重力场与电场的比较

电场力做功与电势能》教学设计一、教学目标1．通过电场力做功与重力做功对比，使学生掌握电场力做功的特点。

2．通过与重力势能对比，使学生掌握电势能这一概念。

3．了解电场力做功与电势能能量转化和功之间的关系。

4．复习加深能量转化和功之间的关系。

二、重点、难点分析1．重点是明确电场力的功和电势能的变化之间的关系。

2．难点:电势能概念的建立.三、主要教学过程（一）引入新课前面我们从电荷在电场中受到力的作用出发，研究了电场的力学性质。

我们引入电场强度矢量E描述电场强弱及方向。

规定单位正电荷在某点所受电场力的方向为该点场强方向，大小为场强大小。

这样表示出电场力的性质。

电场对放入其中的电荷有力的作用，此力可以做功，所以电场也有能的性质。

下面我们研究电场的能量特性。

复习：1．功的定义W=Fscosθ力和物体在力的方向上位移的乘积。

（θ为F与s的夹角）2．重力功（1）重力功只与物体的起末位置有关而与路径无关。

如图1所示，物体沿不同路径经由A到B，重力功仅与AB两点竖直方向高度差有关，与所走路径无关。

W=mgh（2）重力功与重力势能的关系重力对物体做正功，物体重力势能减小；物体克服重力做功，即重力做负功，物体重力势能增加。

重力做多少正功，重力势能就减少多少，反之也成立。

重力所做的功等于重力势能增量的负值，即：W G=-△E p（3）重力势能是相对的，有零势能面。

（人为选定）（4）物体在某处的重力势能（可正可负），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，如前图1中，如设E pA=0，则E pB=-mgh，如设E pB=0，则E pA=mgh。

（5）重力势能应归物体与地球所共有。

一般我们只提物体不说地球，但不等于归物体自己所有，原因是如没有地球对物体的吸引力则谈不上物体受重力，所以也谈不上重力势能。

以上为重力功的特点及它与重力势能的关系。

下边我们首先来看看电场力做功的特点。

（二）教学过程设计1．电场力做功的特点上节课我们了解了几种典型电场，为了便于理解，今天我们就用匀强电场来研究电场力功的特点。

电势差一、教学目标1．理解电势差的概念，知道电势差与电势零点的选择无关。

2．掌握两点间电势差的表达式，知道两点之间电势差的正负与这两点的电势高低之间的对应关系。

进行有关计算。

3．会用U AB＝φA－φB及U AB＝W ABq4．知道什么是等势面，理解在同一等势面上移动电荷时电场力不做功。

5．知道电场力跟等势面垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面。

6．知道处于静电平衡的导体是等势体，导体表面是等势面。

7．知道常取地球或与地球相连的导体作为等势的参考位置，认为它们的电势为零。

8．了解几种典型电场的等势面。

二、教学重、难点重点：理解电势差和等势面的概念，掌握电势差和等势面的特点。

难点：电势差公式的综合应用，利用电势，电势差，电势能和等势面的特点的综合判断。

三、教学用具多媒体设备四、相关资源《电势差》视频资源。

五、教学过程【课堂引入】教师播放视频：《电势差》。

（插入视频《电势差》）【新知讲解】（一）电势差复习回顾：教师活动：前面我们曾经学习电势能和电势，同学们想一下什么是电势能，什么是电势，它们的公式各是什么？学生回答：电荷在电场中具有的与电荷位置有关的能，叫电势能。

W AB=E PA−E PB=−∆E P电场中某点的电势，等于单位正电荷由该点移动到参考点(零电势点)时电场力所做的功。

电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值叫该点的电势。

φA=W AOq 或φA=E Aq教师活动：电势能和电势直观的描述了电场中能量和位置的关系，都需要提前确定零点，那么接下来我们来学习电场中描述位置变化且与零点无关的量—电势差。

1.定义：在电场中，两点之间电势的差值叫作电势差，电势差也叫作电压。

2.定义式：U AB=φA-φB3.单位：伏特(V) 1V=1J/C4.标量：正负代表一点比另一点电势高或低。

(注：U AB大于0，说明A点电势大于B点电势，反之U AB小于0，说明A点电势小于B点电势。

)5.比值定义法：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W AB与电荷量q的比值W AB/q，叫做A，B两点间的电势差。

