10.1電勢(shì)能和電勢(shì) 〖教材分析〗本節(jié)內(nèi)容有助于學(xué)生理解電場(chǎng)中能量的性質(zhì)。電勢(shì)能、電勢(shì)的概念非常抽象，理解難度大，是本章的重點(diǎn)，也是學(xué)生的難點(diǎn)。本節(jié)處在電場(chǎng)強(qiáng)度之后，并且學(xué)好本節(jié)內(nèi)容為以后的電勢(shì)差、電功、電動(dòng)勢(shì)、磁場(chǎng)中的能量轉(zhuǎn)化奠定一定的基礎(chǔ)；同時(shí)，本節(jié)內(nèi)容也是對(duì)功能關(guān)系的補(bǔ)充和完善。因此本節(jié)內(nèi)容具有承上啟下，補(bǔ)充完善的地位。〖教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)〗物理觀念：樹(shù)立能量觀念，理解電勢(shì)能的概念，知道靜電力做功與路徑無(wú)關(guān)；理解靜電力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系，運(yùn)用能量的觀點(diǎn)去分析問(wèn)題。科學(xué)思維：在探究靜電力做功的特點(diǎn)過(guò)程中再次領(lǐng)悟微元分割法的精妙之處，理解靜電力做的的特點(diǎn)。科學(xué)探究：通過(guò)與重力勢(shì)能類(lèi)比的方法對(duì)電勢(shì)能進(jìn)行研究，推導(dǎo)出電勢(shì)能與靜電力做功的關(guān)系。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：滲透在探究過(guò)程中體驗(yàn)解決問(wèn)題的成功喜悅，發(fā)揮學(xué)生空間想象能力，激發(fā)學(xué)生探索自然規(guī)律的興趣。〖教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)〗重點(diǎn)：理解掌握電勢(shì)能、電勢(shì)的概念及意義。難點(diǎn)：掌握電勢(shì)能與做功的關(guān)系，并能用此解決相關(guān)問(wèn)題。〖教學(xué)準(zhǔn)備〗多媒體課件〖教學(xué)過(guò)程〗一、新課引入古代，人們用弩來(lái)加速箭，箭的速度能達(dá)到102m/s數(shù)量級(jí)；后來(lái)，人們又在槍膛中用火藥加速子彈，子彈的速度能達(dá)到103m/s數(shù)量級(jí)；而現(xiàn)代，人們需要用高速的微觀粒子轟擊另一微觀粒子來(lái)進(jìn)行科學(xué)研究，其速度的數(shù)量級(jí)達(dá)到107m/s，那是怎樣加速的呢?（播放弓箭和子彈動(dòng)圖）那么粒子怎么加速呢？帶著這疑問(wèn)，本節(jié)課我們一起來(lái)學(xué)習(xí)《第十章 靜電場(chǎng)中的能量》。（板書(shū)課題）問(wèn)題導(dǎo)入一個(gè)正電荷在電場(chǎng)中只受到靜電力F的作用，它在電場(chǎng)中由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)，靜電力做了正功WAB。由動(dòng)能定理可知，該電荷的動(dòng)能增加了WAB。從動(dòng)能定理上看W=Ek2-Ek1從能量轉(zhuǎn)化上看，是什么能通過(guò)靜電力做功轉(zhuǎn)化為了物體的動(dòng)能，肯定有能量來(lái)源的。這節(jié)課學(xué)習(xí)電勢(shì)能。（板書(shū)）二、新課教學(xué)（一）靜電力做功的特點(diǎn)思考討論一個(gè)質(zhì)量為m的物體在地面某位置所受的重力是一定的，不管它怎樣運(yùn)動(dòng)，其所受重力的大小都等于mg，方向豎直向下一個(gè)帶正電的電荷量為q的試探電荷在勻強(qiáng)電場(chǎng)中某位置所受的靜電力也是一定的，不管它怎樣運(yùn)動(dòng)，其所受靜電力的大小都等于qE，方向跟電場(chǎng)強(qiáng)度E的方向相同。重力做功的表達(dá)式是W=mgh，h是高度差。根據(jù)做功的定義式是，功等于力乘以在力方向上發(fā)生的位移，所以靜電力做功W=qEd，d是位移。