2.3 电势差 教案 (1)

2.3
电势差
教案
【教学目的】
1、理解电势差的概念及其定义式；知道电势差的值与零电势的选择无关；知道电势差与电势的关系。
2、了解电势差与电场强度的关系。了解示波器的工作原理。
【教学重点】
掌握电势差与电场力做功的关系；掌握电势差与场强的关系式U=Ed的使用条件及式中d的含义；能初步运用力学知识综合解决带电粒子在匀强电场中的运动问题。
【教学难点】
从基本概念出发推出各常用的推论
一、引入
电场对放入其中的电荷有力的作用，对导体内部电荷同样有力的作用，此力可以做功，所以电场也有能的性质．下面我们从电场力做功和能量角度研究电场性质．
　首先，我们先复习一下有关功的知识以及重力做功和重力势能的关系
一、功的量度：
W=FScosα（F是恒力）二、重力做功：1、重力做功只与位置有关、与经过的路径无关；2、重力做功与势能的关系：WG=-△EP3、重力势能是相对的，有零势能面。（人为选定）4、重力势能的正负是相对于零势面而言的，不代表方向。数值上等于把物体从该点移到零势能面处时，重力所做的功
　
同样，我们还研究过其它力做功，如分子力做功使得分子势能发生变化，弹簧的弹力做功引起弹性势能的变化，那么电场力做功的情形又是怎样的呢？我们又是怎样来研究呢？
二、讲授新课
1．电势差
在某一点电荷＋Q形成的电场中，将同一电荷放入电场的不同位置A、B两点，所受到的电场力是不同的，这是因为A、B两点的电场强度是不同的．为了研究问题的方便，我们以匀强电场为例，匀强电场中，电荷从A点移动到B点，电场力的大小F=Eq为恒力，则电场力做功大小为： WAB=EqScosα (α为Eq与S之间的夹角)
　　在这里：WAB/q=EScosα 是一个与电荷本身无关的量，
类似如重力做功W=mgh推出的W/m=gh也是与物体本身无关的物理量，只与重力场本身性质有关．
因此我们将WAB/q这一比值叫做A、B两点间的电势差，用UAB来表示电势差，单位伏特，简称伏，符号是V．电势差又叫电压．
UAB=WAB/q
或
WAB=qUAB
电荷在场强为E的匀强场中，令电荷q由一点A移至另一点B时（如图）电场力所做的功，同样点电荷由A沿着某一曲线移至另一点C（AC在场强E的投影与AB相等）时电场力所做的功WAB，WAC，WAB与WAC相等（类比与重力做功），也就是说电场力做功与路径无关，仅与电荷运动的起末位置有关，——反映了电场本身的性质．此结论不仅适用于匀强电场而且适用于任何电场（在高中阶段不做具体证明）．
因为电场力所做的功可以是正值或负值，所以两点间的电势差也可以是正值或负值．我们可以总结：
（1）A、B两点之间的电势差可以是正值，也可以是负值，数值上等于单位正电荷从A点移动到B点时电场力所做的功UAB=-
UBA；（2）电势差的单位——伏特（V），当q电量为1C时在某两点间做功为1J，则这两点之间的电势差为1V；（3）不论电场如何分布，电场力是恒力还是变力，电场力做功的大小都可以用W=qU计算得到；
例题分析总结：应用WAB=qUAB求解问题时：
①可将q、U连同正负号一同代入，看得出的值来判断电场力做功的正或负。
②也可以取q、U的绝对值代入，电场力做正功或负功由电场力与位移（运动方向）的夹角来决定
2．电势
问：我们说室内的高度是2m，这是如何得出来的
分析：是以室内地面作为参考平面，取参考平面的高度为零。把吊灯与室内地面的高度差作为吊灯的高度。高度差即高度的差值，电势差也就是电势的差值，那么如何定义电场中各点的电势？
分析：，若将B点的电势定义为零电势点，则A点的电势等于单位正电荷由A点移动到B点——零电势点（参考点）时所做的功．
强调：①电势通常用
来表示．电场中某一点的电势，等于单位正电荷由该点移动到参考点（零点电势）时电场力所做的功．
　　
②电势差与零点电势的选取无关，但电势是相对零点电势而言的，与零点电势的选取有关．
分析书中图13－22：
问：在电场中沿着场强方向移动1C的正电荷，电场力做功，电势分别是多少？
分析：沿着电场线的方向将单位正电荷由A、B、D点分别移动到C点，电场力做功，分别为15J、5J、-3J。则由U=W/q得出这三点的电势为A=15V、B=5V、C=-3V。
有了电势的概念我们就可以用电势的差值表示电势差：UAB=A-B
问：沿着电力线方向电势如何变化？
分析：沿着电力线方向移动的正电荷UAB=A-B>0,
A>B,可见沿着电力线方向，电势越来越低。
3、电势能
　
物体在重力场中具有重力势能，而电荷在电场中也具有能——电势能．
　
重力做功使物体重力势能减少，重力做多少功，重力势能就减少多少，减少的重力势能转化为动能或其它形式的能，那么电场力做功与电势能的变化有什么关系呢？
类似的：
　　（1）电场力做正功，则电势能减少；电场力做多少功，电势能就减少多少；
　　（2）减少的电势能转化为电荷的动能或其它形式的能．
学生阅读129页例题2归纳总结判断做功为正或负的方法：
方法（1）可以在计算时将q、U的正负关系直接代入；得出的是正，则电场力做正功，得出的是负值，则电场力做负功。
方法（2）在代入数值时以绝对值代入，再判断电场力的方向和位移的方向来判断电场力做功的正负．
4、总结：
　（1）电场中两点间电势差，类同重力场中两点的高度差．
　　电势差： UAB=WAB/q
（1V＝1J/C）　　U与W、q无关
　（2）设定零电势点，由电势差定义各个点的电势：电场中某一点的电势
，等于单位正电荷由该点移动到参考点（零点电势）时电场力所做的功．
　　注意：电势的大小与参考点的选取有关；电势差的大小与参考点的选取无关．
　　（3）
，沿着电场线的方向，电势越来越低．
　　（4）电势能是电荷在电场中具有的能：电场力做功，电势能减少；做多少功，电势能就减少多
三、板书设计：
第五节
电势差
电势
一．复习
功的量度： W=FScosα（F是恒力）
重力做功：1、重力做功只与位置有关、与经过的路径无关；
2、重力做功与势能的关系：WG=-△EP
3、重力势能是相对的，有零势能面。（人为选定）
4、重力势能的正负是相对于零势面而言的，不代表方向。数值上等于把物体从该点移到零势能面处时，重力所做的功
二．
电势差(U)：1、概念
2、定义式:
=WAB/q
UAB只由A、B两位置决定
3、物理意义:表示电场性质的物理量
4、矢量性：标量，正负表示大小
三．电势():1、概念
2、物理意义:表示电场性质的物理量
3、矢量性：标量，正负表示大小,与参考平面有关
4、与电势差的关系：UAB=A-B；UBA=B-A
四．电势能：电场力做正功，电势能增加；电场力做负功，电势能减少