电场能的性质教案

11.3电场能的性质教学目标：知识与技能：1、掌握电势差的概念。会应用电势差的概念求解静电力对电荷所做的功。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。明确电势能、电势、静电力的功、电势能的关系。3、了解电势与电场线的关系，了解等势面的意义及与电场线的关系。过程与方法：通过类比法教学，使学生理解电势差的概念；应用所学知识推导静电力做功与电势差的关系式，培养逻辑思维能力。情感态度和价值观：体验推理探究的过程，提高分析问题、解决问题的能力。进一步培养学生学习物理的兴趣。教学重点：应用电势差的概念求解静电力对电荷所做的功。理解掌握电势能、电势、等势面的概念及意义。教学难点：对基本概念的理解及应用，掌握电势能与做功的关系，并能用此解决相关问题。教学方法：讲练结合，总结归纳法，计算机辅助教学教学过程：引入：电势、电势差是高中物理中的重要概念，电场力做功与电势能变化的关系是高中物理学习中的一个难点，复习本节时重点应放在电场力做功的计算、电势的判断以及电势能的计算上，且注意将其与重力势能、重力做功与重力势能的关系进行类比，加深理解.知识梳理一、电势能1.定义：电荷在静电场中由于相对位置而具有的能量，其大小等于把该电荷从该位置移到零势能参考面电场力所做的功，即EA=WA→0.2.决定因素：与电荷量q、零势能参考面的选取及其相对位置有关.3.与电场力做功的关系：电势能的改变只由电场力做功决定，有ΔEAB=EB-EA=-WAB(1)场源电荷判断法——离场源正电荷越近，试探正电荷的电势能越大，试探负电荷的电势能越小.(2)电场线法——正电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐减小；逆着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大.(3)做功判断法——无论正负电荷，电场力做正功，电荷的电势能就一定减小；电场2力做负功，电荷的电势能就一定增大.二、电势1.定义：电场中某点的电势，等于单位正电荷从该点移到零电势参考面电场力所做的功，.（这里的q根据电性带正负号）2.单位：伏特（V），1V=1J/C.3.决定因素：与该点在电场中的位置以及零势面的选取有关，与检验电荷无关.若空间某处的电场由几个电荷共同产生，则该点电势等于各电荷单独存在时该点电势的代数和.4.关于零电势面：由电势的定义知它与零电势能参考面重合，和其他零势面一样可以根据问题最简化的原则来选取.在实际应用中我们常会取大地和无限远处为零电势面.5.电场中沿电场线的方向电势越来越低.三、电势差1.定义：电荷q在电场中由一点A移动到另一点B时，电场力所做的功与电荷量的比值,叫做A、B两点间的电势差，用UAB表示.其定义式为：2.决定式：UAB=Ed,适用于匀强电场.3.电势差的单位为导出单位，在国际单位制中为伏特，简称伏；符号为V.1V=1J/C,即1C的正电荷在电场中由一点移到另一点,电场力所做的功为1J,则这两点间的电势差就是1V.4.电势（差）与电场强度的关系四、等势面1.定义：电场中电势相等的点构成的面.2.特点：（1）在同一等势面上移动电荷时电场力不做功，说明电场力方向与电荷移动方向相互垂直，即等势面必定与电场线相互垂直.（2）沿着电场线的方向，电势越来越低，电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面.（3）等势面的疏密表示电场的强弱，等势面密的地方，电场强；等势面疏的地方，电场弱.五、对公式的理解及应用A0AAWE==qqABABABWU==-qUE=d3公式反映了电场强度与电势差之间的关系,由公式可知:电场强度的方向就是电势降低最快的方向.公式只适用于匀强电场,且应用时注意d的含义是表示某两点沿电场线方向的距离，或两点所在等势面之间的距离.高考连线1.（2009年上海物理卷）位于A、B处的两个带有不等量负电的点电荷在平面内电势分布如图所示，图中实线表示等势线,则()A.a点和b点的电场强度相同B.正电荷从c点移到d点，电场力做正功C.负电荷从a点移到c点，电场力做正功D.正电荷从e点沿图中虚线移到f点，电势能先减小后增大【解析】电场线的疏密可以表示电场的强弱，可见A错误；正电荷从c点移到d点，电场力做负功,负电荷从a点移到c点，电场力做正功，所以B错误，C正确；正电荷从e点沿图中虚线移到f点，电场力先做正功，后做负功，但整个过程电场力做正功，D正确.【答案】CD2.（2009年广东物理卷）如图所示,在一个粗糙水平面上,彼此靠近地放置两个带同种电荷的小物块.由静止释放后,两个物块向相反方向运动,并最终停止.在物块的运动过程中,下列表述正确的是（）A.两个物块的电势能逐渐减少B.