2010·10电势和电势能是静电学部分的重要概念，但由于比较抽象，也是教学的难点，为了使学生更好地掌握电势和电势能的物理意义，一般说来，我们都是用重力势能做比较来进行教学，因为学生对重力势能的概念已经掌握得比较牢固。

那么，电势能和重力势能有什么相似之处，又有什么不同之处？为了说明这个问题，我们先来看一看电场力跟重力的异同点。

电场力在本质上是电荷之间的相互作用力，又叫静电力，或库仑力。

（运动电荷或运动电场对其他电荷的作用力已经超出本文的范围，在此不做讨论）由于电荷之间是通过电场来传递相互作用的，所以某一电荷受到另一电荷的作用力可以看做是这个电荷受到另一电荷产生的电场的作用力。

因为电荷有正负电荷之分，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，所以两个电荷之间的相互作用力可能是斥力，也可能是引力。

重力是地球与地面上物体之间的万有引力与地球自转的惯性离心力的合力，对于地面上的物体来说，所受到的重力方向总是竖直向下，这是因为物体之间的万有引力只有相互吸引，没有相互排斥，这是电场力跟重力不同的地方。

我们知道，重力做功与路径无关，由此引入了“重力势能”的概念。

可以证明，电场力跟重力一样，也具有做功与路径无关的特点，这是电场力跟重力相似的地方。

在力学中，重力做功与路径无关，我们引入了“重力势能”的概念，同理，电场力做功与路径无关，因此我们可以引入“电势能”的概念。

处于重力场中的所有物体都具有“重力势能”，同样，处于静电场中的任何一个带电体都具有相应的“电势能”。

物体所具有的“重力势能”与它所处的高度有关，物体在某一高度上具有的“重力势能”与物体质量的大小成正比，即质量增大几倍，它的重力势能也增大几倍，与此类似，电荷在电场中某一点具有的“电势能”跟它的电荷量的多少成正比，电荷量增大几倍，它的“电势能”也将增大几倍，即对于电场中的某一点来说，电荷在该点的“电势能”与该电荷的电荷量之比是一个常量，这个常量的大小跟电荷无关，反映了电场的一种性质，我们把这个比值叫做电场中该点的电势。

电场与重力场对比理解物体内所含物质形成引力场 物体所带电荷形成电场物质引力场相互作用只形成引力 电场之间相互作用即有引力也有斥力以地球为例 以点电荷为例将质量为m 的物体放在地球的引力场中 将带电量为q 的点电荷放在大点电荷电场中 地球引力场对物体的作用力为F 大电荷Q 对小电荷q 的作用力为F2r GMm F =m r GM 2= 2r kQq F =q rkQ2= 当r 不变时2r GM m F =也不变 当r 不变时2rkQq F =也不变 定义2r GM g =定义2rkQE = mgF = Eq F =g 代表距离地心某处的引力强度 E 代表距离大电荷某处的电场强度定义 m F g =定义qF E = 请注意这两次定义的意义有什么不同?显然在上面的讨论中随着r 的变化,引力强度g 与电场强度E 都在不断变化. 下面我们进入一种理想状态,即引力强度g 与电场强度E 是均匀不变的情况.物体从位置1到位置2重力做功W 正电荷从位置1到位置2电场力做功W 由重力做功等于势能的变化得 Fd W = qE F =21mgh mgh W -= qEd W =⇒ 21h h d -=m gh gh )(21-= q Eh Eh W )(21-=规定物体位置h 与重力强度g 之积叫重力势U 规定电荷位置与电场强度E 之积叫电势Ugh U = Eh U =物体在不同高度时的势差为AB U 电荷在不同位置时的电势差为AB UB A AB gh gh U -= 21Eh Eh U AB -=物体在不同高度B A ,间移动重力做功为 电荷在不同位置B A ,间移动电场力做功为AB mU W = AB qU W =。