专题1.4电势能和电势-高中物理人教版选修3-1精品导学案

1.4 《电势能和电势》精品导学案
【学习目标】
1．知道静电力做功的特点，理解电势能、电势的概念。
2．能熟练应用电势能、电势的有关知识分析解决实际问题。
【重点难点】
电势能、电势概念的理解
【学法指导】
认真阅读教材，观察教材插图，体会电场力做功的特点；体会电势的概念
【知识链接】
回顾（1）重力做功的特点：重力做功与路径无关。（2）重力势能的变化与重力做功的关系：重力做的功等于重力势能的减少量。静电力做功与电势能的关系与此类似
【学习过程】
一、静电力做功的特点
1、分析试探电荷q在场强为E的匀强电场中沿不同路径从A运动到B电场力做功情况。
（1）q沿直线从A到B
（2）q沿折线从A到M、再从M到B
（3）q沿任意曲线ANB到B。
2、在电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷的 位置和 位置有关，但与电荷经过
的 无关。
★这是根据匀强电场推出来的，但同样适用于非匀强电场。
★若只有静电力做功，则电势能和动能相互转化，总量保持不变。
二、电势能
电荷在电场中具有的势能叫做电势能。
（1）、静电力做功与电势能的关系
电场力做正功，电势能 。
电场力做负功，电势能 。
静电力做的功等于电势能的减少量。WAB=EPA—EPB
尝试应用1、：
1、右图中MN为某电场中一条电场线，方向向右，在MN上取两点a、b，今将一正点电荷q从a移到b则 （ ）
A.电场力做正功，q的电势能增加；
B.电场力做负功，q的电势能增加；
C.电场力做正功，q的电势能减少；
D.电场力做负功，q的电势能减少。
2、下列说法正确的是（ ）
A 在电场中顺着电场线移动电荷，电场力做功，电荷电势能减少
B 在电场中逆着电场线移动电荷，电场力做功，电荷电势能减少
C 在电场中顺着电场线移动正电荷，电场力做正功，电荷电势能减少
D 在电场中逆着电场线移动负电荷，电场力做负功，电荷电势能增加
（2）、电荷的电势能
通常取 或 的电势能为零。
电荷在某点的电势能等于
电势能用Ep表示，单位： 。
尝试应用2：
3、对于在点电荷形成的电场中，电荷的电势能正负的研究，分析正确的是：[ ]
A．在正电荷形成的电场中，正电荷的电势能为正值；
B．在负电荷形成的电场中，负电荷的电势能为负值；
C．在点电荷形成的电场中，正电荷的电势能总为正值；
D．在正电荷形成的电场中，电荷的电势能总为正值。
4、把一个电荷从电场中的A点移到无穷远，电场力做功4.0╳10-8J，把它从无穷远处移到电场中的B点，克服电场力做功6.0╳10-8J，则下列分析正确的是：[ ]
A．电荷在电场中A点的电势能为4.0╳10-8J；
B．电荷在电场中B点的电势能为6.0╳10-8J；
C．电荷在B点的电势能比在A点时的电势能大2.0╳10-8J；
D．电荷在B点的电势能比在A点时的电势能小1.0╳10-8J；
三、电势
(1)电势定义：

定义式： （式子中各量均带有正、负号，理解其含义）
(2)电势是标量，单位： 简称伏，用V表示，1V=
电势有正、负，表示该点电势比零电势点高还是低。通常把______________的电势规定为零。
(3)电场线指向 的方向。
（4）电势是由 决定的，与试探电荷无关。
尝试应用3：
5、课本19页第1题。
6、有关电场中某点的电势，下列说法中正确的是（ ）
A、由放在该点的电荷所具有的电势能的多少决定
B、由放在该点的电荷的电量多少来决定
C、与放在该点的电荷的正负有关
D、是电场本身的属性，与放入该点的电荷情况无关
【训练测试】
1．在静电场中下列说法正确的是 (　　)
A．电场强度处处为零的区域内，电势也一定处处为零
B．电场强度处处相同的区域内，电势也一定处处相同
C．电场强度的方向总是跟等势面垂直
D．沿着电场强度的方向，电势总是不断降低的
1．【答案】CD
【解析】当静电场中的导体处于静电平衡时，其内部电场强度处处为零，但该导体为等势体，其电势不为零，故A错．在匀强电场中，电场强度处处相等，但电势沿电场线方向降低，故B错．
电场线方向处处与等势面垂直，即电场线上各点的切线方向与等势面垂直，各点电场强度方向就是电场线各点切线方向，故C正确．电场强度方向是电势降落最快的方向，故D正确．
