高中物理 第4节 电势能和电势教案 新人教版选修3-1

第一章1.4电势能、电势一【教材分析】本节容为物理选修3－1中第一章静电场中第四节的教学容，它处在电场强度之后，位于电势差之前，起到承上启下的作用。

它是课程教学中利用物理思维方法较多的一堂课，尤其是用类比的方法达到对新知识的探究，同时让学生就具体的物理知识迁移埋下思维铺垫。

教材从电场对电荷做功的角度出发，推知在匀强电场中电场力做功与移动电荷的路径无关。

进而指出这个结论对非匀强电场也是适用的，并与重力势能类比，说明电荷在电场中也是具有电势能。

电场力做功的过程就是电势能的变化量，而不能决定电荷在电场中某点的电势能的数值，因此有必要规定电势能零点。

对学生能力的提高和对知识的迁移、灵活运用给予了思维上的指导作用。

二【教学目标】1．知识与技能·理解静电力做功的特点、电势能的概念、电势能与电场力做功的关系。

·理解电势的概念，知道电势是描述电场的能的性质的物理量。

·明确电势能、电势、静电力的功、电势能的关系。

·了解电势与电场线的关系，了解等势面的意义及与电场线的关系。

2．过程与方法·通过与前面知识的结合，理解电势能与静电力做的功的关系，从而更好的了解电势能和电势的概念。

·培养对知识的类比能力，以及对问题的分析、推理能力。

·通过学生的理论探究，培养学生分析问题、解决问题的能力。

培养学生利用物理语言分析、思考、描述概念和规律的能力。

3．情感、态度与价值观·尝试运用物理原理和研究方法解决一些与生产、生活相关的实际问题，增强科学探究的价值观。

利用知识类比和迁移激发学生学习兴趣，培养学生灵活运用知识和对科学的求知欲。

·利用等势面图象的对称美，形态美以获得美的享受、美的愉悦，自己画图，在学习知识的同时提高对美的感受力和鉴别力。

·在研究问题时，要培养突出主要矛盾，忽略次要因素的思维方法。

三【教学重点和难点】1．重点·理解掌握电势能、电势、等势面的概念及意义。

高中物理学习材料唐玲收集整理第4节 电势能和电势1．静电力做功与电势能变化的关系静电力做正功，电荷的电势能一定减少，静电力做负功时，电荷的电势能一定增加，静电力做的功是电荷电势能变化的量度，若电荷在电场中从A 点移动到B 点，则W AB ＝E PA －E PB .2．电荷在电场中某点的电势能，等于把它从该点移动到零势能位置时电场力做的功，若规定电荷在B 点的电势能为零，E PB ＝0则E PA ＝W AB .3．电势反映了电场的能的性质．电势与电势能的关系是：φ＝E P q.电势的大小仅由电场本身决定，与电荷q 的大小、电性无关．电势是标量，但有正负之分，电势降落最快的方向就是电场线的方向．4．电场中电势相等的各点构成的面叫等势面，等势面的性质有：(1)在等势面上移动电荷，电场力不做功，说明电场力方向与电荷移动方向垂直，即等势面必定与电场线垂直．(2)沿着电场线的方向，电势降低，显然，电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面．5．下列说法正确的是( )A ．电荷从电场中的A 点运动到了B 点，路径不同，电场力做功的大小就可能不同B ．电荷从电场中的某点开始出发，运动一段时间后，又回到了该点，则说明电场力做功为零C ．正电荷沿着电场线运动，电场力对正电荷做正功，负电荷逆着电场线运动，电场力对负电荷做正功D ．电荷在电场中运动，因为电场力可能对电荷做功，所以能量守恒定律在电场中并不成立答案 BC解析 电场力做的功和电荷的运动路径无关，所以选项A 错误；电场力做功只和电荷的初末位置有关，所以电荷从某点出发又回到了该点，电场力做功为零，B 正确；正电荷沿电场线的方向运动，则正电荷受到的电场力和电荷的位移方向相同，故电场力对正电荷做正功，同理，负电荷逆着电场线的方向运动，电场力对负电荷做正功，C 正确；电荷在电场中运动，虽然有电场力做功，但是电荷的电势能和其他形式的能间的转化满足能量守恒定律，D 错．6．