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2.2 电势与等势面学案（2020年鲁科版高中物理选修3-1）第2节电势与等势面学习目标核心提炼1.知道电势的概念，理解其相对性；能正确区分电势与电势能和电场强度。
2个概念电势.等势面1个公式1个特点等势面的特点1个现象尖端放电现象2.理解等势面的概念，掌握等势面的特点及几种典型电场中等势面的分布情况。
3.了解尖端放电现象，知道避雷针原理。
一.电势1.概念电荷在电场中某点的电势能跟电荷量的比值，叫做该点的电势。
电势是标填“矢”或“标”量。
2.公式和单位，即电场中某点的电势在数值上等于单位正电荷在该点所具有的电势能。
单位伏特，符号是V，1V1J/C。
3.电势的相对性只有规定了电场中某处的电势为零，才能确定电场中各点的电势值。
通常选距离电荷无穷远处或大地为零电势位置。
思考判断1电场中沿电场线的方向电势逐渐降低。
2因为沿电场线方向电势降低，所以电势降低的方向就是电场线的方向。
二.等势面1.定义电场中电势相等的各点构成的面。
2.等势面的特点1在同一等势面上移动电荷时静电力不做功。
2电场线跟等势面垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面。
3两个不同的等势面永不相交。
3.熟悉下面几种常见电场等势面的特点三.尖端放电1.概念带电较多的导体，在尖端部位，场强可以大到使周围的空气发生电离而引起放电的程度，这就是尖端放电。
2.应用避雷针是应用尖端放电的原理来防止雷击造成危害的。
电势及其高低的判断要点归纳1.对电势的三点理解1电势和电势能具有相对性，与零势面的选择有关。
2是电势的定义式。
电场中某点处的大小是由电场本身决定的，与在该点处是否放入试探电荷.电荷的电性.电荷量均无关。
3由求电势时，可将各物理量的“”.“”直接代入计算，这样更方便。
2.电势与电势能的区别与联系电势电势能Ep物理意义反映电场的能的性质的物理量反映电荷在电场中某点所具有的能量相关因素电场中某一点的电势的大小，只跟电场本身有关，跟点电荷q 无关电势能的大小是由点电荷q和该点电势共同决定的大小电势沿电场线逐渐降低，规定零电势点后，某点的电势高于零，则为正值；某点的电势低于零，则为负值正点电荷q电势能的正负跟电势的正负相同负点电荷q电势能的正负跟电势的正负相反单位伏特V焦耳J联系或Epq，二者均是标量精典示例例1xx漳州高二检测将一正电荷从无穷远处移至电场中M点，电场力做功为6.0109J，若将一个等量的负电荷从电场中N点移向无穷远处，电场力做功为7.0109J，则M.N两点的电势M.N的关系为A.MN0B.NM0C.NM0D.MN0解析取无穷远处电势0。
电势与电势面-鲁科版选修3-1教案一、教学目标1.了解电荷、电场和电势的基本概念。
2.掌握计算点电荷、电场强度和电势的公式及其应用。
3.了解电势面的概念和计算方法。
4.能够解决与电势和电势面有关的计算问题。
二、教学重点1.电势的概念和计算方法。
2.电势面的概念和计算方法。
三、教学难点1.电势面的概念和计算方法。
2.电势和电势面的应用。
四、教学内容1. 电荷、电场和电势的基本概念1.定义电荷、电场、电势的概念。
2.讲解库仑定律及其应用。
3.推导点电荷的电场强度公式，介绍电场线和电场强度的方向。
4.推导点电荷的电势公式，介绍电势的定义和单位。
2. 电势的概念和计算方法1.讲解电势的概念和计算方法。
2.介绍电势的性质和电势的叠加原理。
3.推导均匀带电球壳电势公式的计算方法。
4.介绍电势的应用。
3. 电势面的概念和计算方法1.讲解电势面的概念和计算方法。
2.推导电势面的公式。
3.介绍电势面与电场线的关系。
4.讲解电势面的应用。
五、教学方法1.以讲解为主，结合笔记和课件。
2.给出具体例题，引导学生进行思考和讨论。
