2021-2022学年人教版（2019）必修第三册 10.1 电势能和电势 教案（word版含答案）

2021-2022学年人教版（2019）必修第三册
10.1 电势能和电势 教案
问题与目标
1.通过复习重力做功的特点及重力做功与重力势能的关系，对比理解静电力做功的特点、电势能的概念、电势能与静电力做功的关系。
2.类比重力势能理解电势的概念，养成良好的科学思维习惯。
3.通过复习电场线和电场强度的关系，对比了解电势与电场线的关系，了解等势面的意义及等势面与电场线的关系。
重点与难点
重点
理解掌握电势能、电势的概念及意义。
难点
掌握电势能与静电力做功的关系，并能用这些知识解决相关问题。
教学准备
教师要求
多媒体课件。
学生要求
回顾上一章有关电场的基本知识，复习重力做功的特点以及重力做功与重力势能的关系，预习新课。
教学过程
一、导入新课
引入：我们已经建立了电场强度的概念，知道它是描述电场性质的物理量。倘若把一个静止的试探电荷放入电场中，它将在静电力的作用下做加速运动，经过一段时间后获得一定的速度，试探电荷的动能就增加了。我们知道，这是静电力做功的结果，而功是能量变化的量度。那么，在这一过程中，是什么能转化成了试探电荷的动能呢?
师：同学们还记得重力做功的特点吗?
生：重力做功具有跟路径无关的特点。
思考：静电力也是场力，静电力做功同样为场力做功，那么，静电力做功会具有怎样的特点呢?
二、新课教学
1.分析静电力做功的特点。
结合下图分析试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中沿不同路径从A点运动到B点静电力做功的情况。
(1)q沿直线从A点到B点；
(2)q沿折线从A点到M点，再从M点到B点；
(3)q沿任意曲线从A点到B点。
教师指导学生讨论，巡视学生分小组讨论的情况，并给予适当的指导。
学生分组展示，结果都是。与重力做功类比，得出结论。
静电力做功的特点：在匀强电场中移动电荷时，静电力所做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，与电荷经过的路径无关。
教师引导学生结合重力势能的知识和静电力做功的特点建立电势能的概念。
学生分组讨论，交换不同意见。
学生得出结论后，教师提出问题让学生回答并给予补充。
2.类比重力做功的变化与重力势能的关系，引出电势能的概念。
(1)电势能：由于移动电荷时静电力做功与电荷移动的路径无关，电荷在电场中也具有势能，这种势能叫作电势能。
(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变化量。如果用表示电荷由A点运动到B点静电力所做的功，和分别表示电荷在A点和B点的电势能，它们之间的关系为。
学生归纳总结：
静电力做正功，电荷的电势能减少；静电力做负功，电荷的电势能增加。
②静电力做多少功，电势能就变化多少，在只受静申力作用时，电势能与动能相互转化，而它们的总量保持不变。
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正，负电荷在任意一点具有的电势能都为负。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，负电荷在任意一点具有的电势能都为正。
④电荷在电场中某一点A具有的电势能，等于将该点电荷由A点移到电势能零点静电力所做的功W，即。
⑤判断电荷在电场中A、B两点具有的电势能高低的方法：将电荷由A点移到B点，根据静电力做功情况判断。静电力做正功，电势能减少，电荷在A点的电势能大于在B点的电势能；反之，静电力做负功，电势能增加，电荷在A点的电势能小于在B点的电势能。
⑥电势能零点的规定：若要确定电荷在电场中的电势能，应先规定电场中电势能为0的位置，物理学中通常把电荷在离场源电荷无限远处或大地表面的电势能规定为0。
小结：电荷在电场中某点的电势能，等于静电力把它从该点移动到零电势能位置时静电力所做的功。如前例中，若取B点为电势能零点，则电荷在A点的电势能。
3.得出电势的概念。
电势是表征电场性质的重要物理量。通过研究电荷在电场中电势能与它的电荷量的比值得出了电势的概念。
参阅教材第28页图10.1-4并总结。
(1)定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量之比，叫作电场在这一点的电势。用φ表示。电势是标量，只有大小，没有方向，但有正负。
(2)公式： (与试探电荷无关)。
(3)单位：伏特(V)。
(4)电势与电场线的关系：沿着电场线方向电势逐渐降低(电场线总是指向电势降低的方向)。
(5)零电势位置的规定：电场中某一点的电势的数值与零电势的选择有关，即电势的数值决定于零电势的选择（一般规定大地表面或无穷远处的电势为0)。
三、课堂小结
本节课我们学习了静电力做功的特点，通过静电力做功研究了电场的能的性质。重点学习了电势能和电势的概念、决定因素和特点，知道了电势是描述电场本身性质的重要物理量。
四、作业设计
完成课本第29～30页练习题
课堂练习
1.如图所示是以电荷为圆心的一组同心圆（虚线），电场中有四点。现将一带电荷量为q的正点电荷由A点沿不同的路径移动到D点，沿路径①做功为，沿路径②做功为，沿路径③做功为，则( )
A. B.
C. D.因不知道q的具体数值，故无法进行判断
2.如图所示，电场强度为E的匀强电场中，带电荷量为的电荷沿直线、折线、曲线运动，已知长为d。关于静电力做的功和大小关系，下列说法正确的是( )
A.沿折线运动时，静电力做功最多 B.沿直线运动时，静电力做功最少
C.沿直线运动时，静电力做功为 D.沿直线运动时，静电力做功最多
3.如图所示，真空中有一对平行金属板，分别接在电源的两极上，一个带正电荷的粒子，在静电力的作用下由静止开始从正极板附近向负极板运动，则该带电粒子在运动过程中( )
A.静电力对它做正功，电势能增加 B.静电力对它做正功，电势能减少
C.静电力对它做负功，电势能增加 D.静电力对它做负功，电势能减少
4.一个带正电的粒子沿曲线从a到b越过匀强电场，则以下说法正确的是( )
A.静电力做正功，电势能增加 B.静电力做正功，电势能减少
C.静电力做负功，电势能增加 D.静电力做负功，电势能减少
答案以及解析
1.答案：B
解析：因为静电力做功只与电荷在电场中的初、末位置有关，而与电荷运动路径无关，故沿三条路径将点电荷由A移动到D的过程中，静电力做功相等，选项B正确，A、C、D错误。
2.答案：C
解析：静电力做功与电荷经过的路径无关，电荷沿直线、折线、曲线运动，其初、末位置相同，静电力做功相同，均为，选项A、B、D错误，C正确。
3.答案：B
解析：左边极板带正电荷，右边极板带负电荷，故电场强度方向向右，粒子带正电荷，故所受静电力向右，位移向右，故静电力做正功，静电力做的功等于电势能的减少量，故电势能减少，转化为了动能，选项B正确，A、C、D错误。
4.答案：B
解析：粒子带正电，由其运动轨迹和场强方向可知，从a到b静电力做正功，电势能减少，选项B正确，A、C、D错误。
板书设计
第1节电势能和电势
1.静电力做功的特点
在匀强电场中移动电荷时，静电力所做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，与电荷经过的路径无关。
2.电势能
静电力做功与电势能变化的关系：。
静电力做正功，电荷的电势能减少；静电力做负功，电荷的电势能增加。
3.电势
(1)定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量之比，叫作电场在这一点的电势。用φ表示。电势是标量，只有大小，没有方向，但有正负。
(2)公式： (与试探电荷无关)。
(3)单位：伏特（V)。
(4)电势与电场线的关系：沿着电场线方向电势逐渐降低(电场线总是指向电势降低的方向)。