第一章静电场(全章教案).pdf

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1、第一章静 电 场 全章概述 本章主要研究静电场的基本性质及带电粒子在静电场中的运动问题。场强和电势是 分别描述电场的力的性质和能的性质的两个物理量。正确理解场强和电势的物理意义， 是掌握好本章知识的关键。本章的其他内容， 如导体在电场中的静电感应现象和静电平 衡问题，实质上是电场中力的性质研究的继续；电势差、电场力的功、电势能的变化等 是电场的能的性质讨论的延伸；带电粒子在电场中的运动问题则是电场中上述两性质的 综合运用。本章的内容是电学的基础知识，也是学习以后各章的准备知识。 新课标要求 1掌握库仑定律和电荷守恒定律。 2了解电场、电场强度及电场线，能进行电场强度的计算，特别是在匀强电场中

2、的计算。 3掌握电场力做功与电势能的关系，理解电势，能画出等势面。 4根据做功原理，能够计算两点间的电势差。 5理解电势差与电场强度的关系，能进行简单计算。 6，了解电容器的构成及常用的电容器，掌握平行板电容器的性质。 7掌握带电粒子在电场中的加速及偏转，并会对其进行计算。 1.1 电荷及其守恒定律 教学目标： （一）知识与技能 知道各种起电方法及实质，认识元电荷，掌握电荷守恒定律的内容。 （二）过程与方法 结合具体事实理解概念及定律，化抽象为具体。 （三）情感、态度与价值观 体会生活中的静电现象， 提高抽象思维水平。 培养学生对实验的观察和分析的能力。 教学重点： 掌握电荷的基本性质与电荷守

3、恒定律。 教学难点 ：电荷基本性质与电荷守恒定律的理解及应用。 教学方法： 实验归纳法、讲授法 教学用具： 静电感应演示器、玻璃棒、丝绸，多媒体辅助教学设备 教学过程 （一）引入新课 教师：初中学过自然界有几种电荷，它们间的相互作用如何？电荷的多少用什么表 示？ 学生：自然界只存在两种电荷，同种电荷互相排斥，异种电荷相互吸引。电荷的多 少是用电荷量来表示。 教师：一般情况下物体不带电，不带电的物体内是否存在电荷？如何使物体带电？ 学生：不带电的物体内存在电荷，且存在等量正、负电荷，在物体内中和，对外不 显电性。用摩擦的方法可以使物体带电，用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，用毛皮摩擦过 的硬橡胶棒带负

4、电。 教师：摩擦起电的实质是什么？ 学生：一个物体失去一些电子而带正电，另一个物体得到这些电子而带负电。 （教师用多媒体模拟，验证学生回答） 过渡：在复习初中内容基础上，进一步再来看有没有别的方法使物体带电？物体带 电的实质是什么？今天这节课就来学习这些问题： （二）进行新 课 1电荷 教师活动：引导学生阅读教材有关物质内部微观结构的描述，思考和回答问题： （1）物质的微观结构是怎样的？摩擦起电的原因是什么？ （2）什么是自由电子，金属成为导体的原因是什么？ 学生活动：积极阅读教材，思考并回答问题。 点评：培养学生通过阅读教材独立获取知识的能力。通过学生回答问题培养学生的 语言表达能力。 教师

5、活动：提出问题：除了摩擦起电，还有没有可以使物体带上电的方法？ 实验：取有绝缘支柱的两个不带电枕形导体A、B，使它们彼此接触。用丝绸摩擦过 的有机玻璃棒反复多次接触球形导体C，使之带正电。将C移近A，用与有机玻璃棒摩 擦过的丝绸分别靠近A、B。（如图所示） 现象线绸靠近B，而远离A 学生得出B带正电，A带负电。 问题如将A、B分开，再移走C，A、B带电情况如何？ 学生答A仍带负电，B 演示证明将A、B分开，用与玻璃棒摩擦过的丝绸检验，学生回答正确。 问题将A、B接触，它们是否带电？这说明什么？ 学生答不带电，说明接触前A、B带等量异种电荷，接触后等量异种电荷中和。 演示证明使A、B接触，仍用与

6、玻璃棒摩擦过的丝绸检验，学生回答正确。 问题若先把C移走，再将A、B分开呢？ 学生答A、B不带电。 演示证明把C移走，将A、B分开，用与玻璃棒摩擦过的丝绸检验，学生回答 正确。 追问为什么？ 学生答因为将C移走，A上负电荷、B上正电荷不受C上电荷作用，而使A、B 所带电荷重新恢复原状，在导体内中和而不带电。 教师活动：引导学生分析前面的现象，总结得出静电感应的概念。 静电感应：将电荷移近不带电的导体，可以使导体带电，这种现象叫做静电感应。 利用静电感应使物体带电的过程，叫感应起电。（教师用多媒体模拟，加深学生印象） 结论不仅摩擦起电可以使物体带电，静电感应也可使物体带电。 2电荷守恒定律 教师

