人教版物理（中職）類 5.2《電勢能、電勢、電勢差》 導(dǎo)學(xué)案

第2節(jié)《電勢能、電勢、電勢差》課前自主學(xué)習(xí)任務(wù)單基礎(chǔ)層次（A層次）一、學(xué)習(xí)目標1、了解電勢能的概念2、掌握電場力做功與電勢能的變化關(guān)系，會比較同一電荷在電場中不同點的電勢能的大小。3、理解電勢能的相對性。4、掌握電勢的定義、相對性，會判斷電場中兩點電勢的高低。5、理解電勢差的概念。6、掌握并會應(yīng)用勻強電場中電勢差與電場強度的關(guān)系的公式。二、學(xué)習(xí)過程：任務(wù)1：電勢能前面我們曾經(jīng)學(xué)過“能”的概念。如果一個物體能夠?qū)ν庾龉?，我們就說該物體具有能。比如：1、靜止的子彈不能對外做功，沒有能；而高速運行的子彈能夠克服人體肌肉的阻力做功穿入人體，我們說它具有能——動能2、直接把錘放在木樁上，錘不能對木樁做功，沒有能；但是把錘提高到一定的高度再放下，錘就能對木樁做功，說明提起的錘具有能——重力勢能。請看右圖：將帶正電q的小球用絲線懸掛在空中?！绻麤]有電荷Q的存在，q只能處在B的位置靜止不動，不能對外做功，沒有能。▲現(xiàn)在把Q移近q，即q處于Q形成的電場中，q在Q的電場力的作用下將會從B位置移動A位置，即q克服重力做了功。表明，處于電場中的q具有做功的能力，即具有某種能。我們把電場中的電荷由于受到_______的作用而具有的能量叫做________。用字母___表示。電勢能和重力勢能是一個同一性質(zhì)的能，因此和重力勢能一樣，只有大小，沒有方向，是標量，但可以有正負。其單位也是J。任務(wù)2：電場力做功與電勢能的變化關(guān)系前面我們講過，重力做正功，重力勢能必然減小。同樣道理，如果電場力做正功，電勢能也必然減小。根據(jù)這一點，我們可以比較電荷在電場中不同位置時電勢能的大小。如圖所示，試比較點電荷在電場中A、B兩點電勢能的大小。如果電荷帶正電：電荷的受力方向跟電場的方向相同，即由A到B，電荷在從A到B的移動過程中，位移的方向與電場力的方向相同，電場力做正功，電勢能減小，所以。如果電荷帶負電：電荷的受力方向跟電場的方向相反，即由B到A，電荷在從A到B的移動過程中，位移的方向與電場力的方向相反，電場力做負功，電勢能增大，所以。任務(wù)3：電勢能的相對性前面我們講過重力勢能具有相對性，只有先選定零勢能面，才能確定物體重力勢能的具體大小。同樣道理，電勢能也具有相對性，只有選定了電荷在某一位置的電勢能為零時，電荷在其它位置的電勢能才有確定的值?！锢碚撚嬎阒?，規(guī)定電荷在無窮遠處的電勢能為零。（因為無窮遠處的電場很弱，電場強度幾乎為零，也就沒有電勢能）例題：請說出下列電荷q在Q形成的電場中，電勢能的正負。答：把q由現(xiàn)在所在的點向無窮遠處移動過程中，電場力做正功（電場力的方向和位移的方向相同，故電場力做正功），根據(jù)電場力做功與電勢能的變化關(guān)系可知，電場力做正功，電勢能減小，減小到終點時為零（因為規(guī)定電荷在無窮遠處的電勢能為零），故電荷在電場中的電勢能一定大于零。即q在Q形成的電場中，電勢能總是大于零任務(wù)4：電勢1、電勢的定義：把放在電場中某一點的電荷所具有的____________與___________的比值叫做這一點的電勢。電勢一般用符號_______來表示。其公式為_______________。電勢是_____量，只有大小，沒有方向，其單位是_______。例如：如圖所示，將的點電荷放在電場中的A點，其電勢能為。求：（1）A點的電勢；（2）點電荷q在B點的電勢能；（3）比較q在A、B兩點電勢能的大?。唬?）將q換成，再分別求出在A、B兩點的電勢能，并比較大小。解（1）（2）由得（3）（4）通過上面的例題我們可以得出這樣的結(jié)論：對于一個正電荷來說，在電勢高處，電勢能大；在電勢低處，電勢能小。對于一個負電荷來說，情況正好相反，在電勢高處，電勢能小；在電勢低處，電勢能反而大。