(shí)的重力勢能的?類比思考,如何確定電荷在電場中某一點(diǎn)的電勢能?[思考與討論]1.重力勢能是物體和地球所組成的系統(tǒng)所共有的,那么電勢能是否是電荷和電場這個(gè)系統(tǒng)所共有的?2.如果被移動(dòng)電荷的電荷量、極性不同,電勢能相同嗎?3.如果電場發(fā)生變化,被移動(dòng)電荷的電勢能會(huì)有變化嗎?(五)電勢[情境設(shè)問]如何計(jì)算電荷q在電場中A點(diǎn)的電勢能?[提出問題]電勢是標(biāo)量,電勢有正負(fù)嗎?[情境設(shè)問]1.圖(a)中正的試探電荷沿著電場線移動(dòng),電勢能如何變化?電勢如何變化?2.圖(b)中負(fù)的試探電荷沿著電場線移動(dòng),電勢能如何變化?電勢如何變化?(a)(b)[例題展示]【例題1】一電荷量q=+3×10-6C的點(diǎn)電荷,從電場中的A點(diǎn)移到B點(diǎn)時(shí),克服靜電力做功6×10-4J。求:(1)電荷的電勢能怎樣變化?變化了多少?(2)電荷在A點(diǎn)的電勢能EpA是多少?(以B點(diǎn)為零勢能點(diǎn))(3)如果把這一電荷從B點(diǎn)移到C點(diǎn)時(shí)靜電力做功9×10-4J,電荷的電勢能怎樣變化?變化了多少?(4)如果選取C點(diǎn)為零勢能點(diǎn),那么電荷在A點(diǎn)的電勢能又是多少?(5)比擬EpA和EpA'數(shù)值,你有什么收獲?【例題2】把q1=4×10-9C的試探電荷放在電場中的A點(diǎn),具有6×10-8J的電勢能,(1)求A點(diǎn)的電勢。(2)假設(shè)把q2=2×10-10C的試探電荷放在電場中的A點(diǎn),電荷所具有的電勢能是多少?(3)假設(shè)把q3=-2×10-12C的試探電荷放在電場中的A點(diǎn),電荷所具有的電勢能又是多少?核心素養(yǎng)專練1.(多項(xiàng)選擇)以下說法正確的選項(xiàng)是()A.在確定的電場中移動(dòng)電荷時(shí),電勢能的改變量同零電勢點(diǎn)的選擇無關(guān)B.在確定的電場中,電荷所具有的電勢能同零電勢點(diǎn)的選擇無關(guān)C.電勢能是電場和場中電荷共有的能D.電勢能只是電場中的電荷所具有的能2.將一電荷量為q=2×10-6C的正電荷從無限遠(yuǎn)處一點(diǎn)P移至電場中某點(diǎn)A,靜電力做功4×10-5J。求:(1)正電荷在A點(diǎn)的電勢能。(取無限遠(yuǎn)處為電勢零點(diǎn))(2)A點(diǎn)的電勢。(3)正電荷移入電場前A點(diǎn)的電勢。3.如下圖,a、b為某電場線上的兩點(diǎn),那么以下的結(jié)論正確的選項(xiàng)是()A.把正電荷從a移到b,電場力做正功,電荷的電勢能減少B.把正電荷從a移到b,電場力做負(fù)功,電荷的電勢能增加C.把負(fù)電荷從a移到b,電場力做正功,電荷的電勢能增加D.把負(fù)電荷從b移到a,電場力做負(fù)功,電荷的電勢能增加4.如下圖,Q是帶正電的點(diǎn)電荷,P1、P2為其產(chǎn)生的電場中的兩點(diǎn),假設(shè)E1、E2分別為P1和P2兩點(diǎn)的電場強(qiáng)度的大小,φ1、φ2分別為P1和P2兩點(diǎn)的電勢,那么()A.E1>E2,φ1>φ2 B.E1>E2,φ1<φ2C.E1<E2,φ1>φ2 D.E1<E2,φ1<φ25.如下圖,有一帶電的微粒,在電場力的作用下沿曲線從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn),那么微粒()A.帶負(fù)電,電勢能增加 B.帶負(fù)電,電勢能減少C.帶正電,電勢能增加 D.帶正電,電勢能減少6.在電場中,把電荷量為4×10-9C的正點(diǎn)電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn),克服靜電力做功6×10-8J,以下說法正確的選項(xiàng)是()A.電荷在B點(diǎn)具有的電勢能是6×10-8JB.B點(diǎn)的電勢是15VC.電荷的電勢能增加了6×10-8JD.電荷的電勢能減少了6×10-8J7.將一正電荷從無窮遠(yuǎn)處移至電場中M點(diǎn),靜電力做功為6.0×10-9J,假設(shè)將一個(gè)等量的負(fù)電荷從電場中N點(diǎn)移向無窮遠(yuǎn)處,靜電力做功為7.0×10-9J,那么M、N兩點(diǎn)的電勢φM、φN有如下關(guān)系()A.