7、活动：静电感应的实质是什么？是不是创造了电荷？ 学生活动：分析并回答：当带电球C移近不带电导体A、B时，导体上自由电子被 吸引过来，使导体A、B带上了等量的异种电荷，即使电荷从物体一部分转移到另一部 分。在感应起电的过程中并没有创造电荷。 教师活动：联系摩擦起电的实质，思考使物体带电的实质是什么？ 学生活动：使物体带电，不是创造了电荷，而是使物体中的正、负电荷分开。 教师引导学生思考，出示投影片 电荷守恒定律： 电荷既不能创造， 也不能消灭， 只能从一个物体转移到另一个物体， 或者从物体的一部分转移到另一部分，在转移的过程中，电荷的总量保持不变。 教师活动：引导学生阅读教材第4 页有关内容，了

8、解电荷守恒定律的另一表述： 一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和总是保持不变。 A仅有两个小球带同种电荷 B仅有三个小球带同种电荷 Cc，d小球带同种电荷 Dc，d小球带异种电荷 分析由d吸a，d吸b可知a与b带同种电荷，且与d带异种电荷；由c斥a，c 斥b可知c与a，b带同种电荷，c与d带异种电荷， A 错， B对， C错，D对。 答案 BD 点拨应根据同种电荷间相互排斥、异种电荷间相互吸引，从题给条件判断出各电 荷电性关系。 电荷守恒定律的应用、元电荷 【例 2】有两个完全相同的带电绝缘金属小球A、B，分别带有电量QA= -6.4 10 -9C， QB=-3.2 10 -9 C，让两

9、绝缘金属小球接触，在接触过程中， 电子如何转移并转移了多少？ 解析当两小球接触时，带电量少的负电荷先被中和，剩余的正电荷再重新分配。 由于两小球相同，剩余正电荷必均分，即接触后两小球带电量 关于静电感应现象的应用 【例 3】如图所示， 不带电的枕形导体的A、B两端各贴有一对金箔。当枕形导体的 A端靠近一带电导体C时（） AA端金箔张开，B端金箔闭合 B用手触摸枕形导体后，A端金箔仍张开，B端金箔闭合 C用手触摸枕形导体后，将手和C都移走，两对金箔均张开 D选项 A中两对金箔分别带异种电荷，选项C中两对金箔带同种电荷 分析根据静电感应现象， 带正电的导体C放在枕形导体附近， 在A端出现了负电，

10、在B端出现了正电，这样的带电并不是导体中有新的电荷，只是电荷的重新分布。金箔 上带电相斥而张开。选项A 错误。 用手摸枕形导体后，B端不是最远端了，人是导体，人的脚部甚至地球是最远端， 这样B端不再有电荷，金箔闭合。选项B 正确。 用手触摸导体时，只有A端带负电，将手和C移走后，不再有静电感应，A端所带 负电便分布在枕形导体上，A、B端均带有负电，两对金箔均张开。选项C正确。 以上分析看出，选项D也正确。 答案： BCD 创新应用 【例 4】为了测定水分子是极性分子还是非极性分子，可做如下实验： （1）在酸式滴定管中注入适当蒸馏水，打开活塞，让水慢慢如线状流下，把用丝 绸摩擦过的玻璃棒接近水流

11、，发现水流向靠近玻璃棒的方向偏转，这证明（） A水分子是非极性分子 B水分子是极性分子 C水分子是极性分子且带正电 D水分子是极性分子且带负电 （2）如果将用毛皮摩擦过的塑料棒接近水流，则（） A水流将向远离塑料棒的方向偏转 B水流将向靠近塑料棒的方向偏转 C水流先靠近再远离塑料棒 D水流不偏转 分析：随着3X高考模式的推广，物理与其他学科知识间的交叉渗透越来越显得 重要，本节的摩擦起电和感应起电都有可能和化学或生物知识综合在一起命题。 解：由于丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，而水分子又是极性分子，故当玻璃棒靠近水 流时，先使水分子显负电的一端靠近玻璃棒（同性相斥，异性相吸），带正电的一端远 离玻璃