物块受到的库仑力不做功C.两个物块的机械能守恒D.物块受到的摩擦力始终小于其受到的库仑力【解析】由于两电荷的电性相同，则二者之间的作用力为斥力，因此在远离过程中，电场力做正功，电势能逐渐减少，A正确，B错误；由于运动过程中有重力以外的力(电场力和摩擦力）做功，故机械能不守恒，C错误；在远离过程中，开始时电场力大于摩擦力，后来电场力小于摩擦力，D错误.【答案】A题型方法一、与带电粒子轨道有关的问题例1如图44-4甲所示，实线是一族未标明方向的由点电荷产生的电场线，虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹，a、b是轨迹上的两点.若带电粒子在运动过程中只受电场力作用，根据此图可以判断的是()A.带电粒子所带电荷的符号B.带电粒子在a、b两点的受力方向C.带电粒子在a、b两点的速度何处较大D.带电粒子在a、b两点的电势能何处较大【解析】带电粒子在电场中所受电场力必沿电场线，根据轨迹UE=dUE=d4的弯曲方向，看出a、b两点的电场力方向如图44-4乙所示（类向心力）.由于电场线有两种可能，因此粒子所带电荷量可能为正，也可能为负.当粒子从a点进入时，速度方向与受力方向的夹角大于90°，电场力做负功，动能减小，电势能增加；粒子从b点进入时，速度方向与受力方向的夹角小于90°，电场力做正功，动能增加，电势能减小.正确选项为B、C、D.【答案】BCD【点评】带电粒子的运动轨迹一旦给定，那么粒子在a、b两点的受力方向、速率大小、电势能大小将唯一确定，与粒子所带的电荷量无关.方法概述高考中为了考查学生的分析推理能力，经常出一些给出带电粒子运动轨迹要求学生分析求解相关问题.求解这一类题的具体步骤是：先画出入射点的轨迹切线，即画出初速度的方向；再根据轨迹的弯曲方向，确定电场力的方向；进而利用分析力学的方法来分析粒子的带电性质、电场力做功的正负、电势能的增减、电势高低的变化、电场力的大小变化等有关问题.二、求匀强电场中的电场强度的大小和方向例2如图44-5所示，A、B、C三点都在匀强电场中，已知AC⊥BC，∠ABC=60°，BC＝20cm.把一个电荷量q=1×10-5C的正电荷从A移到B，静电力做功为零；从B移到C，静电力做功为-1.73×10－3J.则该匀强电场的场强大小和方向是()A.865V/m，垂直AC向左B.865V/m，垂直AC向右C.1000V/m，垂直AB斜向上D.1000V/m，垂直AB斜向下【解析】把电荷q从A点移到B点时,电场力不做功，说明A、B两点在同一等势面上.因该电场为匀强电场，等势面应为平面，故图中直线AB即为等势线，电场方向应垂直于等势面，可见选项A、B错误.，B点电势比C点低173V，因电场线指向电势降低的方向，所以场强方向必垂直于AB斜向下.场强大小【答案】D【点评】本题涉及匀强电场中电势差与场强的关系、等势面、电场线与等势面的关系、电场力做功等较多知识,题目情境比较复杂，全面考查考生理解、分析、解决电场类问题的能力.方法概述已知电荷在某几点间移动过程中电场力做功，求电场强度的方法：(1)根据确定各点间的电势差，注意在匀强电场中沿直线方向电势均匀变化.(2)连接电势相等的点构成等势面.(3)与等势面垂直的方向为场强方向，画出电场线.(4)根据求场强的大小.WU=qUE=d-3-5-1.7310V-173V10BCBCWU===q173V/m=1000V/m6030.22CBCBoUUE===dBCsin5三、运用功能关系解决电场中的有关问题例3如图44-7甲所示，水平绝缘光滑轨道AB的B端与处于竖直平面内的圆弧形光滑绝缘轨道BCD平滑连接，圆弧的半径R=0.50m.轨道所在空间存在水平向右的匀强电场，电场强度E=1.0×104N/C.现有一质量m=0.06kg的带电小球（可视为质点）放在水平轨道上与B端距离s=1.0m的位置，由于受到电场力的作用，带电体由静止开始运动.已知带电体所带的电荷量q=8.0×10-5C，取g=10m/s2，试问：（1）带电小球能否到达圆弧最高点D？（2）带电小球运动到何处时对轨道的压力最大？最大值为多少？【答案】（1）能（2）当小球滑至P点，∠POB=53°时，小球对圆弧的压力最大5N方法概述解答这一类力、电综合性问题的关键在于对物体进行受力分析，认真分析题目的物理过程.由于电场力做功与路径无关，只与始末位置有关，因此要特别注意对始末位置的分析.这一类题目常用动能定理求解.小结：探究：1、类比电场和重力场中力的情况、能量的情况、电势和高度看是否有相似之处？2、注意电场中几种特殊的电场线和等势面，分析其场强和电势情况。作业：题篇板书设计：1.3电场能的性质一、电势能题型方法二、电势（一）与带电粒子轨道有关的问题三、电势差（二）求匀强电场中的电场强度的大小和方向四、等势面（三）运用功能关系解决电场中的有关问题教学后记：