人教版高中物理选修31电势能和电势教案.docx

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人教版高中物理选修31电势能和电势教案

电势能和电势教案

【教学目标】

1、理解静电力做功的特点、电势能的概念、电势能与电场力做功的关系。

2、理解电势的概念，知道电势是描述电场的能的性质的物理量。

3、明确电势能、电势、静电力的功、电势能的关系。

4、了解电势与电场线的关系，等势面的意义及与电场线的关系。

重点：

理解掌握电势能、电势、等势面的概念及意义。

难点：

掌握电势能与做功的关系，并能用此解决相关问题。

【自主预习】

一、静电力做功的特点：

二、电势能：

1、静电力做负功，

2、静电力做正功，

3、在正电荷产生的电场中正电荷在任意一点具有的电势能都为，负电荷在任

一点具有的电势能都为。

4、在负电荷产生的电场中正电荷在任意一点具有的电势能都为，负电荷在任意一点具有的电势能都为。

5、电荷在电场中某一点A具有的电势能EP等于将该点电荷由A点移到电场力所做的功W。

即EP=W

6、若要确定电荷在电场中的电势能，应先规定的零位置。

三、电势

1、电势表征的重要物理量度。

2、定义

3、单位4、公式

5、电势与电场线的关系

6、零电势位置的规定

四、等势面

1、定义：

2、等势面的性质：

①在同一等势面上各点电势，所以在同一等势面上移动电荷，电场力功

②电场线跟等势面一定，并且由电势的等势面指向电势的等势面。

③等势面越密，电场强度

④等势面不，不

3、等势面的用途：

【典型例题】

一、电势能

【例1

】下列关于电荷的电势能的说法正确的是（　　）

A．电荷在电场强度大的地方，电势能一定大

B．电荷在电场强度为零的地方，电势能一定为零

C．只在静电力的作用下，电荷的电势能一定减少

D．只在静电力的作用下，电荷的电势能可能增加，也可能减少

二、判断电势的高低

【例2】在静电场中，把一个电荷量为q＝2.0×10－5C的负电荷由M点移到N点，静电力做功6.0×10－4J，由N点移到P点，静电力做负功1.0×10－3J，则M、N、P三点电势高低关系是________．

三、静电力做功和电势能变化之间的关系

【例3】如图1所示，把电荷量为－5×10－9C的电荷，从电场中的A点移到B点，其电势能__________（选填“增加”、“减少”或“不变”）；若A点的电势UA＝15V，B点的电势UB＝10V，则此过程中静电力做的功为________J.

拓展探究如果把该电荷从B点移动到A点，电势能怎么变化？

静电力做功的数值是多少？

如果是一个正电荷从B点移动到A点，正电荷的带电荷量是5×10－9C，电势能怎么变化？

静电力做功如何？

四、电场中的功能关系：

①静电力做功是电荷电势能变化的量度，具体来讲，静电力对电荷做正功时，电荷的电势能减少；静电力对电荷做负功时，电荷的电势能增加，并且，电势能增加或减少的数值等

于静电力做功的数值．

②电荷仅受静电力作用时，电荷的电势能与动能之和守恒．

③电荷仅受静电力和重力作用时，电荷的电势能与机械能之和守恒.

【例4】空间存在竖直向上的匀强电场，质量为m的带正电的微粒水平射入电场中，微粒的运动轨迹如图2所示，在相等的时间间隔内（　　）

A．重力做的功相等

B．静电力做的功相等

C．静电力做的功大于重力做的功

D．静电力做的功小于重力做的功.

【课后练习】

1.有一电场的电场线如图所示，电场中A、B两点电场强度的大小和电势分别用EA、EB和φA、φB表示，则（　　）

A．EA>EB，φA>φBB．EA>EB，φA<φB

C．EAφBD．EA

2．有关电场，下列说法正确的是（　　）

A．某点的电场强度大，该点的电势一定高

B．某点的电势高，检验电荷在该点的电势能一定大

C．某点的场强为零，检验电荷在该点的电势能一定为零

D．某点的电势为零，检验电荷在该点的电势能一定为零

3．将一个电荷量为－2×10－8C的点电荷，从零电势点S移到M点要克服静电力做功4×10－8J，则M点电势φM＝________V．若将该电荷从M点移到N点，静电力做功14×10－8J，则N点电势φN＝________V，MN两点间的电势差UMN＝________V.

4．一点电荷仅受静电力作用，由A点无初速释放，先后经过电场中的B点和C点．点电荷在A、B、C三点的电势能分别用EA、EB、EC表示，则EA、EB和EC间的关系可能是（　　）

A．EA>EB>EC　　　　　　　　B．EA

C．EAEC>EB

5．如图3所示电场中A、B两点，则下列说法正确的是（　　）

A．电势φA>φB，场强EA>EB

B．电势φA>φB，场强EA

C．将电荷＋q从A点移到B点静电力做了正功

D．将电荷－q分别放在A、B两点时具有的电势能EpA>EpB

6．如图4所示，某区域电场线左右对称分布，M

、N为对称线上的两点．下列说法正确的是（　　）

A．M点电势一定高于N点电势

B．M点场强一定大于N点场强

C．正电荷在M点的电势能大于在N点的电势能

D．将电子从M点移动到N点，静电力做正功

7．两

个带异种电荷的物体间的距离增大一些时（　　）

A．静电力做正功，电势能增加

B．静电力做负功，电势能增加

C．静电力做负功，电势能减少

D．静电力做正功，电势能减少

8．如图5所示，O为两个等量异种电荷连线的中点，P为连线中垂线上的一点，比较O、P两点的电势和场强大小（　　）

A．φO＝φP，EO>EP

B．φO＝φP，EO＝EP

C．φO>φP，EO＝EP

D．φO＝φP，EO

9．在图6中虚线表示某一电场的等势面，现在用外力将负点电荷q从a点沿直线aOb匀速移动到b，图中cd为O点等势面的切线，则当电荷通过O点时外力的方向（　　）

A．平行于ab

B．平行于cd

C．垂直于ab

D．垂直于cd

10.

