2022年高中物理 《電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能》教案4 魯科版選修3-1

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1、2022年高中物理 《電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能》教案4 魯科版選修3-1 【教學(xué)目的】 1、會(huì)計(jì)算點(diǎn)電荷在電場(chǎng)力作用下，從電場(chǎng)中一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)時(shí)電場(chǎng)力所做的功 2、知道什么是電勢(shì)能，知道電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能改變的關(guān)系。 3、培養(yǎng)知識(shí)的遷移能力。 【教學(xué)重點(diǎn)】 電勢(shì)能的概念，電勢(shì)能的改變與電場(chǎng)力做功的關(guān)系，電功計(jì)算 【教學(xué)難點(diǎn)】 運(yùn)用所學(xué)概念、規(guī)律解決實(shí)際問(wèn)題 【教學(xué)媒體】 【教學(xué)安排】 【新課導(dǎo)入】 習(xí)題導(dǎo)入——如右圖中路徑①，有一電量為q、質(zhì)量為m的正電荷以某一水平向右的速度v0在A點(diǎn)進(jìn)入一場(chǎng)強(qiáng)大小為E，方向向右的勻場(chǎng)電場(chǎng)。問(wèn)點(diǎn)電荷做什么運(yùn)動(dòng)？——如何計(jì)算它到達(dá)距A為d的B

2、點(diǎn)的速度（A、B在同一直線上）？如果從B點(diǎn)以v0向左進(jìn)入呢？如果從A以v0垂直于電場(chǎng)線方向進(jìn)入呢？(點(diǎn)電荷質(zhì)量忽略不記) 討論：該電荷在場(chǎng)中受恒定的大小為qE，方向向右的電場(chǎng)力，因此要做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，加速度大小為。可以用運(yùn)動(dòng)學(xué)的公式計(jì)算。若從B向左進(jìn)入，則電荷做勻減速運(yùn)動(dòng)。如果從A以v0垂直于電場(chǎng)線方向進(jìn)入，則電荷做類似于平拋的運(yùn)動(dòng)。要用正交分解解決問(wèn)題。（這里不展開(kāi)） 教師歸納：對(duì)，從這個(gè)例子可以看出，電荷的受力運(yùn)動(dòng)也與以往高一所學(xué)的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)一樣遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律。而在高一力學(xué)中，我們出來(lái)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律來(lái)分析解決物體的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，還可以從功和能的角度來(lái)解決。那么，電場(chǎng)力做功嗎？ 【新課內(nèi)

3、容】 1. 電場(chǎng)力做功的特點(diǎn)： 我們用剛才的勻強(qiáng)電場(chǎng)來(lái)分析電場(chǎng)力做功的特點(diǎn)。顯然，在剛才的電荷移動(dòng)中，電場(chǎng)力對(duì)電荷做了正功。 如果我們將試探電荷q從其他路徑由A移到B呢？大家一起來(lái)計(jì)算這幾種情況下電場(chǎng)力對(duì)電荷所做的功。 A. 如右圖中路徑②，q在沿折線ACB從A移往B的過(guò)程中, q在沿直線從A移往C的過(guò)程中，受到的電場(chǎng)力F=qE,電場(chǎng)力與位移AC的夾角始終為θ，F(xiàn)對(duì)q 所做的功為：W=FcosθAC＝qEd；在線段CB上靜電力F與位移CB垂直，而不做功。F對(duì)q 所做的功為：W= qEd B. 再使q沿任意曲線ADB從A點(diǎn)移到B點(diǎn)。我們可以用無(wú)數(shù)組跟靜電力垂直和平行的折線來(lái)逼近曲線AD

4、B。可以得出F對(duì)q 所做的功為：W= qEd 結(jié)論：不論q經(jīng)由什么路徑從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)，靜電力做功都是一樣的。雖然這個(gè)結(jié)論是從勻強(qiáng)電場(chǎng)推出，但對(duì)于非勻強(qiáng)電場(chǎng)也同樣適用。 板書(shū)：1、在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，電場(chǎng)力做功值W= qEd，其中d為頭尾兩點(diǎn)沿電場(chǎng)力方向的位移。 2、電場(chǎng)力做功只與電荷的起始位置和終止位置有關(guān)，與電荷經(jīng)過(guò)的路徑無(wú)關(guān)。 2. 電勢(shì)能 我們知道，功是能量轉(zhuǎn)化的量度，一個(gè)力做功必定帶來(lái)相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化。因此電場(chǎng)力做功，肯定也有能量發(fā)生轉(zhuǎn)化。那是什么能發(fā)生了變化呢? ——在剛才的電荷運(yùn)動(dòng)中，正電荷的動(dòng)能增加了，是什么能轉(zhuǎn)化過(guò)來(lái)的呢? 物體在重力場(chǎng)中具有重力勢(shì)能，同樣的