φM<φN<0 B.φN>φM>0C.φN<φM<0 D.φM>φN>08.(多項(xiàng)選擇)如下圖的電場中有A、B兩點(diǎn),以下判斷正確的選項(xiàng)是()A.電勢φA>φB,電場強(qiáng)度EA>EBB.電勢φA>φB,電場強(qiáng)度EA<EBC.將電荷量為q的正電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn),靜電力做正功,電勢能減少D.將電荷量為q的負(fù)電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn),電荷具有的電勢能EpA>EpB9.(多項(xiàng)選擇)如圖甲所示,AB是電場中的一條直線,電子以某一初速度從A點(diǎn)出發(fā),僅在電場力作用下沿AB運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn),其v-t圖像如圖乙所示。關(guān)于A、B兩點(diǎn)的電場強(qiáng)度EA、EB和電勢φA、φB的關(guān)系,以下判斷正確的選項(xiàng)是()A.EA>EB B.EA<EBC.φA>φB D.φA<φB甲乙10.如下圖,在電場強(qiáng)度為E=104N/C、方向水平向右的勻強(qiáng)電場中,用一根長l=1m的絕緣細(xì)桿(質(zhì)量不計(jì))固定一個(gè)質(zhì)量為m=0.2kg、電荷量為q=5×10-6C的帶正電的小球。細(xì)桿可繞軸O在豎直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)?，F(xiàn)將桿由水平位置A輕輕釋放,在小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)B的過程中,靜電力對(duì)小球做功多少?小球電勢能如何變化?參考答案自主預(yù)習(xí)1.對(duì)放入其中的電荷有力的作用E=E=k3.W=Flcosα,靜電力做的功與電荷的初始位置和終止位置有關(guān),與電荷經(jīng)過的路徑無關(guān)。3.WG=Ep1-Ep24.電荷在電場中具有的勢能,叫電勢能。靜電力做功的多少與路徑無關(guān),只與電荷在電場中的初、末位置有關(guān)。WAB=EpA-EpB5.電荷在電場中某一點(diǎn)的電勢能與它的電荷量之比,叫作電場在該點(diǎn)的電勢。φ=伏特標(biāo)量課堂探究[情景導(dǎo)入]勻加速直線運(yùn)動(dòng)。[情景設(shè)問]略[思考與討論1]在勻強(qiáng)電場中移動(dòng)電荷時(shí),靜電力做的功與電荷經(jīng)過的路徑無關(guān),只與電荷的起始位置和終止位置有關(guān)。[提出問題1]電場力做功的特點(diǎn)與重力做功的特點(diǎn)相似。[情境設(shè)問1](a)中靜電力做正功,由于動(dòng)能增加,根據(jù)能量守恒,電勢能減小。(b)中靜電力做負(fù)功,由于動(dòng)能減小,根據(jù)能量守恒,電勢能增加。[提出問題2](a)中靜電力做負(fù)功,由于動(dòng)能減小,根據(jù)能量守恒,電勢能增加。(b)中靜電力做正功,由于動(dòng)能增加,根據(jù)能量守恒,電勢能減小。[思考與討論2]靜電力對(duì)電荷做正功,電荷的電勢能減小;靜電力對(duì)電荷做負(fù)功,電荷的電勢能增大。靜電力做的功等于電勢能的減少量。[思考與討論3]先確定某一點(diǎn)的電勢能為零,才能確定電荷在電場中其他位置時(shí)的電勢能。[思考與討論4]1.電勢能是電荷和電場所共有的。2.如果被移動(dòng)電荷的電荷量、極性不同,電勢能也不同。3.如果電場發(fā)生變化,那么被移動(dòng)電荷的電勢能也發(fā)生變化。[情境設(shè)問2]設(shè)O點(diǎn)為零勢能點(diǎn),WAO=EpA-EPO=EpA-0得EpA=WAO[提出問題3]電勢的正負(fù)表示大小。[情境設(shè)問3]正的試探電荷沿著電場線移動(dòng),靜電力做正功,電勢能減少,電勢降低;負(fù)的試探電荷沿著電場線移動(dòng),靜電力做負(fù)功,電勢能增加,電勢降低。例題展示【例題1】例題分析:應(yīng)用靜電力做功與電勢能變化的關(guān)系WAB=EpA-EpB解決問題,注意各物理量要將正負(fù)號(hào)及數(shù)值一并代入進(jìn)行計(jì)算。