電勢(shì)能 電勢(shì)差的教案示例

1、電勢(shì)能 電勢(shì)差的教案示例一、教學(xué)目標(biāo)1通過(guò)與重力勢(shì)能對(duì)比，使學(xué)生掌握電勢(shì)能這一概念。2掌握電勢(shì)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(diǎn)、難點(diǎn)分析1重點(diǎn)是明確電場(chǎng)力的功和電勢(shì)能的變化之間的關(guān)系及建立電勢(shì)差的概念。但它的值由場(chǎng)源電荷的分布及兩個(gè)點(diǎn)的位置決定，而與W、q無(wú)關(guān)。三、主要教學(xué)過(guò)程（一）引入新課前面我們從電荷在電場(chǎng)中受到力的作用出發(fā)，研究了電場(chǎng)的性質(zhì)。我們引入電場(chǎng)強(qiáng)度矢量E描述電場(chǎng)強(qiáng)弱，用矢量E描述電場(chǎng)力的性質(zhì)。規(guī)定單位正電荷在某點(diǎn)所受電場(chǎng)力的方向?yàn)樵擖c(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向，大小為場(chǎng)強(qiáng)大小。這樣表示出電場(chǎng)力的性質(zhì)。電場(chǎng)對(duì)放入其中的電荷有力的作用，此力可以做功

2、，所以電場(chǎng)也有能的性質(zhì)。下面我們從能量角度研究電場(chǎng)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(wú)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(diǎn)豎直方向高度差有關(guān)，與所走路徑無(wú)關(guān)。W=mgh（2）重力功與重力勢(shì)能的關(guān)系重力對(duì)物體做功，物體重力勢(shì)能減小，物體克服重力做功，物體重力勢(shì)能增加。重力做多少功，重力勢(shì)能就減少多少。重力功等于重力勢(shì)能增量的負(fù)值，即：WG=Ep（3）重力勢(shì)能是相對(duì)的，有零勢(shì)能面。（人為選定）（4）物體在某處的重力勢(shì)能（可正可負(fù)），數(shù)值上等于把物體從該點(diǎn)移到零勢(shì)能面處時(shí),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(shì)能應(yīng)歸物體與地球所共有。一般我們只提物體不說(shuō)地球，但不等于歸物體自己所有，原因是如沒(méi)有地球則談不上物體受重力，所以也談不上重力勢(shì)能。以上為重力功的特點(diǎn)及它與重力勢(shì)能的關(guān)系。在熱學(xué)中，我們學(xué)過(guò)分子間有分子力，rr0時(shí)為斥力，rr0時(shí)為引力，分子力間可做功，且與路徑無(wú)關(guān)，因此有分子勢(shì)能。分子做正功分子勢(shì)能減小，分子做負(fù)功分子勢(shì)能增大。下邊我們首先來(lái)看看電場(chǎng)力做功的特點(diǎn)。（二）教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)1電場(chǎng)力做功的特點(diǎn)上節(jié)課我們了解了幾種典型電場(chǎng)，今天我們就用勻強(qiáng)電場(chǎng)來(lái)研究電場(chǎng)力功的特點(diǎn)。在場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)場(chǎng)

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(dòng)時(shí)，電場(chǎng)力的功為EqAB1、EqA1B2，電荷在B1A1、B2A2段上移動(dòng)時(shí)，電場(chǎng)力不做功，所以電荷由A移至B的過(guò)程中電場(chǎng)力做功W=Eq（AB1+A1B2+）= EqAB即W為電場(chǎng)力與AB在電場(chǎng)力方向上投影的乘積，與路徑無(wú)關(guān)。由上可知：電場(chǎng)力做功與路徑無(wú)關(guān)，僅與電荷運(yùn)動(dòng)的起末位置有關(guān)。此結(jié)論不僅適用于勻強(qiáng)電場(chǎng)而且適用于任何電場(chǎng)。（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(chǎng)電荷

