电场能的性质教学设计Word文件下载.docx

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5．分析带电粒子在电场中的加速运动和偏转运动问题。

6．示波管、静电除尘等在日常生活和科学技术中的应用。

情感、态度与价值观：

培养学生分析能力和用数学解决物理问题的能力

教学重点

带电粒子在匀强电场中的运动

教学难点

电势能、电势

教学准备

PPT

课时安排

7

教学过程

第2讲　电场能的性质

知识点　　电势能　Ⅰ

1．静电力做功

（1）特点：

静电力做功与电荷的起始位置和终止位置有关，但与电荷经过的路径无关。

（2）计算方法

①W＝qEd，只适用于匀强电场，其中d为沿电场方向的距离，计算时q不带正负号。

②WAB＝qUAB，适用于任何电场，计算时q要带正负号。

2．电势能

（1）定义：

电荷在电场中由于受到电场力的作用而具有的与其相对位置有关的能量叫做电势能，用符号Ep表示。

（2）静电力做功与电势能变化的关系

静电力做的功等于电势能的减少量，即WAB＝EpA－EpB。

（3）大小：

电荷在某点的电势能，等于将电荷从该点移到零势能位置时静电力做的功。

[特别提醒]　

（1）电势能由电场和电荷共同决定，属于电场和电荷系统所共有的，我们习惯说成电场中的电荷所具有的。

（2）电势能是相对的，与零势能位置的选取有关，但电势能的变化是绝对的，与零势能位置的选取无关。

（3）电势能是标量，有正负，无方向。

电势能为正值表示电势能大于在参考点时的电势能，电势能为负值表示电势能小于在参考点时的电势能。

（4）零势能位置的选取是任意的，但通常选取大地或无穷远处为零势能位置。

知识点　　电势　Ⅰ

1．电势

电荷在电场中某一点的电势能Ep与它的电荷量q的比值。

（2）定义式：

φ＝。

（3）矢标性：

电势是标量，有正负之分，其正（负）表示该点电势比零电势高（低）。

（4）相对性：

电势具有相对性，同一点的电势与选取的电势零点的位置有关。

一般选取无穷远处为电势零点，在实际应用中常取大地的电势为零。

2．等势面

电场中电势相同的各点构成的面。

（2）四个特点

①在同一等势面上移动电荷时电场力不做功。

②等势面一定与电场线垂直。

③电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面。

④等差等势面越密的地方电场强度越大，反之越小。

[特别提醒]　电场中某点的电势大小是由电场本身的性质决定的，与在该点是否放有电荷和所放电荷的电性、电荷量及电势能均无关。

知识点　　电势差　Ⅱ

匀强电场中电势差与电场强度的关系　Ⅱ

1．电势差

电场中两点间电势的差值。

UAB＝φA－φB。

显然，UAB＝－UBA。

（3）影响因素：

电场中两点间电势差由电场本身决定，与电势零点的选取无关。

（4）电势差与电场力做功的关系：

电荷在电场中，由一点A移到另一点B时，电场力做的功WAB与移动电荷的电荷量q的比值等于A、B两点间的电势差，即UAB＝，计算时q要带正负号。

2．匀强电场中电势差与电场强度的关系

（1）电势差与场强的关系式

UAB＝Ed，其中d为匀强电场中A、B两点沿电场方向的距离。

（2）电场强度的另一表达式

①表达式：

E＝。

（只适用于匀强电场）

②意义：

电场中，场强方向是电势降低最快的方向。

在匀强电场中，场强在数值上等于沿电场方向单位长度降低的电势。

知识点　　静电感应和静电平衡　Ⅰ

1．静电感应

当把一个不带电的金属导体放在电场中时，导体的两端分别感应出等量的正、负电荷，这种现象叫静电感应。

2．静电平衡

导体放入电场中时，附加电场与原电场在导体内部大小相等且方向相反，使得叠加场强为零时，自由电荷不再发生定向移动，导体处于静电平衡状态。

（2）处于静电平衡状态的导体的特点

①导体内部的场强处处为零；

②导体是一个等势体，导体表面是等势面；

③导体表面处的场强方向与导体表面垂直；

④导体内部没有净电荷，净电荷只分布在导体的外表面上；

⑤在导体外表面越尖锐的位置，净电荷的密度（单位面积上的电荷量）越大，凹陷的位置几乎没有净电荷。

一堵点疏通

1．电场强度处处相同的区域内，电势一定也处处相同。

（　　）

2．A、B两点的电势差是恒定的，所以UAB＝UBA。

3．电场中，场强方向是电势降落最快的方向。

4．电势有正负之分，因此电势是矢量。

5．电势的大小由电场的性质决定，与零电势点的选取无关。

6．电势差UAB由电场本身的性质决定，与零电势点的选取无关。

答案　1.×

　2.×

　3.√　4.×

　5.×

　6.√

二对点激活

1．（人教版选修3－1·

P19·

T2改编）关于电场中两点电势的高低的判断，下列说法正确的是（　　）

A．若＋q在A点的电势能比在B点的大，则A点电势高于B点电势

B．若－q在C点的电势能比在D点的大，则C点电势高于D点电势

C．若－q在E点的电势能为负值，则E点电势为负值

D．电势降低的方向即为电场线方向

答案　A

解析　由Ep＝qφ知正电荷在电势越高的地方电势能越大，负电荷在电势越低的地方电势能越大，故A正确，B错误；

若Ep与q均为负值，则φ为正值，故C错误；

电势降低最快的方向为电场线方向，故D错误。

2.