（我們可以這樣理解：，若q為正，不等式兩邊同乘以一個正數(shù)，不等號方向不變，即；若q為負，不等式兩邊同乘以一個負數(shù)，不等號的方向改變，即）★注意：是比值定義法，V的大小與EP和q無關(guān)，是電場本身的性質(zhì)決定的。（類比：地球周圍某一點的高度h，可以通過公式求得，但h跟和G都無關(guān)，放不放物體，這一點的高度都是客觀存在的。只是在該點放了物體，物體就有重力勢能，放的物體質(zhì)量越大，物體在該點的重力勢能越大，但它的高度保持不變，它是地球重力場本身的性質(zhì)決定的。）2、電勢的相對性電場中的電勢相當于重力場中的高度，高度具有相對性，所以電勢也具有相對性。選不同的地方為零電勢點，各點的電勢數(shù)值是不相同的。比如，如下圖所示，假如選擇D點為零電勢點，。如果選C點為零電勢點，則▲理論上講，零電勢點的選取可以是任意的。但在實踐中，常選取大地或儀器的公共地線的電勢為零電勢點。即我們所說的零線和地線的電勢都是零。比如，發(fā)電機在同一問題中，零電勢點和零電勢能的選取必須一致。3、沿著電場線方向電勢越來越低。（就相當于在重力場中，沿著重力線方向高度越來越低一樣。）例：試判斷下圖中電場中的A、B、C三點的電勢高低。答：因為沿著電場線方向電勢越來越低，所以任務(wù)5：電勢差1、定義如圖所示，A點離地面高10米，B點離地面高8米，問A、B兩點的高度差是多少？（△h=hA-hB=10米-8米=2米△h稱為A、B兩點的高度差。同樣，在A點的電勢為VA，B點的電勢為VB，則A、B兩點火的電勢差為:VA－VB我們把電場中任意兩點的__________，叫做這兩點的電勢差。用符號_______表示。其公式為_______________（注意：起點—終點）2、單位：A、B兩點的高度用米表示，其高度差也是米。同樣地，電勢的單位是V（伏），電勢差的單位也是V（伏）3、電勢差與所選的零電勢的位置無關(guān)，是絕對的（還是以高度差進行類比）4、電勢差就是我們常說的電壓例如：電燈的電壓為220V，其零線接地，它的電勢為零，問火線的電勢是多少？任務(wù)6：勻強電場中電勢差與電場強度的關(guān)系在勻強電場中，沿電場強度方向的兩點間的電勢差等于_________與這兩點的_______的乘積。（見書P122圖5－7）其公式為，也可改寫為改寫后公式的物理意義是：在勻場電場中，電場強度在數(shù)值上等于沿電場強度方向單位長度上的電勢差?！铩镏攸c強調(diào)：（1）上面兩個公式只適用于勻強電場，對非勻強電場不適用。（2）公式中的d是電場中任意兩點沿電場線方向的距離，而不是電場中任意兩點間的距離。像高度差，不是兩點間的距離，而是兩點間沿豎直方向的距離。（3）關(guān)于電場強度E的單位由公式可知，E的單位為N/C。由公式可知，E的單位是V/m.這兩個單位是等效的。證明：由U＝W/q知，1V＝1J/C所以1V/m=例題：P122例題三、檢測反饋1、比較下列電場中，電荷在A點和B點電勢能的大小2、試判斷下列三種情況下電荷在電場中電勢能的正負。3、電荷的電荷量為q＝2.0×10-6C，在電場中某點所具有的電勢能為3.2×10-4J，則該點的電勢為__________V4、電場力做正功，電勢能________________，電場力做功與電勢能的變化關(guān)系的公式是______________________。PQ5、沿著電場線的方向，電勢越來越_______________PQ6、如圖所示的電場中有P、Q兩點，則可知（）A．P點的電場強度強；B．Q點的電勢高；C．正電荷從P點移到Q點電場力做正功；D．正電荷在Q點的電勢能大。7、電勢具有相對性，但兩點間的電勢差卻是絕對的。（）8、電荷在電勢高的地方電勢能一定大。（）9、電場強度強的地方電勢一定高。（）10、如下圖所示則_______V，_______V，_______V，_______V，_______V，_______V。