外力克服电场力对电荷做功时( )A ．电荷的动能一定增大B ．电荷的动能一定减小C ．电荷一定从电势能大处移到电势能小处D．电荷一定从电势能小处移到电势能大处答案 D7．如图1所示，Q是带正电的点电荷，P1、P2为其电场中的两点．若E1、E2为P1、P2两点的电场强度的大小，φ1、φ2为P1、P2两点的电势，则( )图1A．E1>E2，φ1>φ2 B．E1>E2，φ1<φ2C．E1<E2，φ1>φ2 D．E1<E2，φ1<φ2答案 A8．图2中的实线表示电场线，虚线表示只受电场力作用的带正电粒子的运动轨迹，粒子先经过M点，再经过N点，可以判定( )图2A．M点的电势大于N点的电势B．M点的电势小于N点的电势C．粒子在M点受到的电场力大于在N点受到的电场力D．粒子在M点受到的电场力小于在N点受到的电场力答案AD解析本题考查考生对电场线的掌握情况．由于沿电场线方向电势逐渐降低，故φM>φN，A项正确，B项错误；由电场线疏密程度表示场强大小知，E M<E N，电场力F＝qE，所以粒子在M点受到的电场力小于在N点受到的电场力，C项错误，D项正确．【概念规律练】知识点一电场力做功的特点图31．如图3所示，在电场强度为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，电场力做的功W3＝________.由此可知，电荷在电场中移动时，电场力做功的特点是____________________．答案qELcos θqELcos θqELcos θ电场力做功的大小与电荷经过的路径无关，只与电荷的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＝Lcos θ.因此沿这三条路径电荷由A运动到B，电场力做的功都是qELcos θ.因此电场力做功的特点是：与电荷经过的路径无关，只与电荷的始末位置有关．点评电场力做功的大小与电荷经过的路径无关，只与电荷的始末位置有关．知识点二电场力做功与电势能变化的关系2．如图4所示，虚线a、b和c是某静电场中的三个等势面，它们的电势分别为φa、φb和φc，φa>φb>φc，一带正电粒子射入电场中，其运动轨迹如实线KLMN所示．由图可知( )图4A ．粒子从K 到L 的过程中，电场力做负功B ．粒子从L 到M 的过程中，电场力做负功C ．粒子从K 到L 的过程中，电势能增加D ．粒子从L 到M 的过程中，动能减少答案 AC解析 因为运动的粒子带正电，从其轨迹弯曲情况可判定受到的是库仑斥力，所以场源电荷必定为正电荷，即电势高低关系为φa >φb >φc .因此φK ＝φN <φM <φL .所以由K 到L 过程中电场力做负功．电势能增加，A 、C 正确．由L 到M 过程中，电场力做正功，电势能减小，动能增加，B 、D 错误．点评 (1)电场力做功与路径无关，所以当电场中两点的位置确定后，在两点间移动电荷时电场力做功是确定的值，也就是说电荷的电势能变化量是确定的．(2)电场力做功一定伴随着电势能的变化，电势能的变化只有通过电场力做功才能实现，其他力做功不会引起电势能的变化．(3)电场力对电荷做正功，电势能一定减少；电场力对电荷做负功，电势能一定增加．电场力做了多少正功，电势能就减少多少；电场力做了多少负功，电势能就增加多少．3．如图5所示，两个等量的正电荷分别置于P 、Q 两位置，在P 、Q 连线的垂直平分线上有M 、N 两点，另有一试探电荷q ，则( )图5A ．若q 是正电荷，q 在N 点的电势能比在M 点的电势能大B ．若q 是负电荷，q 在M 点的电势能比在N 点的电势能大C ．无论q 是正电荷，还是负电荷，q 在M 、N 两点的电势能一样大D ．无论q 是正电荷还是负电荷，q 在M 点的电势能都比在N 点的电势能小答案 AB解析 由两个等量的正点电荷周围的电场线的分布情况可知，两点电荷连线的中垂线上的电场方向是：由连线的中点沿中垂线指向无穷远处．正电荷从N 点移到M 点，电场力做正功，电势能减小；负电荷从N 点移到M 点，电场力做负功，电势能增大．