（人教版选修3－1·

P22·

T3改编）如图所示，下列说法正确的是（　　）

A．φA>

φB

B．负电荷在A点时的电势能大于在B点时的电势能

C．负电荷由B移动到A时静电力做正功

D．UAB>

答案　B

解析　沿着电场线的方向电势降低，由图知φA<

φB，UAB<

0，故A、D错误；

WBA＝qUBA，其中q<

0，UBA>

0，则WBA<

0，故C错误；

由Ep＝qφ知负电荷在A点的电势能大于在B点的电势能，故B正确。

3.

P23·

T2改编）带有等量异号电荷，相距10cm的平行板A和B之间有一匀强电场，如图，电场强度E＝2×

104V/m，方向向下。

电场中C点距B板为3cm，D点距A板为2cm。

下列说法正确的是（　　）

A．UCD＝1000V

B．让B板接地，则C点的电势φC＝600V

C．让A板接地，则D点的电势φD＝400V

D．将一个电子从C点移到D点静电力做的功，与将电子先从C点移到P点再移到D点静电力做的功数值不同

解析　UCD＝－Ed＝－1000V，故A错误；

让B板接地，则φC＝EdCB＝600V，故B正确；

让A板接地，则φD＝－400V，故C错误；

静电力做功与路径无关，只与初末位置有关，故D错误。

4．关于等势面，下列说法正确的是（　　）

A．电荷在等势面上移动时不受电场力作用，所以不做功

B．等势面上各点的场强相等

C．等势面一定跟电场线垂直

D．两不同等势面在空间可以相交

答案　C

解析　等势面与电场线垂直，故沿着等势面移动电荷，电场力与运动方向一直垂直，电场力不做功，A错误；

电场中电势相等的各个点构成的面叫做等势面，等势面上各个点的场强大小情况要看具体的电场，B错误；

等势面一定与电场线垂直，C正确；

电场中电势相等的各个点构成的面叫做等势面，两个不同的等势面的电势是不同的，所以两个不同的等势面永不相交，D错误。

1　　电势高低与电势能大小的判断

1.电势高低的判断方法

判断方法

具体应用

依据电场

线方向

沿电场线的方向电势逐渐降低，电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面

力做功

根据UAB＝＝φA－φB，将WAB、q的正负号代入，由UAB的正负判断φA、φB的高低

依据电势

能大小

正电荷在电势较高处电势能较大，负电荷在电势较低处电势能较大

依据场源

电荷的

正、负

取无穷远处为零电势点，正电荷周围电势为正值，且离正电荷越近电势越高；

负电荷周围电势为负值，且离负电荷越近电势越低

2．电势能大小的判断方法

根据电场线

的方向判断

（1）正电荷顺着电场线运动电势能减小

（2）负电荷顺着电场线运动电势能增加

根据电场力

做功判断

（1）静电力做正功，电势能必减小

（2）静电力做负功，电势能必增加

根据公

式判断

由Ep＝qφ知，正电荷，电势越高，电势能越大；

负电荷，电势越高，电势能越小

根据能量

守恒判断

在电场中，若只有静电力做功，电荷的动能和电势能相互转化，动能增加，电势能减小，反之，电势能增加

例1　

匀强电场的电场线是平行等间距的，假如在匀强电场中放入一不带电的金属小球，电场线会发生弯曲变成如图所示电场，关于该电场下列说法正确的是（　　）

A．由于感应起电，该金属小球放入匀强电场后总电荷量将不为零

B．电场线越密的地方电场强度越小

C．将一电子从P点移到Q点，电子的电势能一定减少

D．P点的电势一定高于Q点的电势

（1）如何判断P、Q两点电势的高低？

提示：

沿电场线的方向电势逐渐降低。

（2）由于感应起电，小球两端所带电荷量相等吗？

相等。

尝试解答　选C。

由于电荷守恒，金属小球的总电荷量仍为零，故A错误；

电场线的疏密程度表示场强大小，电场线越密的地方场强越大，故B错误；

沿电场线方向电势逐渐降低，故P点电势低于Q点电势，又因为电子带负电，所以电子在P点的电势能高于在Q点的电势能，即从P点到Q点电子的电势能一定减少，C正确，D错误。

电场线、电场强度、电势、电势能、等势面之间的关系

（1）电场线与电场强度的关系：

同一电场，电场线越密的地方表示电场强度越大，电场线上某点的切线方向表示该点的电场强度方向。

（2）电场线与等势面的关系：

电场线与等势面垂直，并从电势较高的等势面指向电势较低的等势面。

（3）电场强度大小与电势无直接关系：

零电势位置可人为选取，电场强度的大小由电场本身决定，故电场强度大的地方，电势不一定高。

（4）电势能与电势的关系：

正电荷在电势高的地方电势能大；

负电荷在电势低的地方电势能大。

[变式1]　

（多选）如图所示，处于x轴上的两个等量异号电荷＋Q和－Q，坐标分别为（L,0）和（3L,0）。

以坐标原点O为圆心，作半径为2L的圆，圆上有a、b、c、d四个点，均处于两电荷形成的电场中。

则下列说法正确的是（　　）

A．O点电势等于b点电势

B．b点和d点电场强度大小相等，电势相同

C．将一正试探电荷从c点沿虚线圆周移到O点电场力不做功

D．将一正试探电荷从b点沿y轴移到d点，电势能先增大后减小

答案　BD

解析　由等量异号点电荷的电场线、等势线分布图可知φO>

φb，故A错误；

根据对称性，b、d两点场强大小相等、电势相同，故B正确；

c点电势为零，O点电势大于零，所以将正试探电荷从c点沿虚线圆周移到O点电场力做负功，故C错误；

φb＝φd＜φO，所以将正试探电荷从b点沿y轴移到d点，电场力先做负功后做正功，电势能先增大后减小，故D正确。

2　　电场线