12、棒。而水分子两极的电荷量相等，这就使带正电的玻璃棒对水分子显负电的一端 的引力大于对水分子显正电的一端的斥力，因此水分子所受的合力指向玻璃棒，故水流 向靠近玻璃棒方向偏转。 由于用毛皮摩擦过的塑料棒带负电，同理水流仍向靠近塑料棒的方向偏转。 答案：（ 1）B （2）B 点拨：解答理科综合题，最重要的是先把各学科的知识弄清楚，从题目中把相关的 物理模型、化学或生物情景提炼出来，再用相关的物理、化学等方法求解即可。 课余作业 书面完成 P5“问题与练习”第2、3 题；思考并回答第1、4 题。 教学体会 两种电荷及其相互作用、电荷量的概念、摩擦起电的知识，这些在初中都已学过， 本节重点是讲述静电感应

13、现象。要做好演示实验， 使学生清楚知道什么是静电感应现象， 知道起电的实质，进而说明电荷守恒定律。 1.2 库仑定律 一、教学目标 1掌握库仑定律，要求知道点电荷的概念，理解库仑定律的含义及其公式表达，知道 静电力常量 2会用库仑定律的公式进行有关的计算 二、重点难点 重点：库仑定律 难点：对点电荷概念的理解 三、教与学 教学过程： 1点电荷：没有大小的带电体 （1）点电荷是一个理想化的物理模型，实际上是不存在的 （2）实际的带电体在本身的大小跟带电体间的距离相比小得多时可看作是点电荷 【注意】是否可将带电体看作点电荷不是看它本身的尺寸大小 2两点电荷间的相互作用力 演示把一个带正电的物体放在

14、A 处，然后把挂在丝线上的带正电的小球先后挂在 321 PPP、等位置，如图所示，发现挂在 1 P处时悬线与竖直方向的偏角最大把小球挂在 同一位置，增大或减小它所带电荷量时，偏角相应地增大或减小 （1）影响两点电荷间作用力的因素：距离和电荷量 （2）库仑定律真空中两个点电荷间的静电力（库仑力） 真空中两个点电荷之间相互作用的电力，跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们的距离 的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上 公式表示： 2 21 r QQ kF 静电力常量 229 /CmN100.9:kk 适用条件：真空中的点电荷，对空气中的点电荷近似适用 静电力遵循牛顿第三定律，力的平行四边形定则，

15、任一带电体都可以看成是由许多点电荷组成，任意两点电荷间的作用力都遵守库仑 定律，用矢量合成法可采出带电体间的静电力的大小和方向 小结：真空中两电荷间的静电力遵循库仑定律 1.3 电场强度教案 (2 课时) 第一课时： 1、库仑定律复习 在真空中两个点电荷的作用力跟它们的电量乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比， 作用力的方向在它们的连线上，这就是库仑定律 2、引入新课 任何力的作用都离木开物质，脚踢球，脚对球的力直接作用在球上；狗拉雪橇，狗对雪 橇的拉力是通过绳子作用的；地球对地表附近物质的作用力是通过重力场物质，作用的； 地球与月亮间有万有引力作用力也是因有万有引力场物质；两电荷间相互作用时

16、不直接 接触，它们之间的相互作用也是通过别的物质作用的，这就是电场 3、教学过程设计 （1）电场 a电荷周围存在一种特殊物质 例如可见光波长由A4000A0700 ，但还有很多波长的光线我们看不到，但不等于 它们不存在不能以人类感官为标准判定存在与否场客观存在的证明是它有力、能的特 性例如重力场对有质量的物体有力的作用，且可对物体做功，说明其能量电场对放入其 中的电荷 Q 也有力的作用，可对Q 做功，说明其有能量 b电场的基本性质：电场对放入其中的电荷有力的作用，此力称电场力 c静电场：静止电荷的电场 场有能和力的特性，我们先看电场中力的性质，它是本章的重要内容，先以点电荷为 例如图1 所示，

17、在 Q 电场中 A 点分别放入电荷 1 q、 2 q、 3 q则它们分别受电场力为： 2 3 3 2 2 2 2 1 1 ;: r kQq F r kQq F r kQq FA 我们可发现场电荷Q 对不同的检验电荷q 有不同的电场力，但只要A 点位置不变， F 与 q 的比值就不变 2 3 3 2 2 1 1 r kQ q F q F q F 若换到 B 点，则： 2 r kQ q F 从上面分析看出：Q 固定则电场的空间分布固定，对于场中某固定点， q F 值仅与 Q、r 有关，与检验电荷无关，它反映的是电场的性质，反映的是电场的强弱，称场强 （2）电场强度 a定义：放入电场中某一点的电荷受