3.演示计算公式和方法。
六、教学过程1.介绍电荷、电场和电势的基本概念，并讲解库仑定律及其应用。
2.推导点电荷的电场强度公式和电势公式，并介绍电势的定义和单位。
3.讲解电势的概念和计算方法，介绍电势的性质和电势的叠加原理。
4.推导均匀带电球壳电势公式的计算方法，并介绍电势的应用。
5.讲解电势面的概念和计算方法，推导电势面的公式，介绍电势面与电场线的关系，并讲解电势面的应用。
七、教学评价1.提供练习题和答案，让学生独立完成并进行自我评估。
2.给予参考答案，进行课堂小测验或测试，检验学生的学习情况。
3.收集学生的反馈，改进教学内容和方法。
八、教学资源1.鲁科版高中物理选修3-1教材。
2.电子课件、讲义和笔记。
3.练习题和参考答案。
九、教学延伸1.讲解电场能量和电势能的概念和计算方法，并介绍与电场能量和电势能有关的应用。
第2节电势与等势面[学习目标]1．知道电势的概念。
(物理观念)2．知道等势面的概念，知道常见电场的等势面分布情况。
(物理观念)3．学会阅读课本，查阅资料，了解尖端放电现象及原因。
(科学思维)一、电势1．定义：电荷在电场中某点的电势能与电荷量的比值。
2．公式和单位：电势的定义公式：φ＝E pq，国际单位是伏特，符号是V。
3．相对性：电势也是相对的，常取离场源电荷无穷远处的电势为零，(或大地的电势为零)。
电势可以是正值，也可以是负值，没有方向，因此是标量。
4．与电场线关系：沿电场线的方向电势逐渐降低。
二、等势面1．定义：电场中电势相等的点构成的面。
2．性质(1)在同一等势面上移动电荷，电场力不做功。
(2)电场线与等势面一定垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面。
(3)等势面密集处电场线密集，说明此处电场强度较大。
三、尖端放电1．定义：带电荷量较多的导体，在尖端部位，场强可以大到使周围空气发生电离而引起放电的程度，这就是尖端放电。
2．应用：避雷针是利用尖端放电的原理来防止雷击的，它的作用是可以中和云层中的部分电荷，更主要的是把云层中的电荷引入地下。
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)沿一条电场线方向上的各点，电势不可能相同。
(√)(2)电场中某点的电势与E p成正比，与q成反比。
(×)[提示]电场中某点电势仅与电场本身相关，与q无关。
(3)电荷在等势面上移动时不受电场力作用，所以不做功。
(×)[提示]在等势面上移动时，力与位移垂直，故不做功。
(4)等势面上各点电势、场强均相同。
(×)[提示]场强是矢量，电场强度不一定相同。
(5)电场线与等势面垂直。
(√)2．(多选)每到夏季，各地纷纷进入雨季，雷雨等强对流天气频繁发生。
当我们遇到雷雨天气时，一定要注意避防雷电。
下列说法正确的是() A．不宜使用无防雷措施或防雷措施不足的电器及水龙头B．不要接触天线、金属门窗、建筑物外墙，远离带电设备C．固定电话和手提电话均可正常使用D．在旷野，应远离树木和电线杆ABD[表面具有突出尖端的导体，在尖端处的电荷分布密度很大，使得其周围电场很强，就可能使其周围的空气发生电离而引发尖端放电。
1 第2节 电势与等势面课前预习情景导入在重力场中，比如一座高山，我们可以画出它的一系列等高线，在不同的高度面上，同一个人将有不同的重力势能.那么在电场中我们是否也可以画出一系列具有相等电势能的面（或线）呢？同一个电荷在不同的“面”上有不同的能量，你是否可以总结出重力势能与电场中的电势能的相似与不同之处吗？简答：在电场中我们可以画出一系列电势相等的面（或线），在同一等势面（或线）上，电荷具有相同的电势能.重力势能的变化只与重力做功有关，重力做正功重力势能减小，重力做负功重力势能增加；电势能的变化只与电场力做功有关，电场力做正功电势能减小，电场力做负功电势能增加.