5、電荷在電場(chǎng)中也具有勢(shì)能，這種勢(shì)能叫做電勢(shì)能。電場(chǎng)力做功使得電勢(shì)能與其他形式的能之間發(fā)生了轉(zhuǎn)化。 重力如果做正功，重力勢(shì)能減少；重力如果做負(fù)功，重力勢(shì)能增加。同樣的，如果電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減少；電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增加。 板書(shū)：3、電場(chǎng)力做功量度電勢(shì)能的減少量。WAB=EPA - EPB（該公式含正負(fù)號(hào)） 電場(chǎng)力做功只能決定電勢(shì)能的變化量，而不能決定電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)能的數(shù)值，就好象重力功能確定重力勢(shì)能的變化量，而不能確定重力勢(shì)能的數(shù)值一樣。因此模仿重力勢(shì)能我們需要定義一個(gè)零勢(shì)能面的問(wèn)題，在確定電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)能時(shí)，也要定義一個(gè)零勢(shì)能面。才能確定其他地方的電勢(shì)能的數(shù)值。若規(guī)

6、定電荷在B點(diǎn)電勢(shì)為零，則在A點(diǎn)電勢(shì)能等于WAB。也就是說(shuō)，電荷在某點(diǎn)的電勢(shì)能，等于電場(chǎng)力把它從該點(diǎn)移動(dòng)到零勢(shì)能面位置所做的功。 板書(shū)：4、電荷在某點(diǎn)的電勢(shì)能，等于電場(chǎng)力把它從該點(diǎn)移動(dòng)到零勢(shì)能面位置所做的功。 例如，在剛才的例子中，如果設(shè)A為零勢(shì)能點(diǎn)，則正點(diǎn)電荷在A點(diǎn)電勢(shì)能為零，由A到B電場(chǎng)力做了+qEd的功，所以電勢(shì)能減小，即正電荷在B點(diǎn)電勢(shì)能為-qEd。（負(fù)號(hào)表示該處該電荷勢(shì)能低于零，這里的正負(fù)號(hào)與大小有關(guān)） 鞏固：在剛才的例子中，如果設(shè)B為零勢(shì)能點(diǎn)，則正點(diǎn)電荷在A點(diǎn)電勢(shì)能為？——+qEd；如果設(shè)B為零勢(shì)能點(diǎn)，則負(fù)點(diǎn)電荷在A點(diǎn)電勢(shì)能為？——-qEd；如果設(shè)A為零勢(shì)能點(diǎn)，則負(fù)點(diǎn)電荷在

7、B點(diǎn)電勢(shì)能為？——+qEd。 ——?dú)w納并 板書(shū)：5、正電荷沿著電場(chǎng)線運(yùn)動(dòng)（或運(yùn)動(dòng)方向與電場(chǎng)線夾銳角）時(shí)，電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能降低；負(fù)電荷沿著電場(chǎng)線運(yùn)動(dòng)（或運(yùn)動(dòng)方向與電場(chǎng)線夾銳角）時(shí)，電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能升高。 可見(jiàn)所取的參考零勢(shì)能點(diǎn)不同，即使是同一電荷在同一點(diǎn)也有不同的勢(shì)能，但兩點(diǎn)間的電勢(shì)能差值是固定的。正如重力勢(shì)能是物體與地球共有的一樣，電勢(shì)能也是電荷與電場(chǎng)共有的系統(tǒng)能量。它的大小與電荷電性電量和電場(chǎng)都有關(guān)的物理量。 板書(shū)：6、通常把電荷在離場(chǎng)源電荷無(wú)限遠(yuǎn)處的電勢(shì)能為零，或把電荷在大地表明上的電勢(shì)能規(guī)定為零。 3. 隨堂鞏固練習(xí)： 課本本節(jié)課后練習(xí)1、2（課練并講評(píng)）