选项A 、B 正确．知识点三 电势4．关于电势，下列说法正确的是( )A ．电场中某点的电势，其大小等于单位正电荷由该点移动到零电势点时，电场力所做的功B ．电场中某点的电势与零电势点的选取有关C ．由于电势是相对的，所以无法比较电场中两点的电势高低D ．电势是描述电场能的性质的物理量答案 ABD解析 由电势的定义可知A 正确．由于电势是相对量，电势的大小与零电势点的选取有关，故B 正确．虽然电势是相对的，但电势的高低是绝对的，因此C 错误．电势与电势能相联系，它是描述电场能的性质的物理量，故D 正确．点评 (1)电势是表征电场中某点能的性质的物理量，仅与电场中某点性质有关，与电场力做功的值及试探电荷的电荷量、电性无关，电势的大小为φ＝E p q. (2)电势是相对的，电势零点的选取是任意的，但以方便为原则．如果没有特别规定，一般选无穷远或大地的电势为零．(3)电势是标量，只有大小，没有方向，在规定了零电势点后，电场中各点的电势可以是正值，也可以是负值，正值表示该点电势比零电势点电势高，负值表示该点电势比零电势点电势低，所以，同一电场中，正电势一定高于负电势．5．如果把q ＝1.0×10－8 C 的电荷从无穷远移到电场中的A 点，需要克服静电力做功W＝1.2×10－4 J ，那么，(1)q 在A 点的电势能和A 点的电势各是什么？(2)q 未移入电场前A 点的电势是多少？答案 (1)1.2×10－4 J 1.2×104 V (2)1.2×104 V解析 (1)静电力做负功，电势能增加，无穷远处的电势为零，电荷在无穷远处的电势能也为零，即φ∞＝0，E p ∞＝0.由W ∞A ＝E p ∞－E pA 得E pA ＝E p ∞－W ∞A ＝0－(－1.2×10－4 J)＝1.2×10－4 J再由φA ＝E PA q得φA ＝1.2×104 V (2)A 点的电势是由电场本身决定的，跟A 点是否有电荷存在无关，所以q 移入电场前，A 点的电势仍为1.2×104 V.知识点四 等势面6．如图6所示，实线表示一簇关于x 轴对称的等势面，在轴上有A 、B 两点，则( )图6A ．A 点场强小于B 点场强B ．A 点场强方向指向x 轴负方向C ．A 点场强大于B 点场强D ．A 点电势高于B 点电势答案 AD解析 由电场线与等势面的关系可知，电场线一定与等势面垂直，且从电势较高的等势面指向电势较低的等势面，作出相对应的电场线分布，如右图所示，则可知A 、B 两点处的场强方向应与x 轴同向，由电场线的疏密可知，A 点处的场强E A 小于B 点处的场强E B ，故正确选项为A 、D.7．如图7所示，虚线a 、b 、c 为三个同心圆面，圆心处为一个点电荷．现从c 外面一点P 以相同的速率发射两个电荷量、质量都相等的带电粒子，分别沿PM 、PN 运动到M 、N ，M 、N 两点都位于圆周c 上，以下判断正确的是( )图7A ．两粒子带同种电荷B ．两粒子带异种电荷C．到达M、N时两粒子速率仍相等D．到达M、N时两粒子速率不相等答案BD解析由两个粒子轨迹的弯曲情况可看出，到达M的粒子受的是库仑斥力，到达N的粒子受的是库仑引力，所以两个粒子电性一定不同，A错误，B正确；因为P和M、N不在同一个等势面上，所以由P到M和由P到N时电场力都要做功，但因P到M的过程中是在斥力作用下靠近，电场力做负功，所以动能减少，故v M<v P；由P到N的过程中是在引力作用下靠近，电场力做正功，所以动能增加，故v N>v P，因此到达M、N两点时速率v M<v N，C错误，D 正确．【方法技巧练】电场中电势高低的判断方法8．在静电场中，把一个电荷量q＝2.0×10－5C的负电荷由M点移到N点，静电力做功6.0×10－4J，由N点移到P点，静电力做负功1.0×10－3J，则M、N、P三点电势高低关系是怎样的？答案φN>φM>φPN静电力做正功，而负电荷受静电力与场强方向相反，即逆着电场线移动，则可确定N 点在M点左侧．