我們還知道重力做功具有跟路徑無(wú)關(guān)的特點(diǎn)，無(wú)論怎么運(yùn)動(dòng)，高度差是不變的。問(wèn)題1：靜電力做功是否也具有這一特點(diǎn)?跟他相關(guān)的能量具有什么特點(diǎn)呢？要研究能量，就得先看功。如圖在電場(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中任取A、B兩點(diǎn)，把試探電荷q沿兩條不同路徑從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)，計(jì)算帶點(diǎn)粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)電場(chǎng)力做的功。①將試探電荷＋q從A沿直線移至B:WAB = F·|AB| cosθ= qE·|AM|②將試探電荷＋q從A沿折線移至B:對(duì)AM: 力與位移方向相同WAM = qE·|AM|對(duì)MB: 垂直無(wú)功WMB = 0對(duì)全程:WAB = WAM+ WMB= qE·|AM|③將試探電荷+q從A沿任意曲線移至B:→微元分割法我們用無(wú)數(shù)組跟靜電力垂直和平行的折線來(lái)逼近曲線AB。垂直方向的不做功，平行方向的折線加起來(lái)等于AM，所以W =q E·|AM|歸納總結(jié)：三種路徑，靜電力做功都是一樣的。在勻強(qiáng)電場(chǎng)中移動(dòng)電荷時(shí)，靜電力的功與電荷的起始位置和終止位置有關(guān)，但與電荷經(jīng)過(guò)的路徑無(wú)關(guān)。不僅如此，如果換成非勻強(qiáng)電場(chǎng)，這個(gè)結(jié)論也依然成立。（二）電勢(shì)能這一點(diǎn)和重力做功非常相似。重力做功對(duì)于重力勢(shì)能。電荷在電場(chǎng)中也具有勢(shì)能，這種勢(shì)能就叫做電勢(shì)能。同樣可以用Ep表示。我們用EPA表示電荷在初位置A點(diǎn)的電勢(shì)能，EPB表示電荷在末位置B點(diǎn)的電勢(shì)能。那么功能關(guān)系是WAB=EPA -EPB即：W=EP初-EP末電荷由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B的過(guò)程中功能的變化情況如下表：正電荷靜電力是（阻力、動(dòng)力）靜電力做功（正、負(fù)）電勢(shì)能比較重力勢(shì)能變化（增加、減少）A→B動(dòng)力正EPA>EpB減少B→A阻力負(fù)EPA<EpB增加它和重力有類(lèi)似的功能關(guān)系。電場(chǎng)力做了多少正功，就有多少電勢(shì)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。電勢(shì)能就減少多少。反過(guò)來(lái)電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能就會(huì)增加。值得注意的是，電荷有兩種，所以同一電場(chǎng)中，在同樣的兩點(diǎn)間，移動(dòng)正電荷與移動(dòng)負(fù)電荷，電荷的電勢(shì)能的增減是相反的。除了功能關(guān)系非常相似，電勢(shì)能還具有和重力勢(shì)能相似的性質(zhì)。①具有相對(duì)性電勢(shì)能的大小與零勢(shì)能點(diǎn)的選取有關(guān)。就像重力勢(shì)能的大小與零勢(shì)能點(diǎn)的選取有關(guān)一樣。如果規(guī)定B點(diǎn)的電勢(shì)能為零，根據(jù)功能關(guān)系A點(diǎn)的電勢(shì)能就和電場(chǎng)力做功相等，即EPA=WAB=qEd。d是AM的距離。也就是說(shuō)某點(diǎn)的電勢(shì)能，就等于把它從這一點(diǎn)移動(dòng)到零勢(shì)能位置時(shí)電場(chǎng)力做的功。問(wèn)題1：通常選取哪里做零勢(shì)能點(diǎn)呢？一般規(guī)定距離源電荷和無(wú)限遠(yuǎn)處或者大地表面的電勢(shì)能是零。除了相對(duì)性，電勢(shì)能還具有系統(tǒng)性。