资源简介

7-3 电势
一、教学目标
1．了解电势能、电势、等势面和电势差的概念及相关计算。
2．能分析和计算电场中移动电荷做功时电势能的变化。
二、教学重点难点
重点：电势能、电势、等势面和电势差的概念。
难点：电势能、电势和电势差的理解。
三、教学器材
计算机、投影仪、实物展示台。
四、教学建议
教法建议
讲授法、讨论法、比值定义法、类比法、演示实验法。
教学设计方案
引入新课
将带电的玻璃棒接触验电器的金属球，金属箔片因带等量同性电荷相互排斥而张开一定角度，表明电场力对箔片上的电荷做了功。电场有做功的本领，说明电场具有能量，这是电场的又一重要性质。下面再从能量的角度来研究电场的这一性质，学习电势的概念。
（二） 引出课程内容
设想的图如图1所示，说明q具有了做功能力。物体受到重力具有重力势能,电荷在电场中受到电场力的作用也具有势能。
Q
图1 电场力做功
1．电势能
（1）定义：电荷在电场中因受到电场力而具有的势能，称为电势能。
（2）静电力做功与电势能变化的关系：
物体下落时，重力对物体做正功，物体重力势能减少；物体上升时，重力做负功，重力势能增加。（）
与此类似，在电场中移动电荷时，电场力对电荷做正功时，电荷的势能减少；电场力对电荷做负功时，电荷的势能增加；电势能减少量总等于电场力对电荷做的功。如图2所示。
（a） (b)
图2 电场力做功与电势能的关系
（3）电势能零点的规定
同重力势能一样，电势能也是一相对的量，只有先定零势能的位置后，才能确定电荷在其他位置的电势能。
零势能的位置的选取是任意的，在点电荷的电场中，理论上常取无穷远处为零势能，即电荷在无穷远处的电势能为零。
在功能关系中，若选点b处电势能为零，即，那么
可见，电荷在电场中某点的电势能，在数值上等于把它从该点移到零势能处时电场力所做的功。
2．电势
我们把一个正的试验电荷+q先后放在图2所示电场中的a,b两点。试验电荷的电势能不同。
在同一点上，，与q无关。
在不同的点上，这个恒量的值不同。因此用这一恒量来描述电场，称为电势。
（1）定义：检验电荷在电场中某点所具有的电势能Ep和它的电荷量q的比值，称为该点的电势。V表示电势。
（2）公式：
（3）单位：在国际单位制中，电势的单位是伏特（V）。如果电荷量为1 C的电荷，在电场中某点的电势能为1 J，这一点的电势为1 V。1 V=1 J/C。
（4）零电势位置的规定：电势是标量，电场中某一点的电势的数值与零电势的选择有关，即电势的数值决定于零电势的选择．（大地或无穷远默认为零）
（5)电势高低的判断：
①沿着电场线的方向，电势逐点降低。
②在正电荷Q的电场中，各点的电势都是正值，而且越靠近正电荷的地方，电势越高。在负电荷Q的电场中，各点的电势都是负值，而且越靠近负电荷的地方，电势越低。
3．等势面
⑴定义：在电场中电势相等的点所组成的面，称为等势面。
⑵几种电场的等势面：
几种常见电场的等势面如图2所示。图中虚线表示电场线，实线表示等势面。
（a）匀强电场中的等势面 （b）点电荷周围的等势面
（c）等量异号点电荷电场的等势面 （d）等量同号点电荷电场的等势面
图2 几种常见电场的等势面
图3是由实验测出的一不规则形状带电体等势面分布情况。
⑶性质：
在同一等势面上各点电势相等，所以在同一等势面
上移动电荷，电场力不做功。
电场线跟等势面一定垂直，并且由电势高的等势面
指向电势低的等势面。
等势面越密，电场强度越大。
④ 等势面不相交，不相切。
图3 不规则形状带电体周围的等势面和电场线
⑷等势面的用途：由等势面描绘电场线。
4．电势差
（1）定义：电场中任意两点间电势之差称为电势差。
（2）公式：
（3）单位：电势差的单位也是伏特。
（4）特性：
①电势差与零电势点选择无关。
②若>0，表明a点的电势高于b点的电势，即>；若<0，则<。
5．应用举例
例题1 一电荷量为0.2 C的检验电荷，在电场中A、B两点的电势能分别为32 J和8 J。求A、B两点的电势、以及它们之间的电势差。A、B两点中那一点电势高？
解 根据得，A、B两点电势分别为
V=160 V V=40 V
A、B两点间的电势差为
=(160－40) V=120 V
>0，说明A点电势高于B点电势。
例题2 在上题中，（1）若设B点电势能为零，那么、各为多少？（2）若设A点的电势能为零，则、又为多少？
解 （1）由题知
因为电势和电势能零点相同，
=VA
由于电势差与零电势点的选择无关，V，
则 VA=UAB=120 V
（2）若，则
=-VB
同样，由于电势差与零电势点的选择无关， V，
则 V
（三）小结
1．电势能的概念，电势能与电场力做功的关系。
2．电势的概念，点电荷电势的计算。
3．电势差的概念及计算，等势面的概念及性质。
（四）作业布置
1.p13 3、5题 2.《技术物理练习册》（第3版）相关习题
（五） 教学说明
1．电势和电势能一样具有相对性。只有当零电势点选定之后，各点的电势才有确定的值。在同一问题中，零电势点和零电势能点的选取必须一致。实用中常常选取大地或仪器的公共地线的电势为零。
2．电场中某点电势的大小与零电势点的选取有关，其值是相对的。而任意两点的电势差却与零电势点的选取无关。
3．两点间的电势差可以是正值或负值。
q
F
a
b
b
a

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