知识预览1.电势（φ）（1）定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值，叫做这一点的电势.（2）定义式：φ=_______（3）电势的相对性：电势的大小与_________的选取有关，必须先确定零电势点，才能确定某点的电势值，一般选取_______或_________的电势为零.（4）电势是_______量，但电势也有正、负之分，电势的正负分别表示比参考点的电势_______还是_______.（5）沿电场线的方向，电势逐渐_______.（6）电势的固有性：电势是表示_________属性的一个物理量，在电场中某点处电势的大小由电场本身的条件决定，与在该点处是否放着电荷、电荷的电性、电荷量均无关，这和许多用比值定义的物理量相同，如前面学过的电场强度E =F /q .答案:（2）q E p（3）零电势点 地面 无穷远处 （4）标 高 低 （5）降低 （6）电场能量2.等势面：电场中电势_______的点组成的面叫等势面.它有下面一些特点：（1）同一等势面上各点电势相等，在同一等势面上移动电荷时电场力_______.注意：电荷从同一等势面的一点移到另一点有两种情况：a .沿着等势面移动；b .不沿等势面移动，两种情况电场力做功都为零，只是前种情况时时刻刻不做功，后者是电场力在移动过程中做了功，但总功为零.（2）等势面处处与电场线_______.（3）电场线从电势_______的等势面指向电势_______的等势面.（4）两个电势不相等的等势面在空间_______.（5）等势面的疏密表示电场的_______.答案:相等 （1）不做功 （2）垂直 （3）高 低 （4）不相交 （5）强弱。
2 电势与等势面教学目标1．掌握电势的定义方法及其定义式、单位。
2．掌握电势的各种特点。
3．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。
4．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。
5．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。
6．了解几种典型电场的等势面。
教学重难点教学重点电势和等势面的概念、等势面的特点教学难点电势的概念、电势能和等势面的特点的综合判断教学准备多媒体课件等。
教学过程新课引入教师活动：展示静电加速器的图片。
教师口述：电场对放入其中的电荷有电场力的作用，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，经过一段时间以后获得一定的速度，试探电荷的动能增加了。
我们知道，这是电场力做功的结果，而功又是能量变化的量度，那么，在这一过程中是什么能转化为试探电荷的动能呢？讲授新课1. 电势教师活动：我们前面学了电场强度，它是用试探电荷所受的电场力和试探电荷的电荷量的比值来定义的。
那么我们来一起研究一下电势能和电荷量的比值有什么特点。
如图：取B 点为零电势点，将两个所带电荷量分别为q 1、q 2的正电荷，沿电场线从A 点移动到B 点，静电力做功分别为q 1Ed ， q 2Ed ，那么， q 1在A 点电势能为 q 1Ed ，q 2在B 点电势能为 q 1Ed 。
1212q Ed q EdEd q q == 学生总结：电荷在电场中某点的电势能与其电荷量之比与该电荷无关，只与电场本身有关。
1. 定义: 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。
公式： φA =E PA q(其中Ep 表示电荷q 在电场中某点A 的电势能，φA 表示该点的电势，计算时要代入正负号)2.另一种定义: 电场中某点的电势，等于单位正电荷由该点移动到零电势点(一般规定无穷远处或选地球处为零电势点)时静电力所做的功。