AB++11、如圖所示，兩平行金屬板平行放置，距離為2.0cmAB++應(yīng)用層次（B層次）一、學(xué)習(xí)目標（在A層次的基礎(chǔ)上增加）1、進一步理解電勢能。2、掌握和理解電場力做功與電勢能變化的數(shù)量關(guān)系。3、了解電場力做功與電勢差的變化關(guān)系。二、學(xué)習(xí)過程：任務(wù)1：理解電勢能。地球和地球附近的空間中的物體，由這兩個物體構(gòu)成一個系統(tǒng)。物體地球物體地球假如地球不動，如果不受其它外力作用的話，在重力作用下，物體的速度將會越來越快，即動能越來越大。根據(jù)能量守恒定律，說明物體在原來的位置上必具有某種能，現(xiàn)在我們知道，這種能是重力勢能。很顯然，重力勢能是由于重力引起的，其大小與兩個物體的相對位置有關(guān)。（再分析一下彈性勢能、分子勢能）▲推而廣之：凡是兩個物體間存在著引力、斥力或彈力等相互作用時，由物體間本對位置必然決定一種能，這種能都叫做勢能?！铿F(xiàn)在我們看，電荷與電荷之間也存在作用力因此，由它們的相對位置也必然決定一種勢能，這種勢能就是電勢能。任務(wù)2：電場力做功與電勢能變化的數(shù)量關(guān)系1、分析重力做功與重力勢能變化的數(shù)量關(guān)系（1）實例分析如圖所示，物體下降時，重力做正功文字描述：物體下降，重力做正功，重力勢能減少，重力勢能的減少量就等于重力所做的功。物體上升時，重力做負功，物體克服重力所做的功。等式右邊為重力勢能的增加量。文字描述：物體上升，重力做負功，重力勢能增加，重力勢能的增加量就等于物體克服重力所做的功?！还苌仙€是下降，都可以用統(tǒng)一公式計算重力所做的功當物體下降時，表示重力所正功；當物體上升的時，表示重力所負功。（2）理論分析重力做正功的過程，是將重力勢能轉(zhuǎn)化為動能的過程，根據(jù)“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”可知，重力所做的功就等于動能的增加量，也等于勢能的減少量。重力做負功的過程，是將動能轉(zhuǎn)化為重力勢能的過程，根據(jù)“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”可知，物體克服重力所做的功就等于動能的減少量，也等于勢能的增大量。▲使用公式時應(yīng)特別注意：起點減終點。2、電場力做功與電勢能變化的數(shù)量關(guān)系類比重力做功，我們不難得出，電場力做功的過程，是將電勢能轉(zhuǎn)化為動能的過程，同樣存在的關(guān)系式。文字描述：電場力做正功，電勢能減少，電勢能的減少量就等于電場力所做的功；電場力做負功，電勢能增加，電勢能的增加量就等于電荷克服電場力所做的功。任務(wù)3：電場力做功與電勢差的變化關(guān)系1、關(guān)系的推導(dǎo)由得：前面我們講過，所以有▲此式表明：電荷從電場中的一點移到另一點時，電場力做功等于電荷的帶電量與這兩點間電勢差的乘積。（類比：重力所做的功，等于重力跟高度差的乘積）2、電場力所做的功，只與電勢差有關(guān)，而與路徑和受力情況無關(guān)還是拿重力做功類比不管是什么路徑、物體做什么運動，只要高度差相同，重力所做的功都相同。▲同理，在電場中，不管電荷怎樣運動，電場力所做的功只與兩點間的電勢差有關(guān)，與路徑和受力情況無關(guān)。三、檢測反饋1、如圖所示，在勻強電場中，沿電場線方向有A、B兩點，勻強電場的電場強度，A、B之間的距離為10cm。（1）當帶電量為的點電荷從A點移到B點，電荷在電場中受到的電場力的大小為___________N，方向為_______________。電荷在從A點移到B點的過程中，電場力做_____（填“正功”或“負功”），做功的大小為______J，電勢能是______（填“增大”或“減少”），電勢能的變化量為________________________（填“增大”或“減少”了多少J）。