教學過程:
一、復習提問:
1、什么是電勢?電勢的零點如何選取?
2、什么是電勢差?寫出定義式。電勢差與電勢的聯(lián)系及區(qū)別如何?
3、怎樣計算電場力的功?
引導學生回答。
二、新課教學:
1、電勢與場強的比較:
(1)電勢是描述電場的能的性質(zhì)的物理量,E是描述電場的力的性質(zhì)的物理量。
(2)電場強度是矢量,電勢是標量;
(3)E和之間不存在必然的直接的關系,電勢高的地方場強不一定大;電勢為零的位置,場強不一定為零。
A
B
例:
① 如右圖,比較A、B兩點的電勢高低和場強大小。
② 正點電荷的電場中:離場源越近,E越大,電勢越高;
③ 負點電荷的電場中:離場源越近,E越大,電勢越低;
④ 等量異種電荷連線的中點:E最大,而電勢為零;
⑤ 等量同種電荷連線的中點:中點的電勢為連線上的最小值,為垂直平分線上的最大值。(利用電場線的方向判斷)
2、等勢面:
電場中電勢相等的點構成的面。
3、等勢面的特點:
(1)在同一等勢面上的任意兩點間移動電荷電場力不做功;
(2)等勢面一定處處與電場線垂直,即跟場強方向垂直;
(3)電場線總是從電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面;
(4)處于靜電平衡的導體是等勢體,表面是等勢面。
注意:等勢體不是電勢為零
(5)等差等勢面分布的疏密程度可以描述場強的大?。旱炔畹葎菝婷艿牡胤诫妶鼍€也密,場強越大;反之,電場線密的地方等差等勢面密。
4、幾種典型的電場的等勢面:
5、等勢面的應用:
(1)由等勢面可知電場中電勢的高低;
(2)能求出在等勢面間移動電荷的過程中電場力所做的功;
(3)由等勢面可判斷場強的方向(等勢面一定處處與電場線垂直)
(4)能判斷場強的大小(等差等勢面密的地方場強大)
三、典型例題分析:
【例1】帶電量為3×10-6C 的粒子先后經(jīng)過電場中的A、B兩點,克服電場力做功6×10-4J,已知B點電勢為50V,則:
(1)電勢能的變化 ;
(2)A點的電勢A= ;
(3)把電量為- 3×10-6C的電荷放在A點的電勢能 。
【解析】(1)由于是克服電場力做功,電勢能一定增加,所以:
(2),所以,。
(3)根據(jù)電勢能,則。
【說明】此題難度不大,但牽涉到的電場中的概念較多,包括電勢差、電勢、電勢能、電場力的功等.在應用它們的關系時,有兩點要注意:(1)不論是正電荷還是負電荷,只要是電場力做功,電勢能一定減少;只要是克服電場力做功,電勢能一定增加;(2)應用電勢能的公式計算時,各物理量用正負值代入;(3)電勢能的正、負可比較大小。
【例2】在圖2中a、b和c表示點電荷Q的電場中的三個等勢面,它們的電勢分別為、、。一帶電粒子從等勢面a上某處由靜止釋放后,僅受電場力作用而運動,已知它經(jīng)過等勢面b時的速率為v,則它經(jīng)過等勢面c的速率為多少?
【解析】設帶電粒子的電量為q,a、b兩等勢面的電勢差為Uab、b、c兩等勢面的電勢差Ubc;帶電粒子經(jīng)過等勢面a、b、c時的速率分別為va、vb、vc。(已知:va=0,vb=v)
圖2
則由動能定理:①

將①、②兩式相除可得: ③
將、、、代入③式:
【例3】勻強電場中A、B、C三點構成一個直角三角形。AB=4cm,BC=3cm,把電荷量為q=-2×10-10C的點電荷從A點移到B時,電場力做功4.8×10-8J,從B點移到電C點時,克服電場力做功4.8×10-8J,若取B點的電勢為零,求AC兩點的電勢和場強的方向。
【解析】,
,A、C兩點的連線為等勢線。場強方向由B垂直指向AC。
【例4】在右圖中,實線是等勢面,一個電子以速度v0向場源運動,其軌跡如虛線所示,則:
(1)場源電荷帶什么電? (負電)
(2)比較a、b、c三點電勢的高低。 ( =>)
(3)比較電子在a、b、c三點動能的大小。 (=>)
三、課堂小結:
1、判斷電勢高低的方法;
2、電勢能的變化與電場力的功的關系;
四、隨堂精練:
1、如圖所示,Q是帶負電的點電荷,A和B為其電場中的兩點。若E1、E2為A、B兩點的電場強度的大小,1、2為A、B兩點的電勢,則( )
A、E1>E2,1>2
B、E1>E2,1<2
C、E1<E2,1>2
D、E1<E2,1<2
2、A、B兩帶電小球,A固定不動,B的質(zhì)量為m。在庫侖力作用下,B由靜止開始運動。已知初始時,A、B間的距離為d,B的加速度為a。經(jīng)過一段時間后,B的加速度變?yōu)閍/4,此時A、B間的距離應為_____。已知此時B的速度為v,則在此過程中電勢能的減少量為_____。
3、有一個帶電量的點電荷,從電場中A點移到B點的過程中,克服電場力做功6×10-4J,從B點移到C點的過程中,電場力做功9×10-4J,問:
若以B點的電勢為零,則A、C兩點的電勢各為多少?電荷在A、C兩點的電勢能各為多少?
參考答案:
1、B; 2、2d,1/2mv2; 3、 φA=200V;φC=300V;εA=6×10-4J;εC=-9×10-4J。
五、課外作業(yè):
教材:P22頁, (6)、(7)

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4 電勢能和電勢

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