②具有系統(tǒng)性正如重力勢(shì)能并不是物體本身所具有的能量。而是物體與地球所共有的能量。電勢(shì)能也不是孤立電荷所具有的能量。而是電荷和場(chǎng)源電荷所共同具有的能量?；蛘哒f(shuō)是電荷與電場(chǎng)所共有的能量。我們說(shuō)某個(gè)電荷的電勢(shì)能，只是一種簡(jiǎn)略的說(shuō)法。③電勢(shì)能與重力勢(shì)能也有不同點(diǎn)。如果把電荷換成負(fù)電荷電場(chǎng)力就會(huì)改變方向。移動(dòng)過(guò)程中電場(chǎng)力做負(fù)功。于是同樣規(guī)定B為零勢(shì)能點(diǎn)，A點(diǎn)的電勢(shì)能變?yōu)樨?fù)的。也就是說(shuō)A點(diǎn)的電勢(shì)能可能比B低，也可能比B高。并不確定。課堂練習(xí)例1∶右圖中M、N為電場(chǎng)中某一條電場(chǎng)線方向向右，在線上取兩點(diǎn)a、b今將一電荷+q從a移到b則（  ）A.電場(chǎng)力做正功，+q的電勢(shì)能增加; B.電場(chǎng)力做負(fù)功，+q的電勢(shì)能增加; C.電場(chǎng)力做正功，+q的電勢(shì)能減少; D.電場(chǎng)力做負(fù)功，+q的電勢(shì)能減少。解題提示：正負(fù)功的判斷，抓住位移與電場(chǎng)力的方向。再根據(jù)功能關(guān)系即可。選C。前面我們通過(guò)對(duì)靜電力的研究，認(rèn)識(shí)了電場(chǎng)強(qiáng)度?，F(xiàn)在我們要通過(guò)對(duì)電勢(shì)能的研究來(lái)認(rèn)識(shí)另一個(gè)物理量——電勢(shì)，它同樣是表征電場(chǎng)性質(zhì)的重要物理量。（三）電勢(shì)如圖規(guī)定電荷在O點(diǎn)電勢(shì)能為0。A為電場(chǎng)中的任意一點(diǎn)，電荷q在A點(diǎn)的電勢(shì)能E，等于電荷q由A點(diǎn)移至O點(diǎn)的過(guò)程中靜電力做的功。則：EPA = qElcosθ可見(jiàn)，電荷q在任意一點(diǎn)A的電勢(shì)能E與q成正比。所以電勢(shì)能當(dāng)中把電量除掉。這個(gè)比值用字母表示。稱(chēng)為電勢(shì)。它是由電場(chǎng)中該點(diǎn)的性質(zhì)決定的，與試探電荷本身無(wú)關(guān)。電勢(shì)的概念有些抽象。類(lèi)比一下：電勢(shì)能EP電勢(shì)電場(chǎng)本身屬性EP=q×電勢(shì)重力勢(shì)能EP=mgh重力勢(shì)重力場(chǎng)本身屬性EP=m×重力勢(shì)重力勢(shì)其實(shí)就是gh。因此，他跟物體無(wú)關(guān)。只跟地球以及相互位置有關(guān)?；蛘哒f(shuō)跟重力場(chǎng)有關(guān)，是重力場(chǎng)場(chǎng)本身的屬性。也就是說(shuō)重力勢(shì)能可以看成質(zhì)量和重力勢(shì)的乘積。類(lèi)似的電勢(shì)能可以看成電荷量的和電勢(shì)的乘積。定義：電荷在電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電勢(shì)能與它的電荷量的比值，叫做電勢(shì)。①變換之后得到電勢(shì)能的表達(dá)式，不過(guò)這里要注意，計(jì)算式時(shí)記得把符號(hào)也帶進(jìn)去。②單位制中的單位是V。1V=1J/C。問(wèn)題1：電勢(shì)在電場(chǎng)中是怎樣變化的呢？如圖分別令正負(fù)電荷從A運(yùn)動(dòng)到B，列表分析： 靜電力做功（正、負(fù)）電勢(shì)能變化（增加、減少）電勢(shì)正A→B正減少降低負(fù)A→B負(fù)增加降低 結(jié)論：沿電場(chǎng)線線方向電勢(shì)逐減降低。問(wèn)題2：電勢(shì)降低的方向一定是電場(chǎng)線的方向嗎？思考∶如圖所示，從勻強(qiáng)電場(chǎng)中一等勢(shì)面上的A點(diǎn)沿三條不同路徑 AM、AN、AP到達(dá)另一等勢(shì)面，則沿哪條路徑電勢(shì)降落最快 ?如果稍微偏一點(diǎn)到電勢(shì)也會(huì)降低。