物理：《电场力做功与电势能》教案（2）（鲁科版选修3-1）

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第1节 电场力做功与电势能 （2课时）
【教学目的】
1、会计算点电荷在电场力作用下，从电场中一点移动到另一点时电场力所做的功
2、知道什么是电势能，知道电场力做功与电势能改变的关系。
3、培养知识的迁移能力。
【教学重点】
电势能的概念，电势能的改变与电场力做功的关系，电功计算
【教学难点】[来源:21世纪教育网]
运用所学概念、规律解决实际问题21世纪教育网
【教学媒体】
【教学安排】
【新课导入】
习题导入——如右图中路径①，有一电量为q、质量为m的正电荷以某一水平向右的速度v0在A点进入一场强大小为E，方向向右的匀场电场。问点电荷做什么运动？——如何计算它到达距A为d的B点的速度（A、B在同一直线上）？如果从B点以v0向左进入呢？如果从A以v0垂直于电场线方向进入呢？(点电荷质量忽略不记)
讨论：该电荷在场中受恒定的大小为qE，方向向右的电场力，因此要做匀加速直线运动，加速度大小为。可以用运动学的公式计算。若从B向左进入，则电荷做匀减速运动。如果从A以v0垂直于电场线方向进入，则电荷做类似于平抛的运动。要用正交分解解决问题。（这里不展开）21世纪教育网
教师归纳：对，从这个例子可以看出，电荷的受力运动也与以往高一所学的质点运动一样遵循牛顿运动定律。而在高一力学中，我们出来用牛顿运动定律来分析解决物体的运动问题，还可以从功和能的角度来解决。那么，电场力做功吗？
【新课内容】
1. 电场力做功的特点：
我们用刚才的匀强电场来分析电场力做功的特点。显然，在刚才的电荷移动中，电场力对电荷做了正功。
如果我们将试探电荷q从其他路径由A移到B呢？大家一起来计算这几种情况下电场力对电荷所做的功。
A. 如右图中路径②，q在沿折线ACB从A移往B的过程中, q在沿直线从A移往C的过程中，受到的电场力F=qE,电场力与位移AC的夹角始终为θ，F对q 所做的功为：W=FcosθAC＝qEd；在线段CB上静电力F与位移CB垂直，而不做功。F对q 所做的功为：W= qEd
B. 再使q沿任意曲线ADB从A点移到B点。我们可以用无数组跟静电力垂直和平行的折线来逼近曲线ADB。可以得出F对q 所做的功为：W= qEd
结论：不论q经由什么路径从A点移动到B点，静电力做功都是一样的。虽然这个结论是从匀强电场推出，但对于非匀强电场也同样适用。
板书：1、在匀强电场中，电场力做功值W= qEd，其中d为头尾两点沿电场力方向的位移。
2、电场力做功只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
我们知道，功是能量转化的量度，一个力做功必定带来相应的能量转化。因此电场力做功，肯定也有能量发生转化。那是什么能发生了变化呢 ——在刚才的电荷运动中，正电荷的动能增加了，是什么能转化过来的呢
物体在重力场中具有重力势能，同样的电荷在电场中也具有势能，这种势能叫做电势能。电场力做功使得电势能与其他形式的能之间发生了转化。
重力如果做正功，重力势能减少；重力如果做负功，重力势能增加。同样的，如果电场力做正功，电势能减少；电场力做负功，电势能增加。[来源:21世纪教育网]
板书：3、电场力做功量度电势能的减少量。WAB=EPA - EPB（该公式含正负号）
电场力做功只能决定电势能的变化量，而不能决定电荷在电场中某点的电势能的数值，就好象重力功能确定重力势能的变化量，而不能确定重力势能的数值一样。因此模仿重力势能我们需要定义一个零势能面的问题，在确定电场中某点的电势能时，也要定义一个零势能面。才能确定其他地方的电势能的数值。若规定电荷在B点电势为零，则在A点电势能等于WAB。也就是说，电荷在某点的电势能，等于电场力把它从该点移动到零势能面位置所做的功。21世纪教育网
板书：4、电荷在某点的电势能，等于电场力把它从该点移动到零势能面位置所做的功。
例如，在刚才的例子中，如果设A为零势能点，则正点电荷在A点电势能为零，由A到B电场力做了+qEd的功，所以电势能减小，即正电荷在B点电势能为-qEd。（负号表示该处该电荷势能低于零，这里的正负号与大小有关）
巩固：在刚才的例子中，如果设B为零势能点，则正点电荷在A点电势能为？——+qEd；如果设B为零势能点，则负点电荷在A点电势能为？——-qEd；如果设A为零势能点，则负点电荷在B点电势能为？——+qEd。
——归纳并 板书：5、正电荷沿着电场线运动（或运动方向与电场线夹锐角）时，电场力做正功，电势能降低；负电荷沿着电场线运动（或运动方向与电场线夹锐角）时，电场力做负功，电势能升高。
可见所取的参考零势能点不同，即使是同一电荷在同一点也有不同的势能，但两点间的电势能差值是固定的。正如重力势能是物体与地球共有的一样，电势能也是电荷与电场共有的系统能量。它的大小与电荷电性电量和电场都有关的物理量。
板书：6、通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能为零，或把电荷在大地表明上的电势能规定为零。
3. 随堂巩固练习：
课本本节课后练习1、2（课练并讲评）
【课后作业】
教材全练P15-16
【课后反思】
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