20212022高中物理人教版选修31教案第一章第4节电势能和电势1
《电势能和电势》 课题 电势能和电势 课型 习题课 教学目标 (-)知识与技能 1、巩固对电势能、电势、电势差、等势面的理解 2、掌握电场力做功和电势能变化的关系 3、巩固等势面特点及常见电场等势面分布特点。 4、对典型习题能进行类型归纳和方法总结 (~)过程与方法 能通过复习巩固与随堂练习巩固电势能和电势以及电 势差的知识,掌握分析方法 (三)情感态度与价值观 培养科学分析、解决问题的习惯。 个性化教案 重点和难点 掌握判断电势高低的方法,熟练应用功能关系解决问题 教学手段 多媒体教学课件板书 教学方法 探究、师生互动、小组合作 —、知识要点 1.电场做功Ep —W Ep = q(p (1)做功特点:与路径无关,与始末位置有关 (2)功能关系:电场力做功等于电势能的减少 Wr=Epl-Ep2 (3).电场力做功的计算方法 (A)、WAB=FLABcos^9求电场力的功,仅适用于 匀强 电场。 ⑻、用WAB=qUAB求电场力的功,适用于电场。 (C)、用电场力做功与电势能变化的关系WAB=-AEp来计算。 二、电势差 1.定义 电荷q从电场中一点A移动到另一点B时,电场力做的功WAB与电荷量q 的 比值 叫AB两点的电势差,用UAB表示。 2、 UAB=巧 3 =4)A-巾B,(带符号算) q 三、电势等势面 1. 电势:低=一—(描述电场能的性质,由电场本身决定,与q无 关)0 (顺着电场线方向电势降低) 2、.等势面:电场中电势相等的点构成的面叫等势面。 (1) 等势面一定与电场线垂直且从高电势指向低电势 (2) 在同一等势面上移动电荷电场力不做功o 二、典例分析 (1).电势高低及电势能大小的比较方法 例1如图所示,P、Q是两个电荷量相等的异种电荷,在其电场中有a、b、 c三点在一条直线上,平行于P、Q的连线,b在P、Q连线的中垂线上, ab=bc,下列说法中正确的是(A ) A. cpa >(pb > (pb C. Fa >Fb >Fc p .b f O D. Fb>Fa>Fc 例2、如图所示,电场中有A、B两点,则下列说法中正确的 是(BC )。 4电势 gcpB,场强EA>EB B. 电势(pA>(pB,场强 EAEpBb\ 归纳要点“ J 1. 比较电势高低的几种方法C/ 20 V x (1)利用电场线比较:沿电场线方向,电势击10 V __一~“’ 等势面指向电势低的等势面。 ⑵利用电势差比较:要比较A、B两点电势的高低,可先判断出UAB的正负, 再由 UAB=4>A-4>B 比较 B 的大小。若 UAB>0,则 B;若 UABA<4)BO 2. 电势能大小的比较方法 (1) 根据电场力做功比较:不论是正电荷还是负电荷,电场力做正功,电势能就 减少;电场力做负功,电势能就增加。 (2) 根据电势能与电势的关系式Ep=q判断,式中的q是带正负号的,对 于正电荷,电势高处,电势能就大;对于负电荷,电势高处,电势能反而小。 (2)电场线等势面的应用 例3如图所示,图中虚线表示某 一电场的等势面,cd为过。点的 等势面的线.现用外力将负 点电荷q从a点沿着直线aOb 匀速移到b点,当电荷通过 。点时,关于外力的方向, 下列说法正确的是(不计重力)(D) A. Od方向B. Oc方向 C. Oa方向D.以上说法都不对 详细分析:根据电场强度方向的定义,负电荷在电场 中某点所受静电力的方向,应与该点的电场强度 方向相反。 由等势面的性质知,该电场在0点的场强方 向应与过。点的切线cd垂直且指向电势降低的方 向,即垂直于cd向右,则负电荷在。点受静电力 方向应为垂直于cd向左,由于q匀速运动所以负 电荷q受外力方向应垂直于cd向右,故A、B、C 三种说法均不对,正确选项为D. (3)用动能定理或总能量守恒的观点解题 (-)只有电场力做功(电势能与动能守恒) 例4如图所示,实线为电场线,虚线表示等势面,相邻两个等势面之间的 电势差相等,有一个运动的正电荷在等势面L3上某点的动能为20J,运动 至等势面Li上的某一点时的动能变为零,若取L2为零等势面,则此电荷的 电势能为4 J时,其动能为(C ) A.16 JB.10JC.6JD.4J 详细分析:正电荷逆电场线方向移动时,电场力做负功, 电势能增加,动能减少,但电荷系统的总能量保持不变, 111 _1!1 则电荷在Lix L2和L3处的动能和势能为: 1i1 E 等势面 动能0)电势能0)*!!1 111 <—111— Li °亶。〕L L L l2 〔10〕 L3 20〔-10〕 即该电荷总能量为10J,因此,当电势能为4J时,动能为6J. (二)除电场力还有其他力做功 W 电+W 其ffe=EK2-EKl 例5、在静电场中,一个带电量q=2.0 xl0-9C的电荷从A点移动到B点, 在这过程中,除电场力外,其他力做的功为4.0X10-5J,质点的动能增加了 8.0X10-5J,则A、B两点间的电势差大小为(D ) A.2xlO-4VB.1X104V C.4X104VD.2X104V (4)创新应用练习 6如图所示,光滑绝缘细杆竖直放置,它与 正电荷Q为圆心的某圆交于B、C 两点,质量为m、带电荷量为-q 的有孔小球从杆上A点无初速度 下滑,已知q Q, AB=hi[M蹭 滑到B ,母寸的速。1, •—其 msh 求:(带球由A蓟B的矗力做的功; ⑵AC两点的电势差. 详细分析:⑴因为杆是光滑的,所以过程中 只有两个力做功:电场力的功WE和重力的功mgh, 由动能定理得:WE+mgh= 代入已知条件,得电场力做功 (2)因为B、C在同一个等势面上,所以巾B=(j)C,即 UAC=UAB 由 w=-qU 得 UAB=UAC= 因为 方向可以判断巾Av巾B=4)C 所以A、C两点购警差UAC二 mgh2 ~^kQ (0.25/z)2- 如图所示,Q为固定的正点电 A、B两点在Q的正上方和Q相距分别 为h和0.25h,将另一点电荷从A点由 静止释放,运动茹点丽速度正好又 变为Oo若此电荷在A点处的加速度 大小为半如试求: ⑴此电荷在B点处的加速度。 (2)A、B两点间的电势差(用Q和h表示)。 详细分析:⑴这一电荷必为正电荷,设其电荷量为q,由顿第二定律, 在A点时mg = mg=m*aB 在B点时 解得aB=3g,方向竖直向上, (2)从A至UB过程,由动能定理 mg(h-0.25h