其實(shí)電場(chǎng)線的方向，電勢(shì)只是降低最快的方向。并不是唯一會(huì)讓電勢(shì)降低的方向。沿著電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低最快③電勢(shì)是標(biāo)量，具有相對(duì)性,有正負(fù)。畫(huà)圖闡述：與電勢(shì)能類(lèi)似電勢(shì)也需要規(guī)定零點(diǎn)。電勢(shì)能為零的地方，電勢(shì)也為0。因此零點(diǎn)的規(guī)定和電勢(shì)能一樣。一般規(guī)定距離場(chǎng)源電荷無(wú)限遠(yuǎn)處，或地面為零點(diǎn)。在規(guī)定了電勢(shì)零點(diǎn)之后電場(chǎng)中各點(diǎn)的電勢(shì)可以正值也可以是負(fù)值。負(fù)電勢(shì)表示該處的電勢(shì)比零電勢(shì)處電勢(shì)低。小結(jié)：如何判斷E、Ep、φ的大小①電場(chǎng)強(qiáng)度E，看電場(chǎng)線疏密程度。電場(chǎng)線越密集電場(chǎng)強(qiáng)度越大。②電勢(shì)能Ep，看試探正電荷靠近場(chǎng)源正電荷的Ep大，反之小。負(fù)電荷又恰好相反。③電勢(shì)φ沿著電場(chǎng)線方向電勢(shì)逐漸降低。如圖，可以判斷：EA>EB>EC，正電荷EPA>EPB>EPCφA>φB>φC課堂練習(xí)例2：電荷量q1為4×10-9Ｃ的試探電荷放在電場(chǎng)中的A點(diǎn)，具有6×10-8J的化勢(shì)能。A點(diǎn)的電勢(shì)是多少？若把q2為-2×10-10Ｃ的的試探電荷放在電場(chǎng)中的A點(diǎn)，q2所具有的電勢(shì)能是多少？解題提示：電荷在某點(diǎn)的電勢(shì)能，等于靜電力把它從該處移動(dòng)到零勢(shì)能位置所做的功。設(shè)無(wú)限遠(yuǎn)處為零勢(shì)能點(diǎn)。由電場(chǎng)中該點(diǎn)的性質(zhì)決定的，與試探電荷本身無(wú)關(guān)。所以q2具有的電勢(shì)能。例3：回答下列題目后小結(jié)：如何根據(jù)試探它荷的電勢(shì)能來(lái)判斷電場(chǎng)中兩點(diǎn)電勢(shì)的高低？（1）q在A點(diǎn)的電勢(shì)能比在B點(diǎn)的大，A、B兩點(diǎn)哪點(diǎn)它勢(shì)高？（2）-q在C點(diǎn)的電勢(shì)能比在D點(diǎn)的大，C、D兩點(diǎn)哪點(diǎn)電勢(shì)前？（3）q在E點(diǎn)的電勢(shì)能為負(fù)值，-q在F點(diǎn)的電勢(shì)能是負(fù)值，E、F兩點(diǎn)哪點(diǎn)電勢(shì)高？解題提示：根據(jù)我們的小結(jié)：電勢(shì)能Ep，看試探正電荷靠近場(chǎng)源正電荷的Ep大，反之小。負(fù)電荷又恰好相反。電勢(shì)φ沿著電場(chǎng)線方向電勢(shì)逐漸降低。，，〖板書(shū)設(shè)計(jì)〗10.1電勢(shì)能和電勢(shì)一、靜電力做功的特點(diǎn) 電場(chǎng)中移動(dòng)電荷時(shí)，靜電力的功與電荷的起始位置和終止位置有關(guān)，但與電荷經(jīng)過(guò)的路徑無(wú)關(guān)。二、電勢(shì)能三、電勢(shì)①計(jì)算時(shí)要代入正負(fù)號(hào)     ②沿著電場(chǎng)線方向電勢(shì)逐漸降低。小結(jié)：如何判斷E、Ep、φ的大小〖教學(xué)反思〗 電勢(shì)能、電勢(shì)都是非常抽象的概念，我們要利用類(lèi)比法，多講重力勢(shì)能，高度高度差幫助學(xué)生理解。但是時(shí)間上還是不夠用，學(xué)生理解太困難了，打算花一節(jié)課來(lái)講解課后的習(xí)題。   學(xué)生對(duì)于電荷的正負(fù)在電場(chǎng)中電勢(shì)能的變化和電勢(shì)的變化，很難理解。而且場(chǎng)源電荷也有正負(fù)，這就更加加劇了學(xué)習(xí)理解的難度。

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