18、到的电场力跟它的电量的比值叫该点的电场强度， 简称场强 b定义式： F电场力国际单位：牛（N） q电量国际单位：库（C） E电场强度国际单位：牛库（NC） c物理意义； 电场中某点的电场强度数值上等于单位正电荷在那里所受的电场力 d电场强度是矢量，规定场强方向为正电荷在该点所受电场力方向电场中同一点， q、 q 受力方向不同，场强只能有一个方向，规定以q 的受力方向为正 例：在图 2 中标出 A、B、C、D 四点的电场强度的方向 正点电荷电场中某点电场强度方向沿连线背离Q；负点电荷电场中某点电场强度方向 沿连线指向 Q e单位：牛库，NC q F E借助于点电荷场强推出，可适用于任意电场 （3

19、）一个点电荷电场的场强 a真空中： 2 r kQ E（与检验电荷q 无关，仅与场电荷Q 及 r 有关） b方向：正电荷在该点受电场力方向（以后还会遇到各点场强大小，方向均相同的匀 强电场） （4）两个点电荷产生的电场的叠加原理 如图 3 所示， 在正点电荷 1 Q与负点电荷 2 Q产生的电场中有一点A，求 A 点的电场强度 A E，由电场强度的定义可知， A E在数值上为 1C 点电荷在A 点所受的电场力今在A 点 放1qC，q 将同时受到 1 Q和 2 Q的作用，每个作用力都能单独用库仑定律求出，就像另 一个电荷不存在一样，而q 受的合力为各分力的矢量和，又因q 是 1C 正电荷，所以它受的

20、 电场力在数值上等于场强，也就是说A 点的合场强为 1 Q与 2 Q单独在A 点产生的场强的矢 量和，这就是电场强度的叠加原理用电场强度的叠加原理可以求得任意多个点电荷产生的 电场强度， 任何一个带电体不管其电荷分布多么复杂，都可以视为由许多点电荷组成，因而 可以用场强叠加原理求出它的场强可以看出， 真空中任意多个点电荷产生的电场强度，仅 由场电荷、电场中的位置两个因素决定，而与检验电荷无关 （5）比较： q F E和 2 r kQ E a q F E是场强的定义式，适用于任何电场 b 2 r kQ E是点电荷电场中场强的计算式 （6）电场强度小结 a电场中某点场强大小和方向，均与该点放不放检

21、验电荷、放哪种电荷、放多大检验 电荷无关， 是电场自身的性质，与外界因素无关对确定的电场来说，在某点放单位正电荷 时，它受电场力的大小和方向是确定的 b场强 叠加原理 场电荷、场中位置决定因素 库牛单位 正电荷受力方向方向 对所有电场都成立的电荷受到的电场力数值上等于定义式 : )N/C(/: : .,C1: q F E （7）例题讲解 第二课时： 1、电场线概念引入 英国物理学家法拉第首先引入了电场强度的图象，他在电场中画了一些线，使这些线上 每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致，并使线的疏密表示场强的大小这些线称为电 场线 2、几种常见电场的电场线匀强电场 （1）点电荷电场的电场线 如图

22、 2（a）所示，在A 点放正电荷Q，研究该电场的电场线为此在Q 的周围 B 点放 上 1C 的点电荷q，它受到的电场力方向在A 与 B 连线上，并且由A 指向 B，再在 A 与 B 连线上取任一点C，放 1C 点电荷 q，它受的电场力方向仍在连线上，方向由A 向 C，由 于电场线在B 与 C 的切线共线，所以射线AC 为一条电场线同理，由A 点出发的所有射 线都可以是电场线，但考虑到对电场线的另一要求，它的疏密应表示E 的大小，再考虑到 空间对称，所以每对相邻电场线间的夹角应该相同，所以电场线应是图2（b）所示的样子 对负电荷 Q 的电场线，只需将正点电荷Q 的电场线反向即可如图2（c）所示

23、（2）等量异号点电荷的电场线 如图 3（a）所示，在A 点与 B 点分别放上点电荷Q 与 Q，并研究它们的电场线的 形状 首先研究直线AB 上的情况， 在 A 与 B 之间的连线的任一点放上1C 的点电荷q，q 受 到两个电荷同时作用，而合力方向在A 与 B 的连线上，由此可知，线段AB 是一条电场线， 方向由 A 指向 B，再将 q 放于 B 点右侧直线上的任一点，发现 q 受的合力方向也在AB 连线 上，并指向B，所以终止于B 点的这条射线也是一条电场线，方向指向B再将 q 放于 A 点 左侧直线上的任一点，发现 q 受的合力方向也在AB 直线上， 方向由 A 向外， 所以从 A 点出 发