2． 如图所示，在点电荷的电场中的一条电场线上依次有A、B、C三点，先把＋q的试探电荷依次放在三点上，然后把－q的试探电荷依次放在三点上，关于电荷的电势能的说法正确的是
(　　)
A．放上＋q时，EpA>EpB>EpC
B．放上＋q时，EpAC．放上－q时，EpA>EpB>EpC
D．无论放＋q，还是－q，EpA2．【答案】A
【解析】沿着电场线方向电势是降低，所以φA＞φB＞φc，根据电势能与电势的关系：EP=qφ，所以放上+q时，它的电势能EPA＞EPB＞EPC；故A正确，B错误，D错误；由EP=qφ，知放上-q时，它的电势能EPA＜EPB＜EPC；故C错误。
3． 如图所示，实线是一个电场中的电场线，虚线是一个负试探电荷在这个电场中的轨迹，若电荷是从a处运动到b处，以下判断正确的是 (　　)
A．电荷从a到b加速度减小
B．b处电势能大
C．b处电势高
D．电荷在b处速度小
3．【答案】BD
【解析】由题图可知b处的电场线比a处的电场线密，说明b处的场强大于a处的场强．根据牛顿第二定律，试探电荷在b处的加速度大于在a处的加速度，A选项错．由题图可知，电荷做曲线运动，必受到不等于零的合外力，即F≠0，且F的方向应指向运动轨迹的凹向．因为试探电荷带负电，所以电场线指向是从疏到密．再利用“电场线方向为电势降低最快的方向”判断a、b处电势高低关系是φa>φb，C选项不正确．根据试探电荷的位移与所受电场力的夹角大于90°，可知电场力对试探电荷做负功．功是能量变化的量度，可判断由a→b电势能增加，B选项正确．又因电场力做功与路径无关，系统的能量守恒，电势能增加则动能减小，即速度减小，D选项正确．
4． 如图所示，虚线表示电场的一族等势面且相邻等势面电势差相等，一个带正电的粒子以一定的初速度进入电场后，只在电场力作用下沿实线轨迹运动，粒子先后通过M点和N点．在这一过程中，电场力做负功，由此可判断出
(　　)
A．N点的电势高于M点的电势
B．粒子在N点的电势能比在M点的电势能大
C．粒子在M点的速率小于在N点的速率
D．粒子在M点受到的电场力比在N点受到的电场力大
4．【答案】AB[
【解析】由于带正电的粒子，由运动轨迹可知，电场力的方向指向右下方，即电场线的方向指向右下方，根据电场的性质“顺着电场线的方向电势降落”可知N点的电势高于M点的电势，故A正确；由于带正电的粒子，从M到N，电场力做负功，所以电势能增加，所以N点的电势能比在M点的电势能大，故B正确；从M到N，电场力做负功，速度减小，所以M点的速率大于在N点的速率，故C错误；根据电场线或等势面的疏密程度可知N点的电场强，故带电粒子在M点受到的电场力比在N点受到的电场力小，故D 错误
5．如图所示，虚线为某电场的等势面，今有两个带电粒子(重力不计)，以不同的速率，沿不同的方向，从A点飞入电场后，沿不同的轨迹1和2运动，由轨迹可以断定(　　)
A．两个粒子带电量一定不同
B．两个粒子的电性一定不同
C．粒子1的动能和粒子2的电势能都是先减少后增大
D．经过B、C两点，两粒子的速度可能不等
5．【答案】BCD
【解析】由等势线的形状知，这是一个位于圆心的点电荷产生的电场，两个粒子与点电荷的作用情况是相反的，所以两个粒子电性一定不同．粒子1的动能先减小后增大，粒子2的电势能先减小后增大．到B、C两点时两个粒子的速度可能相同也可能不同，无法确定．
6．如图所示，在场强为E的匀强电场中有相距为L的A、B两点，连线AB与电场线的夹角为θ，将一电荷量为q的正电荷从A点移到B点，若沿直线AB移动该电荷，电场力做的功W1＝________；若沿路径ACB移动该电荷，电场力做的功W2＝________；若沿曲线ADB移动该电荷，电场力做功W3＝______.由此可知电荷在电场中移动时，电场力做功的特点是________．
6．【答案】qElcosθ　qELcosθ　qELcosθ　电场力做功的大小与路径无关，只与始末位置有关
【解析】路径AB、ACB、曲线ADB在电场线方向上的投影都是BC＝Lcosθ，因此沿这三条路径电荷由A运动到B，电场力做的功都是qELcosθ，因此电场力做功的特点是：与路径无关，只与始末位置有关．