高二物理教案电场电势、电势差和等势面_高二物理电势与等势面
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电势 电势差 等势面
一、教学目标
1．在物理知识方面要求：（1）了解什么是电势。
（2）掌握电势差、等势面的概念，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、等势面。
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。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W，B点电势能为零，所以A点电势能为ε(W=ε)，电势能与电量比为ε／q。换用2q的检验电荷，同理可知需克服电场力做功2W，在A点具有电势能为2ε(2W=2ε)，电势能与电量比为2ε／2q=ε／q，换用 nq检验电荷，从 B点到A点需克服电场力做功nε，在 A点具有的电势能为nε，电势能与电量的比值为nε／nq=ε／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－ε，但电势能与电量之比为ε/q，换用-2q，-3q，-nq，结果一样。由此可以看出对于确定的电场来说，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ε表示电荷q的电势能，那么U=ε／q（ε、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WA，WB，WC，…且WA＞WB＞WC均为正值，WA／q＞WB／q＞WC／q＞…。即UA＞UB＞UC＞…＞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）2．电势差 电场确定后，场中各点电势就唯一确定了，一般来说不同的点具有不同的电势，两点间电势的差值，称为这两点间的电势差，也叫电压。例：A点电势UA，B点电势UB，A、B两点间的电势差UAB=UA－UB，如UA=10V，UB=－5V，UAB=UA－UAB=10V－（－5V）=15V，BA两点间电势差为UBA=UB－UA=（－5V）－10V=－15V，UBA=－UAB。
知道了电场中两点的电势，由W= qU即可算出电荷在这两点的电势能，从而算出从一点到另一点电势能的增量，设UA＞UB，则正电荷在A点，电势能为UAq，在B点电势能为UBq，q从A点移到B点电势能减少了qUA－qUB。而电势能的减少等于电场力做的正功，所以正电荷从A点移到B点时电场力做的正功W=qUA－qUB=q（UA－UB）=qUAB，如果把正电荷q从B点移到A点，电势能增加了qUA－qUB，而电势能的增加等于电场力做的负功，所以正电荷从 B点移到 A点电场力做的负功大小为qUA－qUB=q（UA－UB）=qUAB。与此类似，将负电荷－q从A移到B，或从B移到A，电场力做功的大小仍是qUAB，所以，在电场中AB两点间移动电荷时，电场力做的功W等于电量q和这两点间的电势差U的乘积，即W=qU，式中q用C做单位，U用V做单位，W用J做单位，利用这个公式时，qU都取绝对值，算出的功W也为绝对值。
说明：（1）电势能是相对的，而电势能的变化是绝对的，△E= qUAB或△E=qUBA，仅由q与两点间电势差决定。
（2）电场力做正功，电势能减少，末态减初态，增量为负。电场力做负功，电势能增加，末态减初态，增量△E为正。
例题：设电场中AB两点电势差U＝2.0×102V，带电粒子的电量q＝1.2×10－8C，把q从A点移到B点，电场力做了多少功？是正功还是负功？设UA＜UB。
W=qU=1.2×10－8×2.0×102J
=2.4×10－6J
因为UA＜UB，q为正电荷，故q在B点的电势能大于A点电势能，即从A点移到B点电势能增加，即电功力做负功。
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