一根对称的“∧”型玻璃管置于竖直平面内，管所在的空间有竖直向上的匀强电场E.质量为m、带电荷量为＋q的小球在管内从A点由静止开始沿管向上运动，且与管壁的动摩擦因数为μ，管AB长为l，小球在B端与管作用没有能量损失，管与水平面夹角为θ，如图9所示．求从A开始，小球运动的总路程是多少？

11．如图10所示，一绝缘细圆环半径为r，其环面固定在水平面上，场强为E的匀强电场与圆环平面平行，环上穿有一电荷量＋q，质量为m的小球，可沿圆环做无摩擦的圆周运动，若小球经A点时速度vA的方向恰与电场垂直，且圆环与小球间沿水平方向无力的作用．

（1）求小环运动到A点的速度vA是多少？

（2）当小球运动到与A点对称的B点时，小球对圆环在水平方向的作用力FB是多少？

1.4答案：

1.答案　D

解析　电荷的电势能与电场强度无直接关系，A、B错误；如果电荷的初速度为零，电荷只在静电力的作用下，做加速运动，电荷的电势能转化为动能，电势能减少，但如果电荷的初速度不为零，电荷可能在静电力的作用下，先做减速运动，这样静电力对电荷做负功，电荷的动能转

化为电势能，电势能增加，所以C错误，D正确．

2.答案　φN>φM>φP

解析首先画一条电场线,如上

图所示.在中间位置附近画一点作为M点.因为由M→N静电力做正功,而负电荷所受静电力与场强方向相反，则可确定N点在M点左侧．由N→P静电力做负功，即沿着电场线移动，又因1.0×10－3J>6.0×10－4J，所以肯定移过了M点，即P点位于M点右侧．这样，M、N、P三点电势的高低关系是φN>φM>φP.

3.①解析　将电荷从电场中的A点移到B点，静电力做负功，其电势能增加；A点的电势能为EpA＝qUA，B点的电势能为EpB＝qUB，静电力做功等于电势能变化量的相反数，即W＝EpA－EpB＝－2.5×10－8J.

②解析　如果把该电荷从B点移动到A点，静电力做正功，电势能减少．静电力做功为2.5×10－8J；如果电荷的带电性质为正电荷，从B点移动到A点，静电力做负功，电势能增加了，静电力做负功，数值为－2.5×10－8J

4.答案　C

解析　根据微粒的运动轨迹可知静电力大于

重力，故选项C正确．由于微粒做曲线运动，故在相等时间间隔内，微粒的位移不相等，故选项A、B错误．

课后练习

1.答案　D

2.答案　D

3.答案　－2　5　－7

解析　本题可以根据电势差和电势的定义式解决．

由WSM＝qUSM得USM＝

＝

V＝2V

而USM＝φS－φM，所以φM＝φS－USM＝（0－2）V＝－2V

由WMN＝qUMN得UMN＝

＝

V＝－7V

而UMN＝φM－φN，所以φN＝φM－UMN＝[－2－（－7）]V

＝5V

4.答案　AD

解析　点电荷在仅受静电力作用的情况下，动能和电势能相互转化，动能最小时，电势能最大，故EA≥EB，EA≥EC，A、D正确．

5.答案　BC

解析　场强是描述静电力的性质的物理量；电势是描述电场能的性质的物理量，二者无必然的联系．场强大的地方电势不一

定大，电势大的地方，场强不一定大，另根据公式Ep＝φq知，负电荷在电势低的地方电势能反而大．

6.答案　AC

解析　由图示电场线的分布示意图可知，MN所在直线的电场线方向由M指向N，则M点电势一定高于N点电势；由于N点所在处电场线分布密，所以N点场强大于M点场强；正电荷在电势高处电势能大，故在M点电势能大于在N点电势能；电子从M点移动到N点，静电力做负功．综上所述，A、C选项正确．

7.答案　B

解析　异种电荷之间是引力，距离增大时，引力做负功，电势能增加．

8答案　A

9.答案　D

10答案　

解析　由题意知小球所受合力沿玻璃管斜向上，

即qEsinθ>mgsinθ＋Ff，小球所受管壁弹力垂直管壁向下，作出受力分析如右图所示．小球最终静止在“∧”形顶端，设小球运动的总路程为x，由动能定理知：

qElsinθ－mglsinθ－μ（qEcosθ－mgcosθ）x＝0，解得x＝

10.答案　AD

11.答案　

（1）

（2）6qE

解析　

（1）小球在A点时所受的静电力充当向心力，由牛顿第二定律得：

qE＝

解得vA＝

（2）

在B点小球受力如右图所示，小球由A运动到B的过程中，根据动能定理

qE·2r=

在B点，FB、qE的合力充当向心力：