24、的，方向背向A 点的这条射线也是一条电场线A 与 B 连线上的电场线情况如图3（a） 所示 再研究线段AB 的垂直平分线OO上的情况 为此在其上任一点放上1C 的点电荷q， 它受到的两个点电荷的作用力等大，而合力都垂直OO，如图 3（b）所示所以通过OO 的所有电场线都应与OO垂直 再在直线OO的两侧取D 与D，使它们对OO直线成轴对称将1C 的点电荷q 放 于 D 点，它所受的合力指向斜上方；将q 放于D点，它受的合力指向斜下方可以看出， 从 A 点出发，经过D、D回到 B 的一条曲线是一条电场线，如图3（c）所示同理，在直 线 AB 的上边与下边可以画出许多这样的电场线，但考虑到电场线的疏

25、密应对应场强的弱强 的要求，电场线只能画成图3（d）所示的形状 最后应指出， 电场线并不只存在于纸面上，而是分布于整个立体空间要想研究空间某 一点的场强情况，只需将纸平面以AB 线为轴转动到该点即可 （3）等量同号点电荷电场的电场线 用上述的方法也可以得到等量同号点电荷的电场线，如图4 所示分析方法略去 （4）均匀带电的无限大平面电场的电场线 图 5（a）所示为均匀带正电的无限大平面，在平面上任一点A 放 1C 点电荷 q，它所 受电场力方向如何？由于空间对称，可以肯定q 受力的方向一定垂直平面a 向上，所以垂直 平面 a 的所有向上的、 向下的直线， 都可能是电场线，但考虑到电场线的疏密应该

26、表示场强 的强弱，又考虑到空间对称，因而电场线各处的疏密相同，所以电场线只能画成图5（b） 的形状，即电场线是疏密均匀的平行线 对于无限大均匀带负电的平面，电场线形状图5（c）所示电场线仍是疏密均匀的平 行线，只是指向平面 这说明在无限大均匀带电平面的两侧场强大小、方向相同这种电场称为匀强电场 （5）带有等量异号电荷的无限大平行金属板的电场的电场线 如图 6（a）所示，带有等量异号电荷的两个无限大平面平行放置，由于对称，每个平 面上电荷的分布是均匀的由场的叠加原理可知，每个带电平面都在它的周围独立地产生电 场，而总的电场应为两个分电场的矢量合图6（ b）画出了每个带电平面的电场线，实线 代表正

27、电荷的电场线，虚线代表负电荷的电场线由于它们都是匀强电场，各分场场强大小 处处相等，只是方向有差别在两板之间两场方向相同，叠加后场强增大；在两板外侧，两 场方向相反，互相抵消，场强为0，整个电场电场线的形状如图6（c）所示 3、电场线的演示 （l）点电荷电场线的演示 如图 7（a）所示将验电羽与感应起电机的一个放电杆接通，摇动电机，验电羽上丝线 会按场强方向排列，因而显示出电场线可以看出，电场线形状与图2（b）相似 （2）演示等量异号点电荷电场线 放好两个验电羽，如图7（b）所示，再用导线将它们分别与起电机的两个导电杆相连， 摇动电机，丝线排列在电场方向上，形成类似图3（d）的形状 （3）演示

28、等量同号点电荷电场线 如图 7（b）所示，再用导线将同一个导电杆与两个验电羽相连，摇动起电机，丝线排 成形成类似图4 的形状 （4）演示带有等量异性电荷平行金属板的电场线 如图 7（c）所示用导线将两板分别与起电机的两个放电杆连接，并摇动起电机，丝线 就排列在电场线方向上可以观察到，在两板的中央部分，电场线是平行的，其余边缘部分 电场线不平行， 如图 8 所示 这是因为平行金属板并非无限大所致，且非正对面上的丝线不 动，原因是外侧0E 4、总结电场线的性质 （l）电场线是假想的，不是真实的 （2）电场线起于正电荷止于负电荷，电场线不闭合对于单个点电荷，正电荷假想无 穷远处有负电荷，电场线终止于

29、那里；负电荷同理 （3）电场线的疏密表示电场的强弱 （4）电场线不能相交 因为在电场中的任一点处只有一个电场强度，方向唯一， 如相交则该处出现两个场强方 向，所以不能相交 （5）电场统不能相切 原因：电场线疏密表示强弱，如相切则在切点电场线密度无穷大，这种情况不可能，所 以不会相切 （四）作业 分别画出正点电荷，负点电荷，等量异性电荷，等量同性电荷，无限大均匀带电平面， 带有等量异性电荷的无限大平行平面的电场线 四、说明 1、注意强调我们画的是几种典型电场的电场线平面分布图，实际上是空间立体分布的 2、强调一定要记住几种典型电场的空间分布 3、电场线上茶点的切线方向是那点的电场强度方向，是放在