（2）當帶電量為的點電荷從B點移到A點，電荷在電場中受到的電場力的大小為___________N，方向為_______________。電荷在從A點移到B點的過程中，電場力做_____（填“正功”或“負功”），做功的大小為______J，電勢能是______（填“增大”或“減少”），電勢能的變化量為________________________（填“增大”或“減少”了多少J）。（3）當帶電量為的點電荷從A點移到B點，電荷在電場中受到的電場力的大小為___________N，方向為_______________。電荷在從A點移到B點的過程中，電場力做_____（填“正功”或“負功”），做功的大小為______J，電勢能是______（填“增大”或“減少”），電勢能的變化量為________________________（填“增大”或“減少”了多少J）。2、一電荷在電場中A點的電勢能為10J，在B點的電勢能為20J，則從A點移到B點電場力做了__________J的功。Q+AB3、如圖表示一個正電荷的電場。已知A、B間的電勢差是200V，把一電荷量為–6×10–8C的檢驗電荷從A點移到B點Q+AB4、A點的電勢為320V，B點的電勢為0V，將電荷量q＝-2.0×10-6C的點電荷從A點移到B點，電場力做________功（填“正”或“負”），做功的大小為__________J，電勢能將_______________AB++++5、如圖所示，兩塊帶電平行金屬板A、B相距0.05m，兩板間的電場強度為1.2×103V/m,AB++++拓展層次（C層次）一、學(xué)習(xí)目標（在A、B兩層次的基礎(chǔ)上增加）1、電勢概念的建立及理解2、了解勻強電場中電勢差與電場強度的關(guān)系公式的推導(dǎo)。二、學(xué)習(xí)過程：任務(wù)1：電勢概念的建立及理解1、電勢概念的建立一個物體質(zhì)量為m，離地面的高度為h，則重為勢能為。我們用重力勢能除以它所受的重力，看看得到什么？得到一個與物體質(zhì)量無關(guān)，只與地球周圍空間有關(guān)的高度▲我們把這個高度叫做地勢平常我們說，地勢高、地勢低，打仗時搶占有利地勢，就是這個意思。同一物體，在地勢高的地方，重力勢能大；在地勢低的地方，重力勢能小。因此，我們可以對地勢（高度）這樣定義：物體的重力勢能與物體所受到重力的比值，叫做該點的地勢?！瑯樱覀円部梢杂秒妱菽蹺P除以電荷的電量q。（實踐證明，對于電場中的某一點來說，這個比值是一個常量，此常量和地勢一樣，由電場本身的性質(zhì)決定的，與電荷是否存在及所帶電量無關(guān)）★我們把這個比值叫做電勢。2、電勢的理解。電場中電勢這個概念，相當于重力場中的高度。（1）地球周圍空間中（重力場中）某一點的高度是客觀存在的，與該點有沒有物體無關(guān)。同樣，電場中某一點的電勢也是客觀存在的，與該點有沒有電荷無關(guān)。（2）如果在重力場某一點放一物體，則該物體就具有重力勢能，物體的重力勢能是由重力場（高度）和物體（質(zhì)量）共同決定的，因此，高度與物體是否存在無關(guān)，但重力勢能與物體是否存在及其質(zhì)量有關(guān)。同樣道理，如果在電導(dǎo)場中某一點放一電荷，則該電荷就具有電勢能，電荷的電勢能是由電場（電勢）和電荷（所帶的電荷量）共同決定的，因此，電勢雖與電荷是否存在無關(guān)，但電勢能與電荷是否存在及其帶電量有關(guān)。（3）因為高度具有相對性，所以電勢也具有相對性。（4）為了幫助大家理解，我們把電場與重力場做一類比。重力場電場與物體（或電荷）無關(guān)的物理量g,表示重力場的強弱E，表示電場的強弱h（地勢）V（電勢）與物體（或電荷）有關(guān)的物理量G=mgF=qEEp=mghEP=qV3、沿電場線的方向電勢越來越低。（1）類比：沿重力線的方向高度越來越低。（2）證明：如圖所示：假如一個正電荷q從A點移到B點，q受到的電場力F的方向跟電場（電場線）的方向相同，即水平向右，從A到B的移動過程中位