物理必修 第三册第2节 电势与等势面教案设计

这是一份物理必修 第三册第2节 电势与等势面教案设计，共7页。教案主要包含了等势面，重力场和电场的比较等内容，欢迎下载使用。

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
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q1、q2的正电荷，沿电场线从A点移动到B点，静电力做功分别为q1Ed， q2Ed，那么， q1在A点电势能为 q1Ed ，q2在B点电势能为 q1Ed。

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=EPAq (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=WA∞q (计算时要代入正负号)
3. 标量:正负代表高低。
4. 单位:伏特(V)
5. 电势具有相对性：确定电势，应先规定电场中某处的电势为零。(通常规定离场源电荷无限远处或大地的电势为零。)
6. 电势的决定因素：电场中某点的电势的大小是由 电场本身的性质决定的，与放不放电荷及放什么电荷无关。即φ与Ep、q无关。
7. 与电场线的关系：沿电场线方向电势降低。
教师活动：在上面关于电势能和电势的讨论及插图中，我们一直把试探电荷q当作正电荷处理。如果q是负电荷,重复以上讨论。其结果与上面的结果是否一致？请同学们自己推导一下。
学生动手推导。教师巡视指导。
教师提问：电势能和重力势能类似，那我们的电势和什么类似呢？
学生回答：高度。
教师简单总结：不管电势能还是电势都要先确定零面，再求电势能和电势才有意义。
二、等势面
在地图中，常用等高线来表示地势的高低。与此相似，在电场的图示中，常用等势面来表示电势的高低。我们把在电场中电势相同的各点构成的面叫作等势面(equiptential surface)。等势面也是用来形象地描绘电场的。通常相邻等势面之间的电势差相等。(称为等差等势面)
我们常见的一些典型电场的等势面如图所示：
通过以上的等势面的图我能找到等势面都有哪些特地呢？
(1)在同一等势面上的任意两点间移动电荷，电场力不做功。
(2)电场线跟等势面垂直，且由电势较高的等势面指向电势较低的等势面。
(3)等势面密处场强大、电场线密，等势面疏处场强小、电场线疏。
(4)不同等势面在空间不相交、不相切。
(5)处于静电平衡状态的导体是一个等势体，其表面为一个等势面，匀强电场的等势面是一组相互平行的疏密均匀的平面。
三、重力场和电场的比较
教师活动：最后让我们从定义、场强、做功、能等几个方面来综合了解一下电场和重力场的相似之处。
典题剖析
例1 在匀强电场中把电荷量为2.0×10-9C的点电荷从A点移动到B点，静电力做的功为1.6 × 10-7 J。再把这个电荷从B点移动到C点，静电力做的功为-4.0×10-7J。
(1)A、B、C 三点中，哪点电势最高？哪点电势最低？
(2)根据以上结果，定性地画出电场分布的示意图，标出A、B、C三点可能的位置。
解：(1)电荷从A点移动到B点，静电力做正功，所以A点电势比B点电势高。电荷从B点移动到C点，静电力做负功，所以C点电势比B点电势高。但C、B之间电势差的绝对值比A、B之间电势差的绝对值大，所以C点电势最高，A点电势次之，B点电势最低。
(2)电场分布示意图和A、B、C三点可能的位置如图所示。
例2一个带电粒子在匀强电场中运动的轨迹如图中曲线AB所示，平行的虚线a、b、c、d表示该电场中的四个等势面。不计粒子重力，下列说法中正确的是( )
A.该粒子一定带正电
B.四个等势面中a等势面的电势一定最低
C.该粒子由A到B过程中动能一定逐渐减小
D.该粒子由A到B过程中电势能一定逐渐减小
解析：电场线与等势面垂直，所以电场线沿竖直方向，从粒子运动轨迹可知，电场力竖直向上。不知φ的高低无法确定电场线方向，也无法确定电性，故A、B错误；由A到B，据F电与v的夹角为锐角，确定电场力F做正功，粒子动能增大，电势能减小，故C错误，D正确。
答案：D
课堂小结
重力场中，同一物体在不同位置，重力势能不同。
电场中，同一电荷在不同位置，电势能不同。
不同物体在同一位置，重力势能正比于质量。
不同电荷在同一位置，电势能正比于电荷量。
高度只与零高度面和相对位置有关。
电势只与零电势面和相对位置有关。
项目
重力场
电场
定义
地球附近的引力场
存在于电荷周围的场
场强(矢量)
重力场强度g=G/m，
方向：竖直向下
电场强度E=F/q ，方向：正电荷在该点所受电场力方向
场力
重力G=mg
电场力F=qE
势(标量)
高度h与参考点的选取有关，具有相对性
电势φ与参考点的选取有关，具有相对性
势差(标量)
高度差hAB=hA–hB，与参考点选取无关
电势差UAB=φA-φB，与参考点选择无关
势能(标量)
重力势能EP=mgh，与参考平面选取有关
电势能E=qφ，与参考平面选取有关
做功特点
WAB=mghAB只与始、末位置有关，与路径无关
WAB=qUAB只与始、末位置有关，与路径无关
场力做功与势能变化的关系
重力做正功，重力势能减少；重力做负功，重力势能增加WAB=EPA-EPB
电场力做正功，电势能减少；电场力做负功，电势能增加。WAB=EA-EB