30、那点检验电荷q 的受力 方向，也是检验电荷q 在那里所获得的加速度方向电场线不一定是检验电荷的运动轨迹 1.4 电势能和电势 一、教学目标 1在物理知识方面要求： （1）了解什么是电势。 （2）掌握电势的概念，在头脑中建立不同场等势面图景。 2渗透物理学方法的教育，运用理想化方法抽象出等势面的空间模型。 二、难点、重点分析 1难点是使学生掌握电势的概念，这一概念虽要求不高，却不好理解。 2重点是掌握电势差。 三、主要教学过程 （一）引入新课 前面我们曾经学习过用来描述电场力学性质的一个物理量场强（E）。下面一起来 回忆一下有关内容： （1）电场的基本性质； （2）场强是怎么定义的，方向如何？电

31、场除了具有力的性质外，还具有能的性质，用 什么物理量来描述这一性质电势（U）。 （二）教学过程设计 1 电势能 物体在重力场中具有重力势能，而电荷在电场中也具有能电势能 重力做功使物体重力势能减少，重力做多少功， 重力势能就减少多少，减少的重力势能 转化为动能或其它形式的能，那么电场力做功与电势能的变化有什么关系呢？ 类似的： （1）电场力做功使电荷的电势能减少； （2）电场力做多少功，电势能就减少多少； （3）减少的电势能转化为电荷的动能或其它形式的能 教师指导学生阅读104 页例题 2 归纳总结判断做功为正或负的方法 方法（ 1）可以在计算时将q、U 的正负关系直接代入； 方法（ 2）在代

32、入数值时以绝对值代入，再判断电场力做功的正负 2、总结： （1）电场中两点间电势差，类同重力场中两点的高度差 电势差： q W U AB AB （ 1V1J/C） U 与 W、q 无关 （2）设定零电势点，由电势差定义各个点的电势：电场中某一点的电势，等于单位 正电荷由该点移动到参考点（零点电势）时电场力所做的功 注意：电势的大小与参考点的选取无关； 电势差的大小与参考点的选取无关 （3） BAAB U，沿着电场线的方向，电势越来越低 （4）电势能是电荷在电场中具有的能： 电场力做功，电势能减少；做多少功，电势能就减少多少 1电势 U 放在电场中的电荷具有电势能，电势能与重力势能相似具有相对性

33、。一般来说如果将一 个检验电荷放在点电荷电场中，在无穷远处检验电荷具有的电势能为零。电场为做正功电势 能减少，克服电场力做功，电势能增加。 如图 1 所示，将一电量为q 的正检验电荷放在正点电荷的电场中，B点为无穷远处。此时q 具有的电势能为零，将 q 由 B点移至 A点，需克服电场力做功，电势能增加，如果克服电场 力做功为E，B点电势能为零，所以A点电势能为E，电势能与电量比为E/q。换用 2q 的检 验电荷，同理可知需克服电场力做功2E，在 A点具有电势能为2E，电势能与电量比为 2E/2q=E/q ，换用 nq 检验电荷，从B点到 A点需克服电场力做功nE，在 A点具有的电势能 为 nE

34、，电势能与电量的比值为nE/nq=E/q 。由此可见对于电场中的某一点来说，不同检验电 荷具有的电势能不同但电势能与电量的比值相同，与检验电荷无关。如果将负检验电荷q 从 B点移至 A点，电场力做正功，电势能减少，B点电势能为零，所以A点电势能为 -E，但 电势能与电量之比为-E/-q= 说，在电场中的同一点，不同的检验电荷可以具有不同的电势能，但电势能与电量的比值与 检验电荷无关， 由场唯一决定， 我们就把这一比值称为场中这一点的电势。如果用 U表示电 势，用 E表示电荷q 的电势能，那么U=E/q（E、q、U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

35、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。 （1）电势是相对的，是相对于零势面来说的，一般选大地或无限远为零势面。 （2）沿着电场线方向电势降低。如图 2 所示：将正检验电荷q 从无穷远分别移至A， B， C， , 各点电场力所做负功为EA，EB，EC，, 且EA EB EC均为正值， EA/q EB/q EC/q , 。 即 UAUBUC, 0 沿着电场线方向电势降低，同理可证负电荷电场也如此。 （3）正电荷电场中各点电势均为正；负电荷电场中各点电势均为负。 关于正电荷的由（2）可知： 关于负电荷由图3 可知： 将正检验电荷q 从无穷远移至A

