4[电势能和电势]导学案
1.4电势能、电势
【学习目标】
·说出静电力做功的特点、电势能的概念、电势能与电场力做功关系。 ·说出电势的概念,知道电势是描述电场的能的性质的物理量。 ·叙述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。 【自学指导】
1.电场强度从力的性质研究电场,从本节起将从能量的角度研究电场。
2.复习功和能量的关系:如图所示提出问题:是什么转化为试探电荷的动能? 【自主学习】
一、静电力做功的特点
让试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中沿几条不同路径从A点运动到B点。我们来计算这几种情况下静电力对电荷所做的功。
W= W= W=
分析三种情况下做功的结果,从中找到共同点和不同点。得出结论:静电力做的功只与电荷的 有关,而与电荷所经过的 无关。 拓展:该特点对于非匀强电场中也是 的。 二、电势能
寻找类比点:重力做功有什么特点?
思考:静电力做功也与路径无关,是否隶属势能?我们可以给它一个物理名称吗? 1.电势能:由于移动电荷时静电力做功与 无关,电荷在电场中也具有 能,这种 能我们叫做电势能。电势能用 表示。
2.讨论: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 。
电场力做多少功,电势能就 ,在只受电场力作用下,电势能与动能 ,而他们总量不变。
WAB=-(EpB-EpA)=EpA-EP既适用于 也适用于 ,既适用于 也适用于
【思考讨论】
正电荷从A运动到B做 功,即有WAB 0,则EpA EpB,电势能 。正电荷顺着电场线的方向其电势能逐渐 。
负电荷从A运动到B做 功,即有WAB 0,则EpA EpB,电势能 负电荷顺着电场线的方向其电势能逐渐 。 3.求电荷在某点处具有的电势能
则 EpA=WAB (以B为电势能零点)
电荷在某点的电势能,等于静电力把它从该点移动到 位置所做的功。 4.零势能面的选择
通常把电荷离场源电荷 处的电势能规定为零,或把电荷在 上的电势能规定为零。
拓展:求电荷在电场中A、B两点具有的电势能高低。
若静电力做功为正功,电势能 ,电荷在A点电势能 在B点的电势能。反之静电力做负功,电势能 ,电荷在A点电势能 在B点的电势能
三、电势
通过类比可见,若用左图中的Ep/m,或右图中的Ep/q,它们的值是相同的。 如何来表征这个相同的量呢?
上面讨论的是特殊情况,下面我们来讨论一般情况:(如图) EpA=qE场Lcosθ
可见,EpA与q成 比,即电势能跟电荷量的比值EpA/q都是相同的。对电场中不同位置,由于L与θ可以不同,所以这个比值一般是 的。
电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值,是由电场中这点的 决定的,跟试探电荷本身 。
1.定义:电荷在电场中某一点的电势能与他的电荷量的比值,叫做这一点的电势。用φ表示。 表达式: (与试探电荷 )
2.电势是 量,它只有 没有 ,但有正负。 3.单位: 1V=1J/C
物理意义:电荷量为1C的电荷在该点的电势能是1J,则该点的电势就是 。
4.电场线指向电势 的方向。顺着电场线方向,电势越来越 。 5.零电势位置的规定:电场中某一点的电势的数值与 的选择有关,即电势的数值决定于 的选择。因此电势有正负之分,是由于其 的选择决定。通常以大地或无穷远默认为 。
四、等势面
1.等势面:电场中电势 的各点构成的 。 2.等势面与电场线的关系
⑴在同一等势面上各点电势是相等的,所以在同一等势面上移动电荷,静电力 功。
⑵电场线跟等势面 ,并且由电势 的等势面指向电势 的等势面。 若两个相邻的等势面间的电势之差是相等的,观看图形。 ⑶等势面越密,电场强度越 。 ⑷等势面不 、不 。
观察左面的图形,请你小结一下,等势线有哪些特点?
基础巩固
1、一个点电荷,从静电场中的a点移到b点,其电势能变化为O,则( ) A、a、b两点的场强一定相等;C、作用于该点的电场力与其移动方向总是垂直的。B、该电荷一定沿等势面移动D、a、b两点的电势一定相等
2、将一正点电荷从无穷远处移入电场中M点,电场力做功为6.0×10-9 J,若将一个等量的负电荷从电场中的N点移向无穷远处,电场力做功为7.0×10-9 J,则M、N两点的电势关系如何?
请总结你这一段时间的学习情况,你对自己有哪些要说的话?