例題解答:(1)從A點(diǎn)移到B點(diǎn),靜電力做負(fù)功,電勢能增加,增加了6×10-4J。(2)WAB=EpA-EpB=EpA-0得EpA=-6×10-4J(3)靜電力做正功,電勢能減小,減小了9×10-4J(4)WAC=WAB+WBC=3×10-4JWAC=EpA'-EpC=EpA'-0得EpA'=3×10-4J(5)電勢能具有相對(duì)性,取不同的位置為零勢能點(diǎn),同一電荷的電勢能可以不同。【例題2】例題分析:應(yīng)用電勢的定義式φ=解決問題。注意各物理量要將正負(fù)號(hào)及數(shù)值一并代入進(jìn)行計(jì)算。例題解答:(1)φA==V=15V(2)Ep2=q2φA=2×10-10×15J=3×10-9J(3)Ep3=q3φA=-2×10-12×15J=-3×10-11J核心素養(yǎng)專練1.AC2.解:(1)WpA=EpP-EpA=0-EpA得EpA=-4×10-5J(2)φA==V=-20V(3)A點(diǎn)的電勢是由電場本身決定的,跟A點(diǎn)是否有電荷存在無關(guān),所以電荷移入電場前,A點(diǎn)的電勢仍為-20V。3.A4.A5.D6.C7.C8.BC9.AC10.解:靜電力做功與路徑無關(guān)。在小球由A運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)B的過程中,靜電力對(duì)小球做的正功為W=qEl=5×10-6×104×1J=0.05J靜電力對(duì)小球做正功,小球電勢能減少,減少的電勢能為0.05J。學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過計(jì)算在勻強(qiáng)電場中移動(dòng)電荷靜電力所做的功,認(rèn)識(shí)靜電力做功跟路徑無關(guān)的特點(diǎn)。2.通過類比重力勢能引入電勢能,體會(huì)能量觀點(diǎn)是分析物理問題的重要方法,并進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到物理學(xué)的和諧統(tǒng)一性。3.理解電勢能的變化與靜電力做功的關(guān)系。4.通過建立電勢概念的過程,理解電勢是從能的角度描述電場的物理量。學(xué)習(xí)資源物理教材必修第三冊(cè)學(xué)習(xí)方法通過自主學(xué)習(xí)、合作探究、互動(dòng)展示完本錢節(jié)課的學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)過程[課前預(yù)習(xí)]在固定的點(diǎn)電荷+Q的電場中放入點(diǎn)電荷+q,由靜止釋放,從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn),思考答復(fù)以下問題:1.+q的受力方向如何?2.+q的加速度、速度如何變化?3.+q做什么運(yùn)動(dòng)?4.電場力對(duì)+q做正功還是負(fù)功?5.+q動(dòng)能如何變化?6.+q的動(dòng)能從何處來?[課堂探究]重力場與電場:重力場中物體受力和靜電場中電荷受力類比:1.重力場中物體受力靜電場中電荷受力。

2.g=E=3.畫出重力場和電場的場線假設(shè)我們身處上述情境中一個(gè)很小的區(qū)域內(nèi),重力場和電場線可以怎么畫?[重力勢能與電勢能]重力做功與重力勢能的變化:重力做功示意圖[問題討論]從A到B,重力如何做功?重力做功與什么因素有關(guān)?A點(diǎn)的重力勢能是多少?重力勢能的大小與什么因素有關(guān)?是定值嗎?重力做功與重力勢能的關(guān)系?結(jié)論:1.。

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電場力做功與電勢能的變化:電場力做功示意圖[問題討論]從A到B,電場力如何做功?電場力做功與什么因素有關(guān)?參照重力做功與重力勢能關(guān)系,如何定義伴隨電場力做功而變化的能量?它是定值嗎?電場力做功與電勢能變化的關(guān)系?結(jié)論:1.。