36、点，电场力做正功， 电势能减 少无穷远处电势能为零，在A点电势能为负，电势能与电量之比为负，即电势为负。 （4）电势是标量，只有大小没有方向。 虽是标量但有正负，正的代表比零电势高，负的代表比零电势低，而不代表方向。 （5）电势的单位：伏特（V） 教师出示图片： 提出问题1：在点电荷形成电场中有A、B、C 三点，若将单位正电荷由A 点移动到C 点做功为 AC W；把单位正电荷由B 点移动到C 点做功为 BC W，如果 BCAC WW，则 A、B 两点有什么关系？单位正电荷从A 点移动到B点时，电场力做功情况怎样？ 学生分析，教师总结： A、B 两点的电势相同单位正电荷从A 点移动到B 点时，电

37、 场力不做功 教师讲解：一般说来，电场中各点的电势不同，但电场中也有许多点的电势相等我们 把电场中电势相等的点构成的面叫等势面 点线面 等 势 点 等 势 线 等 势 面 下面，我们从几个方面认识等势面： （1）在同一等势面上的任意两点间移动电荷，电场力不做功 分析： 因为等势面上各点电势相等，电荷在同一等势面上各点具有相同的电势能，所以 在同一等势面上移动电荷电势能不变，即电场力不做功 （2）等势面一定跟电场线垂直，即跟场强的方向垂直 分析： 假如不是这样， 场强就有一个沿着等势面的分量，这样在等势面上移动电荷时电 场力就要做功 但这是不可能的，因为在等势面上各点电势相等，沿着等势面移动电荷

38、时电 场力是不做功的所以场强一定跟等势面垂直 （3）等势面的排布：前面已经指出，沿着电场线方向电势越来越低可见，电场线不 但跟等势面垂直，而且是由电势较高的等势面指向电势较低的等势面对比书中的图片，类 比等高线与等势面 （4）几种典型场的等势面 教师出示媒体课件：点电荷的等势面演示： 有关图片可以参考媒体资料 （5）处于静电平衡状态的导体是一个等势体，它的表面是一个等势面 分析：因为导体在静电平衡状态时内部场强处处为零，在导体的任意两点间移动电荷时 电场力所做的功为零，因此导体内部各点电势相等 推论： 地球是一个大导体，处于静电平衡状态的地球以及与它相连的导体是等势体实 际上常取地球和与地球的

39、昂两的导体作为电势的参考位置，认为它们的电势为零 由于实际中测定电势比测定电场要容易的多，因此常用等势面来研究电场，即先描绘出 等势面的形状和分布，再根据电场线与等势面之间的关系描绘出电场线的分布 3、例题讲解练习（参考典型例题） 4、教师总结： （1）为了形象的描述电场中各个点电势的分布情况，由等势面和电场的垂直关系，可 以根据等势面的分布情况知道电场的分布情况 （2）有关等势面的认识需要注意 A、在同一等势面上移动点电荷，电场力不做功 B、电场线与等势面垂直 C、处于静电平衡状态的导体是等势体，导体表面是等势面 1.5 电势差教案 一、复习引入 教师讲解（出示图片） ： 电场对放入其中的电

40、荷有力的作用，对导体内部电荷同样有力的作用，此力可以做功， 所以电场也有能的性质下面我们从能量角度研究电场性质 电场 电荷有力作用 导体（内部自由电荷） 静电感应现象 首先，我们先复习一下有关功的知识以及重力做功和重力势能的关系（如图） 同样， 我们还研究过其它力做功，如分子力做功使得分子势能发生变化，弹簧的弹力做 功引起弹性势能的变化，那么电场力做功的情形又是怎样的呢？我们又是怎样来研究呢？ 二、新授课 1、电势差 教师出示上图：在某一点电荷Q 形成的电场中，将同一电荷放入电场的不同位置A、 B 两点，所受到的电场力是不同的，这是因为A、B 两点的电场强度是不同的为了研究问 题的方便，我们以

41、匀强电场为例， 匀强电场中， 电荷从 A点移动到 B点， 电场力的大小EqF 为恒力，则电场力做功大小为：c o sE q SW(为 Eq 与 S 之间的夹角 ) 在这里：cosESqW是一个与电荷本身无关的量， 类似如重力做功coshGW也是与物体本身无关的物理量，只与重力场本身性质有 关 因此我们将qW这一比值叫做A、B 两点间的 电势差 ，用 AB U来表示电势差，单位伏 特，简称伏，符号是V电势差又叫电压 一、功的量度：cosFSW 二、重力做功： 1、重力做功只与位置有关、与经过的路径无关； 2、重力做功与势能的关系： p EWG 3、重力势能是相对的，有零势能面。（人为选定） 4、