由N→N静电力做正功，而负电荷受静电力与场强方向相反，即逆着电场线移动，则可确定N点在M点左侧．由N→P静电力做负功，即沿着电场线方向移动，又因1.0×10－3 J>6.0×10－4 J，所以肯定移过了M点，所以P点位于M点右侧．这样，M、N、P三点电势的高低关系是φN>φM>φP.方法总结电场中两点电势高低的比较方法：(1)根据电场力做功判断①在两点间移动正电荷，如果电场力做正功，则电势是降低的，如果电场力做负功，则电势升高．②在两点间移动负电荷，如果电场力做正功，则电势升高，如果电场力做负功，则电势降低．(2)根据电场线确定电场线的方向就是电势降低最快的方向．(3)根据电荷电势能的变化判断①如果在两点间移动正电荷时：电势能增加，则电势升高；电势能减少，则电势降低．②如果在两点间移动负电荷时：电势能增加，则电势降低；电势能减少，则电势升高．1．下列关于电势高低的判断，正确的是( )A．负电荷从A点移到B点时，电场力做负功，A点的电势一定较高B．负电荷从A点移到B点时，电势能增加，A点的电势一定较低C．正电荷从A点移到B点时，其电势能增加，A点的电势一定较低D．正电荷只在电场力作用下，从A点移到B点，A点的电势一定较高答案AC2．若带正电荷的运动小球只受到电场力的作用，则它在任意一段时间内( )A．一定沿电场线由高电势处向低电势处运动B．一定沿电场线由低电势处向高电势处运动C．不一定沿电场线运动，但一定由高电势处向低电势处运动D．不一定沿电场线运动，也不一定由高电势处向低电势处运动答案 D解析由于不知小球的初速度情况，故不能确定小球运动方向．图83．如图8所示，一带负电粒子以某速度进入水平向右的匀强电场中，在电场力作用下形成图中所示的运动轨迹．M和N是轨迹上的两点，其中M点在轨迹的最右点．不计重力，下列表述正确的是( )A．粒子在M点的速率最大B．粒子所受电场力沿电场方向C．粒子在电场中的加速度不变D．粒子在电场中的电势能始终在增加答案 C解析粒子带负电，所受电场力沿电场反方向，在接近M点的过程中电场力做负功，离开M点的过程中电场力做正功，所以在M点粒子的速率应该最小，A、B错误，粒子在匀强电场中运动，所受电场力不变，加速度不变，C正确，因为动能先减小后增加，所以电势能先增加后减小，D错误．4．某电场的部分电场线如图9所示，A、B是一带电粒子仅在电场力作用下运动轨迹(图中虚线)上的两点，下列说法中正确的是( )图9A．粒子一定是从B点向A点运动B．粒子在A点的加速度小于它在B点的加速度C．粒子在A点的电势能小于它在B点的电势能D．电场中A点的电势高于B点的电势答案 C5．如图10所示，虚线a、b、c表示O处点电荷的电场中的三个等势面，设两相邻等势面的间距相等，一电子射入电场后的运动轨迹如图中实线所示，其中1、2、3、4是运动轨迹与等势面的一些交点．由此可以判定( )图10A．电子在每个位置具有的电势能与动能的总和一定相等B．O处的点电荷一定带正电C．a、b、c三个等势面的电势关系是φa >φb>φcD．电子运动时的电势能先增大后减小答案AD解析电子在运动过程中只有电场力做功，只有电势能和动能的转化，因而电势能与动能的总和不变，A正确．从运动轨迹的弯曲情况可知电子受排斥力作用，所以可判断O点处的电荷为负电荷，根据负点电荷的电场分布可知D正确，C错误．6．下列4个图中，a、b两点电势相等、电场强度矢量也相等的是( )答案 D解析匀强电场的等势面是一系列的平行平面，A中a、b两点不在同一等势面上，所以，这两点的电势是不相等的，但这两点的场强相等；B中a、b两点在同一个等势面上，电势相等，但这两点的场强矢量大小相等、方向不同；C中a、b两点对称于两电荷的连线，所以电势相等，但在中垂线上场强矢量的方向是平行于中垂线的，而且都指向外侧，故两点的场强矢量的方向不同；在D中，a、b两点的电势相等，场强矢量的方向是沿连线的，而且方向相同，故本题选D.7．如图11所示，实直线是某电场中的一条电场线，虚线是该电场中的三条等势线，由图可以得出的正确结论是( )图11A．M点的电势一定高于N点的电势B．