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【例題1】一電荷量q=+3×10-6C的點(diǎn)電荷,從電場中的A點(diǎn)移到B點(diǎn)時(shí),克服靜電力做功6×10-4J。求:(1)電荷的電勢能怎樣變化?變化了多少?(2)電荷在A點(diǎn)的電勢能EpA是多少?(以B點(diǎn)為零勢能點(diǎn))(3)如果把這一電荷從B點(diǎn)移到C點(diǎn)時(shí)靜電力做功9×10-4J,電荷的電勢能怎樣變化?變化了多少?(4)如果選取C點(diǎn)為零勢能點(diǎn),那么電荷在A點(diǎn)的電勢能又是多少?(5)比擬EpA和EpA'數(shù)值,你有什么收獲?【例題2】把q1=4×10-9C的試探電荷放在電場中的A點(diǎn),具有6×10-8J的電勢能,(1)求A點(diǎn)的電勢。(2)假設(shè)把q2=2×10-10C的試探電荷放在電場中的A點(diǎn),電荷所具有的電勢能是多少?(3)假設(shè)把q3=-2×10-12C的試探電荷放在電場中的A點(diǎn),電荷所具有的電勢能又是多少?課后練習(xí)1.(多項(xiàng)選擇)以下說法正確的選項(xiàng)是()A.在確定的電場中移動(dòng)電荷時(shí),電勢能的改變量同零電勢點(diǎn)的選擇無關(guān)B.在確定的電場中,電荷所具有的電勢能同零電勢點(diǎn)的選擇無關(guān)C.電勢能是電場和場中電荷共有的能D.電勢能只是電場中的電荷所具有的能2.將一電荷量為q=2×10-6C的正電荷從無限遠(yuǎn)處一點(diǎn)P移至電場中某點(diǎn)A,靜電力做功4×10-5J。求:(1)正電荷在A點(diǎn)的電勢能。(取無限遠(yuǎn)處為電勢零點(diǎn))(2)A點(diǎn)的電勢。(3)正電荷移入電場前A點(diǎn)的電勢。3.如下圖,a、b為某電場線上的兩點(diǎn),那么以下的結(jié)論正確的選項(xiàng)是()A.把正電荷從a移到b,電場力做正功,電荷的電勢能減少B.把正電荷從a移到b,電場力做負(fù)功,電荷的電勢能增加C.把負(fù)電荷從a移到b,電場力做正功,電荷的電勢能增加D.把負(fù)電荷從b移到a,電場力做負(fù)功,電荷的電勢能增加4.如下圖,Q是帶正電的點(diǎn)電荷,P1、P2為其產(chǎn)生的電場中的兩點(diǎn),假設(shè)E1、E2分別為P1和P2兩點(diǎn)的電場強(qiáng)度的大小,φ1、φ2分別為P1和P2兩點(diǎn)的電勢,那么()A.E1>E2,φ1>φ2 B.E1>E2,φ1<φ2C.E1<E2,φ1>φ2 D.E1<E2,φ1<φ25.如下圖,有一帶電的微粒,僅在電場力的作用下沿曲線從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn),那么微粒()A.帶負(fù)電,電勢能增加B.帶負(fù)電,電勢能減少C.帶正電,電勢能增加D.帶正電,電勢能減少核心素養(yǎng)專練1.完成課本課后習(xí)題和學(xué)案。2.[情境應(yīng)用]閃電是云層與云層或云層與地面上的高大建筑物之間的強(qiáng)烈放電現(xiàn)象。1970年春季的一個(gè)雷雨交加的天氣,上午9時(shí)許,湖北古城黃州的青云塔頂被雷電擊為兩截。據(jù)有關(guān)專家估算,這次雷擊所釋放的能量至少有3.2×106J。設(shè)云層與塔頂間移動(dòng)的電荷量為+48C,試估算云層所在處的電勢為多大?(取兩位有效數(shù)字)3.[課外百科]電場強(qiáng)度是描述電場力的性質(zhì)的物理量,電勢是描述電場能的性質(zhì)的物理量,而我們的生活中處處是電場。有一種電場強(qiáng)度儀可以測量電場強(qiáng)度。課后同學(xué)們可以查閱相關(guān)資料,了解電場強(qiáng)度儀的原理及使用,了解電場對(duì)人類身體的影響。參考答案課前預(yù)習(xí)1.向右2.加速度減小,速度增大3.初速度為0的變加速直線運(yùn)動(dòng)4.正功5.增加6.電場中的能量課堂探究類比:1.F=mgF=qE2.g=E=3.重力場和電場相似性比擬4.很小區(qū)域內(nèi)重力場和電場線比擬結(jié)論:1.從A到B,重力做功:WAB=mgAB·cosθ=mgh=mgh1-mgh22.重力做功與路徑無關(guān),只與初、末位置有關(guān)。3.A點(diǎn)重力勢能:EPA=mgh1,重力勢能大小是相對(duì)的,與零勢面選取有關(guān)。(相對(duì)性、系統(tǒng)性、標(biāo)量)4.WAB=mgh1-mgh2,重力做正功,重力勢能減小;重力做負(fù)功,重力勢能增加。結(jié)論:1.從A到B,電場力做