42、重力势能的正负是相对于零势面而言的，不代表方向。数值上 等于把物体从该点移到零势能面处时，重力所做的功 q W U AB AB （1V 1J/C） ABAB qUW 电荷在场强为E 的匀强场中，令电荷q 由一点 A 移至另一点B 时（如图）电场力所做 的功 AB W，同样点电荷由A 沿着某一曲线移至另一点C（AC 在场强 E 的投影与AB 相等） 时电场力所做的功 AC W， AB W与 AC W相等（具体证明可以类比重力做功，采用无限分割法 进行证明），也就是说电场力做功与路径无关，仅与电荷运动的起末位置有关此结论不仅 适用于匀强电场而且适用于任何电场（在高中阶段不做具体证明） 这样电场力所

43、做的功可以是正值或负值，所以两点间的电势差也可以是正值或负值 教师总结： 教师提出问题： 物体在重力作用下移动的高度差越大，重力势能的变化也越大高度差 即高度的差值，电势差也就是电势的差值，那么如何定义电场中各点的电势？ 分析： q W U AB AB ，若将 B 点的电势定义为零电势点，则A 点的电势等于单位正电 荷由 A 点移动到 B 点零电势点（参考点）时所做的功 教师强调： 电势通常用来表示 电场中某一点的电势，等于单位正电荷由该点移动到 参考点（零点电势）时电场力所做的功 电势差与零点电势的选取无关，但电势是相对零点电势而言的，与零点电势的选取有关 分析书中图1424： 提出问题：在

44、电场中沿着场强方向移动电荷，电场力做功，电势将如何变化？ 分析：沿着电场线的方向将单位正电荷由A 点移动到B 点，电场力做正功，电势差大 （1） A、B 两点之间的电势差可以是正值，也可以是负值，数值上等于单 位正电荷从A 点移动到 B 点时电场力所做的功 BAAB UU； （2）电势差的单位伏特（ V） ，当 q 电量为 1C 时在某两点间做功为1J， 则这两点之间的电势差为1V ； （3）不论电场如何分布，电场力是恒力还是变力，电场力做功的大小都可 以用qUW计算得到； 于零 q W U AB AB ，即0 BA ， BA 总结：沿着电场线的方向，电势越来越低 1.6 电势差与电场强度的关

45、系 一、教学目标 1理解匀强电场中电势差与电场强度的关系EdU，并且能够推导出这个关系式 2会用关系式EdU进行有关的计算 二、重点难点 重点：匀强电场中电势差与场强的关系 难点：对EdU适用条件的理解和掌握 三、教与学 教学过程： 电场强度和电势都是描写电场的物理量，电场强度跟电场对电荷的作用力相联系，电势 差跟电场力移动电荷做功相联系，我们知道力和功具有联系，那么电场强度和电势也有联系 （一）场强和电势差从不同的角度描述了电场 1电场强度E 描述了电场具有力的性质，电势差或电势U 描述了电场具有能的性质， E 是矢量， U 是标量 2E 和 U 描述电场的角度虽不同，但作为反映同一电场的两

46、个物理量，存在着一定的 联系 （二）电场强度和电势差的关系 匀强电场是一个比较简单的电场，我们以匀强电场为例来确定E 和 U 的关系 1分析与推导 如图所示，设在匀强电场E 中，有一电荷量为q 的带正电粒子在电场力作用下由A 点 移到 B 点， A、B 间电势差为 AB U，相距 l，AB 与场强方向的夹角为，则电场力做功，从 力的角度来看， ABAB dqEqElWcos（其中 AB d是沿电场强度方向A、B 间的距离）； 从能的角度来看， ABAB qUW，由此可得：dUE AB/ 。 2在匀强电场中dUE/，或dEU （1）适用条件：匀强电场，而且沿着场强的方向，即式中的d 是沿场强方向两点间的 距离 （2）在匀强电场中，场强在数值等于沿场强方向每单位距离上的电势差 （3）从dUE/和qFE/可知场强的单位Vm 和 NC 是一致的， 1Vm1N C 注意在非匀强电场中，E 和 U 也有一定的关系，但不像在匀强电场中的关系式那 么简单 3电场中，电势降落最快的方向为场强方向 （1）电势降落的方向不一定是场强方向 （2）在非匀强电场中，结论也成立