M点的场强一定大于N点的场强C．由M点向N点移动电荷时，电势能的改变量与零电势的选取无关D．某电荷在M点或N点具有电势能与零电势的选取无关答案ABC8．如图12所示，在x轴上关于原点O对称的两点固定放置等量异种点电荷＋Q和－Q，x轴上的P点位于－Q的右侧．下列判断正确的是( )图12A．在x轴上还有一点与P点电场强度相同B．在x轴上还有两点与P点电场强度相同C．若将一试探电荷＋Q从P点移至O点，电势能增大D．若将一试探电荷＋Q从P点移至O点，电势能减小答案AC解析在＋Q、－Q连线上及延长线上三个区间内场强方向如图所示，由对称关系可知，在Q左侧与P(－Q)间等距的P′点应与P点场强相同，故选项A正确．在（-Q）、+Q之间各处场强均大于（-Q）、P之间各处场强，故试探电荷+Q从P移至O 点过程中，P→(－Q)做正功W1，由(－Q)→O电场力做负功W2，由上面分析知，|W2|>W1，故电势能增大．C正确．9．在光滑的绝缘平面上，有一个正方形abcd，顶点a、c处分别固定一个正点电荷，电荷量相等，如图13所示．若将一个带负电的粒子置于 b点，自由释放，粒子将沿着对角线bd往复运动．粒子从 b点运动到d点的过程中( )图13 A ．先做匀加速运动，后做匀减速运动B ．先从高电势到低电势，后从低电势到高电势C ．电势能与机械能之和先增大，后减小D ．电势能先减小，后增大答案 D解析 这是等量同种电荷形成的电场，根据这种电场的电场线分布情况，可知在直线bd 上正中央一点的电势最高，所以B 错误．等量同种电荷形成的电场是非匀强的，所以A 错误．负电荷由b 到d 运动的过程中先加速后减速，动能先增大后减小，则电势能先减小后增大，而由能量守恒定律可知电势能与机械能之和保持不变，所以C 错误，D 正确．10．有一带负电的点电荷，从电场中的A 点移到B 点时，克服电场力做功6×10－4 J ．从B 点移到C 点，电场力做功9×10－4 J ，问：(1)若以A 为零势能点，B 、C 两点的电势能各为多少？A 、C 间的电势能之差为多少？(2)若以B 为零势能点，A 、C 两点的电势能各为多少？A 、C 间的电势能之差为多少？ 答案 见解析解析 电场力做功和电势能变化的关系，既适用于正电荷，又适用于负电荷．(1)电荷从A 点移到B 点，克服电场力做功6×10－4 J ，电势能增加6×10－4 J ．故B 点电势能为6×10－4 J.从B 点移到C 点，电场力做功9×10－4 J ，电势能减少9×10－4 J ，故C 点电势能为－3×10－4 J.由于A 为零势能点，故A 、C 间的电势能之差为3×10－4 J.(2)由(1)知，以B 点为零势能点，电荷从A 点移到B 点，电势能增加6×10－4 J 后电势能成为零，故A 点电势能为－6×10－4 J.从B 点移到C 点，电势能减少9×10－4 J ，故C 点电势能为－9×10－4 J ．A 、C 间的电势能之差为3×10－4 J.11．图14为电场的电场线，现将一电荷量q ＝－3.0×10－9 C 的负电荷从A 点移到B 点、从B 点移到C 点，从C 点移到D 点电场力做功分别为：W AB ＝3.0×10－8 J 、W BC ＝1.5×10－8 J 、W CD ＝9.0×10－9 J ．若取C 点电势为零，试求A 、B 、D 三点电势．图14答案 －15 V －5 V 3 V解析 根据电势的概念求解：电场中某点的电势在数值上等于单位正电荷由该点移动到零势能点时，电场力所做的功．由于本题中移动的是负电荷，故不难理解：A 、B 、D 三点的电势应等于单位负电荷由该点移到零势能点(C 点)时，电场力所做的功的负值，即φA ＝－W AC |q|＝－W AB ＋W BC |q|＝－3.0×10－8＋1.5×10－83.0×10－9 V ＝－15 V φB ＝－W BC |q|＝－1.5×10－83.0×10－9 V ＝－5 V φD ＝－W DC |q|＝W CD |q|＝9.0×10－93.0×10－9 V ＝3 V.。