另一表达式 φA =W A ∞q(计算时要代入正负号)3. 标量:正负代表高低。
第二章第二节电势与等势面
【教学目的】
1.知道电势的概念，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
2.知道电场线跟等势面垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面。
3.知道实际中常取地球或与地球相连的导体作为电势的参考位置，认为它们的电势为零。
4.知道处于静电平衡的导体是等势体，导体表面是等势面。
5.了解如何用等势面来形象地描绘电场重点各点电势的分布情况。
【教学重点】
掌握电势这一概念，分清电势与电势能的区别
【教学难点】
分清电势与电势能的区别
【教学媒体】
实验——人造闪电（感应起电机/蜡烛/铁架台）课件——电场中的等势面
【教学安排】
【新课导入】
问题导入电势的概念：
问题1——如图1所示，将一电量为q=+1×10-5C的正检验电荷在一个正点电荷Q形成的电场中，从无穷远处B点（即零势能点）移到靠近场源电荷的A点。
如果在此过程中电场力对q所做功为W=-2×10-3J，则A点电势能为？
——q在B点时电势能为零，将q由B点移至A点，需克服电场力做功，电势能增加，所以A点电势能为-W=2×10-3J（即W的绝对值）。
问题2——要是换用q/=2q的检验电荷，电场不变，则检验电荷在A点的电势能为？
——由于电场不变，所以在任一点上q/所受电场力是原来q的两倍，但方向不变，所以由A到B电场力仍做负功，W/=2W=-4×10-3J，在A点具有电势能为-2W=4×10-3J。
问题3——要是换用q//=-2q的检验电荷，电场不变，则检验电荷在A点的电势能为？
————任一点上q//所受电场力是原来q的两倍，但方向相反，所以由A到B电场力仍做正功，W//=-2W=4×10-3J，在A点具有电势能为-2W=-4×10-3J。
问题4——从上述这些结果大家有什么发现吗？
学生讨论，得出结论——对于确定的电场来说不同电量的电荷在场中同一点的电势能不同，可见电势能与电荷和电场同时有关，但电势能与电量比不变（含符
号）——都是200J/C，与检验电荷无关。
电势能与电量的比值与检验电荷无关，由
场唯一决定，是表征场的特性的物理量。
我们就把这一比值称为场中这一点的电势。
【新课内容】
板书：1、电势：①意义——表征场的能的特性（由场唯一决定，与检验电荷无关）的物理量。
②定义为电势能与电量的比值。
如果用ф表示电势，用ε表示电荷q的电势能，那么ф=ε／q（ε、q、ф均可正可负，计算时带符号运算）。
此式只是电势的定义式，而不是决定式场中某点电势由场唯一决定。
场定了，场中某点电势就唯一确定了，与放不放检验电荷，放什么样的检验电荷无关。
板书：③符号——ф；
④公式——ф=ε／q（ε、q、ф均可正可负，计算时带符号运算；计算式而非决定式）
⑤单位——伏特，简称伏，符号为V（1V=1J/C）；⑥电势是标量
问题5——那么，电势的正负表示什么呢？与电势能一样，电势是相对的，是相对于零
势面来说的，零势能点即为零电势点，一般选大地或无限远为零势面。
板书：2、一般选大地或无限远为零电势位置。
所以，电势的正负表示该处的电势是高与零电势还是低于零电势。
在最近的学习中，我们不断地把电场与重力场类比，下面就请大家思考一下，电势类似于重力场中的哪个物理量呢？（——高度）
在刚才的问题中，A 点电势就是+200V ，表示它的电势比B 高出200V 。
问题6——如图2所示：将正检验电荷q 从无穷远分别移至A ，
B ，
C ，…各点克服电场力所做功为W A ，W B ， W C ，…且W A ＞W B
＞W C 均为正值，W A ／q ＞W B ／q ＞W C ／q ＞…。
即фA ＞фB