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

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

7、勢(shì)能變?yōu)榱悖?q在A點(diǎn)時(shí)所具有的電勢(shì)能小于零；如果是q電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減少，到無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)電勢(shì)能變?yōu)榱悖詑在A點(diǎn)時(shí)所具有的電勢(shì)能大于零。在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上總結(jié)：（3）電荷在電場(chǎng)中的電勢(shì)能由電荷正負(fù)和電場(chǎng)共同決定。點(diǎn)電荷電場(chǎng)中電勢(shì)能正負(fù)：如場(chǎng)電荷與檢驗(yàn)電荷同號(hào)，則電勢(shì)能E大于零；如場(chǎng)電荷與檢驗(yàn)電荷反號(hào)，則電勢(shì)能E小于零（前提：規(guī)定無(wú)窮遠(yuǎn)為零勢(shì)能處）。（4）電勢(shì)能是屬檢驗(yàn)電荷與電場(chǎng)所共有的。（5）電勢(shì)能是標(biāo)量，只有大小無(wú)方向?？偨Y(jié)：從功能關(guān)系看，電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)能數(shù)值應(yīng)為把電荷從零勢(shì)能處移到場(chǎng)中某點(diǎn)時(shí)電場(chǎng)力所做功的負(fù)值。3電勢(shì)差提問(wèn)：相同的電荷q在電場(chǎng)中都由A點(diǎn)出發(fā)，分別通過(guò)圖5所示

8、的路徑、到達(dá)B點(diǎn)，哪個(gè)電荷電勢(shì)能改變量?。吭趯W(xué)生回答的基礎(chǔ)上總結(jié)：根據(jù)電場(chǎng)力的功與路徑無(wú)關(guān)，而電場(chǎng)力的功數(shù)值上等于電勢(shì)能的改變量，所以三者的電勢(shì)能改變量相同。讓學(xué)生總結(jié)出：電荷在電場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)其電勢(shì)能的改變量由起始點(diǎn)與終點(diǎn)的位置決定。提問(wèn)：把1C的電荷由A移到B，若電場(chǎng)力做了2J的功，若把2C的電荷由A移到B，電場(chǎng)力做了多少功？經(jīng)討論明確2C的電荷在移動(dòng)過(guò)程中的每一點(diǎn)處受到的電場(chǎng)力都是1C電荷受力的2倍，所以電場(chǎng)力對(duì)它做的功應(yīng)是4J，即電場(chǎng)力的功還與移動(dòng)電荷的電量q有關(guān)，即電勢(shì)能的改變量E與電量q及移動(dòng)的起末位置有關(guān)。提問(wèn)：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(chǎng)和場(chǎng)內(nèi)兩點(diǎn)位置確定以后，將電荷q由一點(diǎn)移至另一點(diǎn)，雖然q改變時(shí)，E也電壓），用U表示，即內(nèi)兩點(diǎn)位置決定，與檢驗(yàn)電荷q、檢驗(yàn)電荷q在場(chǎng)內(nèi)兩點(diǎn)間電勢(shì)能差之值無(wú)關(guān)。問(wèn)：國(guó)際單位制中U的單位是什么？答：焦耳庫(kù)侖又稱(chēng)伏特，簡(jiǎn)稱(chēng)V。問(wèn)：電場(chǎng)中兩點(diǎn)間電勢(shì)差與零電勢(shì)點(diǎn)選取有關(guān)嗎？（三）讓學(xué)生總結(jié)本節(jié)重要內(nèi)容提問(wèn)：電場(chǎng)力的功、電勢(shì)能的改變量、電勢(shì)差三者中哪些與移動(dòng)的電量有關(guān)？哪些與移動(dòng)的電量無(wú)關(guān)？答：電場(chǎng)力的功、電勢(shì)能的改變量與移動(dòng)的電量有關(guān)，電勢(shì)差與移動(dòng)的電量無(wú)關(guān)。（四）例題如圖6所