电势能和电势★新课标要求〔一〕知识与技能1、掌握电势能、电势的概念、公式和性质。

掌握静电力做功、等势面的特点。

2、明确电势能、电势、静电力的功、电势能的变化之间的关系。

〔二〕过程与方法通过与以前所学知识结合，理解电场力做功与电势能与的变化量间的关系，从而更好的了解电势能和电势。

〔三〕情感、态度与价值观尝试运用物理原理和研究方法解决一些与生产和生活相关的实际问题，增强科学探究的价值观。

★教学重点掌握电场力做功的特点、电势能与电场力做功的关系；理解电势、等势面的概念及意义。

★教学难点掌握电场力做功的特点、电势能与电场力做功的关系，并能用此解决问题。

★教学方法归纳推理法、讲授法★教学用具：投影片、多媒体辅助教学设备★教学过程〔一〕引入新课教师：我们知道电场对放入其中的电荷有力的作用，在电场中移动电荷时电场力就要做功，同时电荷的位置要变化，电荷具有的能量也会发生变化，那么电场力做的功和电荷能量变化之间有什么关系呢？本节课我们来研究这个问题。

〔二〕进行新课1、静电力做功的特点教师活动：〔投影〕教材图1.4-1〔如下图〕引导学生推导在匀强电场中移动试探电荷q从A到B静电力所做得功。

〔1〕q沿直线从A到B⋅cos=θW=FqEAMAB〔2〕q沿折线从A到B+W==0AMqEAMqE〔3〕q 沿任意曲线从A 到B 〔用无数组跟静电力平行和垂直的折线来逼近曲线ANB 的方法〕，可得AM qE AM qE W =+=0问题：通过以上推导过程，可以得出什么结论？学生：静电力做功与路径无关，只与电荷的起始位置和终止位置有关。

教师：〔强调〕这个结论虽然是从匀强电场中推导出来的，但是可以证明，同样适用于非匀强电场。

2、电势能教师：引导学生类比重力做功的特点和重力势能的概念，引出电势能的概念。

思考：如果静电力做功与路经有关，引入电势能的概念还有没有实际意义？为什么？学生分组讨论，思考后回答。

点评：调动学生思维的积极性，培养学生善于思考勇于探究的学习品质。

《电势差》教学设计【教材分析】本节内容以电势的概念为起点，运用类比的方法引入电势差，同时得出电势差与零电势点的选取无关。

随后从功和能的角度，分析静电力做功和电势差的关系，进而加深对电场基本性质的认识。

【设计思路】为了让学生对电势差这个抽象的概念有一个直观的认识，首先用演示实验激发学习热情和求知欲望。

探索之旅从熟悉的匀强电场开始，在描述两点电势高低关系时自然的引入电势差这个概念。

再设计学生实验，探究电势差与零电势的关系。

学生的亲身参与，定能体会到电势差比电势更有意义，也有了深入了解电势差的冲动。

教师适时引导，将研究的方向指向静电力做功与电势差的关系。

从实验探究到理论推导，学生一步步接近电势差的本质，即电场能的性质。

最后回到起点---演示实验，一切豁然开朗。

【学情分析】本章的前四节，学生已经认识了电荷、电荷之间相互作用的规律，也学习了描述电场性质的几个物理量：电场强度、电势能、电势等。

静电力做功的特点，电场线与等势线，以及定义场强的方法都为学习本节打下基础。

力、功和能量等仍然是电磁学的主要概念，所以本节课的学习注重从这三方面蓄备知识、提升能力。

【核心素养】通过《电势差》的学习过程，培养学生的观察、探索能力。

提升学生的实验操作能力和科学素养。

培养学生的综合分析能力、善于动手、勤于动脑以及规范操作的良好实验素质、协作精神和实事求是的科学态度。

【教学目标】1、理解电势差的概念，知道电势差与零电势的选取无关。

2、掌握两点间电势差的表达式，知道电势差的正负号的意义。

3、知道在电场中移动电荷时静电力做功与两点间电势差的关系，会应用静电力做功的公式进行相关的计算。

4、理解电势差的决定因素，正确认识电场能的性质。

【教学重点难点】重点：1、电势差的表达式，及电势差与零电势的关系。

2、静电力做功与电势差的关系。

难点：电势差的决定因素。

课前：【教学过程】引言：同学们，看教室里的这些灯管，如果不接电路的还能发光吗？请看，这是一个静电球，把灯管靠近球壳，有什么现象？演示实验：靠近静电球的灯管发出光亮。

§1.4 电势能和电势【学习目标】1.知道静电力做功的特点，掌握静电力做功与电势能变化的关系.2.理解电势能、电势的概念，能根据电场线判断电势高低.3.知道什么是等势面，并能理解等势面的特点．【阅读要求及检测】阅读课本P15-19回答下列问题：1．怎样计算电场力的功？2．什么是电势能？电场力做功与电势能的变化之间关系如何？3．什么是电势？电势的零点如何选取？等势面特点？【要点精讲与典型例题】1.电场力的功与路径无关,只与初末位置有关,注意功的正负,与重力做功对比理解2.电势能ＷAB=EPA- EPB①定义：电荷在电场中所具有的与电荷位置有关的势能。