＞фC ＞…＞0沿着电场线方向电势降低。
板书：3、沿电场线方向电势降低，逆着电场线方向电势升高。
(正电荷沿电场线电势能减小，负电荷沿电场线电势能增加)。
板书：4、正点电荷电场中各点电势均为正；负点电荷电场中各点电势均为负。
请大家就这一点给出证明。
——如图2，可证正点电荷的电场电场线由正电荷指向无限远，即电势逐渐降低到零，所以每点电势都高于零，而由图3可知负点电荷电场电势为负。
1. 等势面
正如电场线能直观地描述电场的场强分布一样，等势面能使我们对电场电势的整体特点有一个直观的认识。
因此，在电场中又引入了这个概念来帮助我们形象地认识电场中各点的电势分布情况。
下面我们就来学习有关“等势面”的知识。
板书：5、等势面：电场中电势相同的各点构成的面叫做等势面。
问题1——请同学们根据等势面的概念想象点电荷形成的电场中等势面会是什么形状。
——引导学生思考：首先，电势为标量，所以不用带箭头，而且等势面上电势都相同，即从无穷远往点电荷处搬运电荷做功都相同的点，也就是在这些点之间搬运电荷电场力不做功，所以应分布在以点电荷为球心的同心球面上。
引导学生共同观察课本上P32/图2-10和图2-11。
将等势面形象地与等高线相类比。
板书：6、电荷沿等势面移动的过程中，电场力始终不做功。
问题2：由电场力做功的定义式：W= q E ·s ·cos α，电荷在电场中怎样移动时，电场力对电荷始终不做功？从而引导学生得出等势面与电场线垂直的结论。
在此基础上，与同学们共同观察课本P32/2-9、图2-12，得出点电荷形成的电场及两个等量异种电荷电场与等量同种电荷电场的等势面的形状和特点。
请同学们想象并画出匀强电场中等势面的形状和特点 ——根据归纳情况板书：7、等势面的性质：①电场线跟等势面处处垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面。
演示等势面的FLASH ：各种不同电场中的电场线及等势面形状的挂图。
问题3：在各种不同的电场中，我们发现它们的等势面有一个共同的特点，就是任意两个电势不同的等势面都没有相交，那么，请同学们思考：是不是所有电场中的等势都符合这个特点呢？在引导同学们得出肯定的答案，否则的话，交点处会出现两个电势值。
板书：②任意两个电势不等的等势面不能相交。
就这一点，大家也可以将等高线进行类比，同一点不会同时具有两个高度。
*可能有部分学生通过仔细观察会发现：电场线密集的地方等势面也密集。
关于这一点原因，我们将在下一节课上讨论。
板书：*③电场线密集的地方等势面也密集，电场线稀疏的地方等势面也稀疏。
*回顾静电平衡的导体的电场线分布，引导学生应用课堂所学分析导体周围的等势面的形状，得出静电平衡的导体是个等势体，其表面是等势面。
板书：*8、处于静电平衡的导体的特点——整个导体（包括表面）是一个等势体，其表面为等势面。
随堂巩固练习：
1、关于等势面的叙述，正确的是：
A、在同一等势面上移动电荷时，一定不受电场力，所以电场力做功为零。
B、等势面一定跟电场线垂直，即跟场强的方向垂直。
C、匀强电场的等势面是垂直电场线
的一族平面。
D、点电荷电场的等势面是以点电荷
为球心的一族平面。
2、如右图所示：——试分析等量异种电
荷电场中沿正电荷到负电荷连线上电势如何
变化，从中点O沿垂直平分线到无限远处电势如何变化。
——同样分析等量同种正电荷的电场中两电荷连线和垂直平分线上的电势分布。
通过本题强调电势与场强是完全不同的两个概念，揭示了电场的力和能的不同特性，因此电势大的场强不一定大，电势小的场强也不一定小。
又如：匀强电场中场强处处相等，但电势则是靠近正板的高。
2.尖端放电——自学为主，阅读书P33/3、尖端放电——教师演示用感应起电机进行尖端
放电实验。
讨论避雷针的引电避雷作用。
【课后作业】
书P34/2、4；教材全练P17-18
【课后反思】。
