高中物理电势能和电势 教案.doc

电势能和电势
倘若把一个静止的试探电荷放入电场中,他将在静电力的作用下作加速运动,经过一段时间后获得一定的速度,试探电荷的动能增加了。我们知道,这是静电力做功的结果,而功又是能转化的量度,那么,在这一过程中,是什么能转化为试探电荷的动能?这个能具有什么特点?它还可以引申出与它紧密相关哪些物理量?这些物理量具有怎样的性质?这就是本节课我们要讨论的问题。(板书:电势能和电势)
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=F|AB|=qE|AB| W=F|AB|cosθ=qE|AM| W=W1+W2+W3+…
其中F=qE,结果都一样即:W=qELAM =qE|AB|cos
结论:静电力做的功只与电荷的起始位置和终点位置有关,与电荷经过的路径无关。
二、电势能
力做功只与物体位置有关,而与运动路径无关的事例在物理中有哪些呢?(移动物体时重力做的功与路径无关)
特征或性质
静电场
重力场
a
对场中的电荷有力的作用
对场中的物体有力的作用
b
用比值“F/q”表示场的强弱
用比值“F/m”表示场的强弱
可见,静电场与重力场有某些特征是相似的。同一物体在地面附近的同一位置具有确定的重力势能。静电力做功也与路径无关,那是否也就能建立电势能的概念呢?
电势能:由于移动电荷时静电力做功与移动的路径无关,电荷在电场中也具有势能,这种势能我们叫做电势能。电势能用Ep表示。
讨论:静电力做功与电势能变化的关系
重力做的正功等于减少的重力势能,克服重力做的功等于增加的重力势能,用公式表示为WAB=EpA-EpB=-ΔEp。那么静电力做的正功也等于减少的电势能吗?克服静电力做的功也等于增加的电势能吗?用公式表示也是WAB=EpA-EpB=-ΔEp吗?
根据动能定理,WAB=EkB-EkA=ΔEk。因为,根据能量守恒增加的动能等于减少的电势能,EkB-EkA=EpA-EpB,所以WAB=EpA-EpB=-ΔEp。
静电力做的功等于电势能的变化。电场力做多少功,电势能就变化多少,在只受电场力作用下,电势能与动能相互转化,而他们总量保持不变。
对不同的电荷从A运动到B的过程中,电势能的变化情况:
正电荷从A运动到B做正功,即有WAB>0,则EpA>EpB,电势能减少。
●正电荷顺着电场线的方向其电势能逐渐减少。
负电荷从A运动到B做正功,即有WAB<0,则EpA>EpB,电势能增加。
●负电荷顺着电场线的方向其电势能逐渐降低。
(正电荷顺着电场线移动,电场力做正功,电势能减少;正电荷逆着电场线移动,电场力做负功,电势能增加;负电荷顺着电场线移动,电场力做负功,电势能增加;负电荷逆着电场线移动,电场力做正功,电势能减少)
求电荷在某点处具有的电势能
在上面讨论的问题中,请分析求出A点的电势能为多少?学生思考后无法直接求出,不妨就此激励学生,并提出类比方法。那么如何求出A点的重力势能呢?
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零势能位置撕所做的功。
注意:通常把电荷离场源电荷无限远处的电势能规定为零,或把电荷在大地表面上的电势能规定为零。
拓展:求电荷在电场中A、B