②势能零点：规定无穷远处或大地为势能零点。

③电场力做功与电势能的变化：电场力做正功电势能减少，电场力做负功电势能增加。

=EP/q3.电势定义：电场中某点到该参考点的电势差就等于该点的电势。

由电势差的定义可知：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）时电场力所做得功。

4.等势面(1)等势面的特点及应用①在等势面上移动电荷时静电力不做功，电荷的电势能不变．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，由此可以绘制电场线，从而可以确定电场的大体分布．③等差等势面密的地方，电场强度较强；等差等势面疏的地方，电场强度较弱，由等差等势面的疏密可以定性确定场强大小．④任意两个等势面都不相交．(2)正负点电荷、两个同号/异号点电荷、匀强电场的等势面分布：①点电荷的等势面是以点电荷为球心的一簇球面．②等量异号点电荷的等势面：点电荷的连线上，从正电荷到负电荷电势越来越低，中垂线是一条等势线．③等量同号点电荷的等势面：等量正点电荷连线的中点电势最低，两点电荷连线的中垂线上该点的电势最高，从中点沿中垂线向两侧，电势越来越低．等量负点电荷连线的中点电势最高，两点电荷连线的中垂线上该点的电势最低．从中点沿中垂线向两侧，电势越来越高．④匀强电场的等势面是垂直于电场线的一簇平行等间距的平面．【典型例题】【例1】在点电荷 Q形成的电场中有一点A，当一个－q的检验电荷从电场的无限远处被移到电场中的A点时，电场力做的功为W，则检验电荷在A点的电势能_________,电场中A点的电势分别为______________【例2】将一正电荷从无穷远处移入电场中M点，电势能减少了8.0×10－9 J，若将另一等量的负电荷从无穷远处移入电场中的N点，电势能增加了9.0×10－9 J，则下列判断中正确的是( )A．φM＜φN＜0 B．φN＞φM＞0C．φN＜φM＜0 D．φM＞φN＞0【例3】试比较所示的各情况下，a、b两点的场强的关系和电势的关系判断正确的是（）A．平行金属板带等量异种电荷时，极板之间的a、b两点场强和电势都相等B．处于静电平衡状态下导体内部的任意两点a、b场强和电势都相等C．离点电荷等距离的任意两点a、b场强不同，电势相等D．两个等量异号的电荷，在其连线的中垂线上关于连线对称的a、b两点场强和电势都相等【例4】空间中P、Q两点处各固定一个点电荷，其中P点处为正电荷，P、Q两点附近电场的等势面分布如图所示，a、b、c、d为电场中的4个点．则( )A．P、Q两点处的电荷等量同号 B．a点和b点的电场强度相同C．c点的电势低于d点的电势 D．负电荷从a到c，电势能减少【自主练习题】1．若带正电荷的小球只受到电场力作用，则它在任意一段时间内（）A．一定沿电力线由高电势处向低电势处运动B．一定沿电力线由低电势处向高电势处运动C．不一定沿电力线运动,但一定由高电势处向低电势处运动D．不一定沿电力线运动,也不一定由高电势处向低电势处运动2．(多选)如图所示的电场中有A、B两点，下列判断正确的是 ( )A．电势φA<φB，场强EA>EBB．电势φA>φB，场强EA<EBC．将电荷量为q的正电荷从A点移到B点，电场力做正功，电势能减少D．将电荷量为q的负电荷分别放在A、B两点，电荷具有的电势能EpA＞EPb3．一个电荷只在电场力作用下从电场中的A点移到B点时，电场力做了5×10－6 J的正功，那么( )A．电荷在B处时将具有5×10－6 J的电势能B．电荷在B处时将具有5×10－6 J的动能C．电荷的电势能增加了5×10－6 JD．电荷的动能增加了5×10－6 J4.(多选)图甲是等量异号点电荷的电场线分布图，1­4­4乙是等量同号点电荷的电场线分布图．AOB是两点电荷的连线的垂直平分线，O是连线的中点．现把正试探电荷分别在甲、乙两图中，从O点沿OA移动到无限远处，下列关于该过程中静电力做功和电势能变化情况的说法正确的是 ( )A．在甲图中，静电力做正功，电势能减小B．在甲图中，静电力不做功，电势能不变C．在乙图中，静电力做正功，电势能减小D．在乙图中，静电力不做功，电势能不变5. 右图中虚线所示为静电场中的等势面1、2、3、4，相邻的等势面之间的电势差相等，其中等势面3的电势为0．一带正电的点电荷在静电力的作用下运动，经过a 、b 点时的动能分别为26eV 和5eV ．当这一点电荷运动到某一位置，其电势能变为－8eV ，它的动能应为A ．8eVB ．13eVC ．20 eVD ．34 eV6.如图所示为点电荷产生的电场，一检验电荷从A 点分别移到B 、C 、D 、E 各点，B 、C 、D 、E 在以Q 为圆心的圆周上，则电场力做功A ．从A 到B 做功最大 B ．从A 到C 做功最大C ．从A 到E 做功最大D ．做功一样大7.某电场的电场线如图所示，电场中有A 、B 、C 三点，已知一个负电荷从A 点移到B 点时，电场力做正功．(1)在图中用箭头标出电场线的方向，并大致画出过A 、B 、C 三点的等势面．(2)在A 、B 、C 三点中，场强最大的点是__________，电势最高的点是__________．【点评及总结】1.用W=qU 计算时各量也可以采用绝对值运算，功的正负可根据电场力方向与电荷移动方向的关系来确定。

第4节电势能和电势学习目标核心提炼1.知道静电力做功与路径无关。

2个特点——电场力做功特点、等势面的特点3个概念——电势能、电势、等势面2个公式——W AB＝E p A－E p Bφ＝E pq2.理解静电力做功与电势能变化的关系，理解电势能的概念，认识电势能的相对性。

3.知道电势的定义方法及其定义式、单位。

4.知道等势面的定义，知道电场线一定垂直于等势面。

一、静电力做功的特点1.静电力做功：在匀强电场中，静电力做功W＝qE·l cos θ。

其中θ为电场力与位移之间的夹角。

2.特点：在静电场中移动电荷时，静电力做的功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。

以上结论不仅适用于匀强电场，而且也适用于非匀强电场。

二、电势能1.概念：电荷在电场中具有的势能。

用E p表示。

2.静电力做功与电势能变化的关系：静电力做的功等于电势能的减少量，即W AB ＝E p A－E p B。

3.电势能的大小：电荷在某点的电势能，等于把它从这点移动到零势能位置时静电力所做的功。

4.零势能点：电场中规定的电势能为零的位置，通常把离场源电荷无限远处或大地表面上的电势能规定为零。

三、电势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。

2.公式：φ＝E pq。

3.单位：伏特，符号是V。

4.特点(1)相对性：电场中各点电势的高低，与所选取的电势零点的位置有关。

(2)标量性：电势是标量，只有大小，没有方向，但有正、负。

5.与电场线的关系：沿电场线方向电势逐渐降低。

思考判断1.电场线密集处场强大，电势高(×)2.某点的场强为零，电荷在该点的电势能一定为零(×)3.某点的电势为零，电荷在该点的电势能一定为零(√)4.某一点的电势为零，其场强一定为零(×)5.电场力做功，电势能一定变化(√)四、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。

电势能和电势-人教版高中物理必修第三册（2019版）教案一、教学目标1.了解电势能和电势的基本概念及其相互关系；2.理解电势能与电荷间距离的关系及其应用；3.掌握电势的计算公式及其应用；4.通过实验，探究电势能和电势的相关规律。

二、教学重点和难点1.电势能和电势的概念；2.电势能与电荷间距离的关系；3.电势的计算方法。

三、教学内容和方法1. 概念讲解教师先简单介绍电势能和电势的概念，阐述电荷间相互作用与电荷位置、数量的关系。

•电势能：是电荷体系由于所具有的位置关系而能够做功的能力。

•电势：是描述电荷在其周围产生的电场作用下所处的的状态的物理量。

2. 电势能与电荷间距离的关系通过实验室讲解，教师可以使用双极板电容器来展示电势能和电荷间距离的关系。

讲解时应提醒学生以下几点：•电势能与电荷间距离成反比例；•电势能与电荷的数目成正比例；•等距面上的电势相等；•利用高斯定理计算电势。

3. 电势的计算方法讲解电势的计算公式，并利用实验进行演示。

笔者认为，利用引入测试荷来计算电场强度以及电势差的方式，可以更好地帮助学生理解公式的应用。

•电场强度：$\\vec{E}=k\\frac{Q}{r^2}\\vec{n}$，其中k为电介质常数，Q为量子荷，r为距离，$\\vec{n}$为方向。

•电势差：$\\Delta V_a^b=V_b-V_a=\\int_a^b\\vec{E}\\cdot\\vec{ds}$。

四、教学建议在讲解完概念后，教师应利用实验来结合理论进行教学。

此外，通过引入测试荷的方式，可以帮助学生更好地理解电场强度和电势差的计算公式及应用。

对于教学中出现的问题，教师应积极与学生进行讨论，以更好地帮助学生理解知识点。

同时，还要注意让学生充分参与，激发学生学习兴趣，提高教学效果。

五、教学评价在教学过程中，应重视对学生的评价，通过课堂讨论、实验观察和测验来评价学生对知识点的掌握程度。

同时，还要注意及时纠正学生的错误，避免形成错误的学习习惯。