第2節(jié)《電勢(shì)能、電勢(shì)、電勢(shì)差》課前自主學(xué)習(xí)任務(wù)單基礎(chǔ)層次（A層次）一、學(xué)習(xí)目標(biāo)1、了解電勢(shì)能的概念2、掌握電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能的變化關(guān)系，會(huì)比較同一電荷在電場(chǎng)中不同點(diǎn)的電勢(shì)能的大小。3、理解電勢(shì)能的相對(duì)性。4、掌握電勢(shì)的定義、相對(duì)性，會(huì)判斷電場(chǎng)中兩點(diǎn)電勢(shì)的高低。5、理解電勢(shì)差的概念。6、掌握并會(huì)應(yīng)用勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系的公式。二、學(xué)習(xí)過(guò)程：任務(wù)1：電勢(shì)能前面我們?cè)?jīng)學(xué)過(guò)“能”的概念。如果一個(gè)物體能夠?qū)ν庾龉?，我們就說(shuō)該物體具有能。比如：1、靜止的子彈不能對(duì)外做功，沒(méi)有能；而高速運(yùn)行的子彈能夠克服人體肌肉的阻力做功穿入人體，我們說(shuō)它具有能——?jiǎng)幽?、直接把錘放在木樁上，錘不能對(duì)木樁做功，沒(méi)有能；但是把錘提高到一定的高度再放下，錘就能對(duì)木樁做功，說(shuō)明提起的錘具有能——重力勢(shì)能。請(qǐng)看右圖：將帶正電q的小球用絲線懸掛在空中?！绻麤](méi)有電荷Q的存在，q只能處在B的位置靜止不動(dòng)，不能對(duì)外做功，沒(méi)有能?！F(xiàn)在把Q移近q，即q處于Q形成的電場(chǎng)中，q在Q的電場(chǎng)力的作用下將會(huì)從B位置移動(dòng)A位置，即q克服重力做了功。表明，處于電場(chǎng)中的q具有做功的能力，即具有某種能。我們把電場(chǎng)中的電荷由于受到_______的作用而具有的能量叫做________。用字母___表示。電勢(shì)能和重力勢(shì)能是一個(gè)同一性質(zhì)的能，因此和重力勢(shì)能一樣，只有大小，沒(méi)有方向，是標(biāo)量，但可以有正負(fù)。其單位也是J。任務(wù)2：電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能的變化關(guān)系前面我們講過(guò)，重力做正功，重力勢(shì)能必然減小。同樣道理，如果電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能也必然減小。根據(jù)這一點(diǎn)，我們可以比較電荷在電場(chǎng)中不同位置時(shí)電勢(shì)能的大小。如圖所示，試比較點(diǎn)電荷在電場(chǎng)中A、B兩點(diǎn)電勢(shì)能的大小。如果電荷帶正電：電荷的受力方向跟電場(chǎng)的方向相同，即由A到B，電荷在從A到B的移動(dòng)過(guò)程中，位移的方向與電場(chǎng)力的方向相同，電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減小，所以。如果電荷帶負(fù)電：電荷的受力方向跟電場(chǎng)的方向相反，即由B到A，電荷在從A到B的移動(dòng)過(guò)程中，位移的方向與電場(chǎng)力的方向相反，電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增大，所以。任務(wù)3：電勢(shì)能的相對(duì)性前面我們講過(guò)重力勢(shì)能具有相對(duì)性，只有先選定零勢(shì)能面，才能確定物體重力勢(shì)能的具體大小。同樣道理，電勢(shì)能也具有相對(duì)性，只有選定了電荷在某一位置的電勢(shì)能為零時(shí)，電荷在其它位置的電勢(shì)能才有確定的值?！锢碚撚?jì)算中，規(guī)定電荷在無(wú)窮遠(yuǎn)處的電勢(shì)能為零。（因?yàn)闊o(wú)窮遠(yuǎn)處的電場(chǎng)很弱，電場(chǎng)強(qiáng)度幾乎為零，也就沒(méi)有電勢(shì)能）例題：請(qǐng)說(shuō)出下列電荷q在Q形成的電場(chǎng)中，電勢(shì)能的正負(fù)。答：把q由現(xiàn)在所在的點(diǎn)向無(wú)窮遠(yuǎn)處移動(dòng)過(guò)程中，電場(chǎng)力做正功（電場(chǎng)力的方向和位移的方向相同，故電場(chǎng)力做正功），根據(jù)電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能的變化關(guān)系可知，電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減小，減小到終點(diǎn)時(shí)為零（因?yàn)橐?guī)定電荷在無(wú)窮遠(yuǎn)處的電勢(shì)能為零），故電荷在電場(chǎng)中的電勢(shì)能一定大于零。即q在Q形成的電場(chǎng)中，電勢(shì)能總是大于零任務(wù)4：電勢(shì)1、電勢(shì)的定義：把放在電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電荷所具有的____________與___________的比值叫做這一點(diǎn)的電勢(shì)。電勢(shì)一般用符號(hào)_______來(lái)表示。其公式為_(kāi)______________。電勢(shì)是_____量，只有大小，沒(méi)有方向，其單位是_______。例如：如圖所示，將的點(diǎn)電荷放在電場(chǎng)中的A點(diǎn)，其電勢(shì)能為。求：（1）A點(diǎn)的電勢(shì)；（2）點(diǎn)電荷q在B點(diǎn)的電勢(shì)能；（3）比較q在A、B兩點(diǎn)電勢(shì)能的大小；（4）將q換成，再分別求出在A、B兩點(diǎn)的電勢(shì)能，并比較大小。解（1）（2）由得（3）（4）通過(guò)上面的例題我們可以得出這樣的結(jié)論：對(duì)于一個(gè)正電荷來(lái)說(shuō)，在電勢(shì)高處，電勢(shì)能大；在電勢(shì)低處，電勢(shì)能小。對(duì)于一個(gè)負(fù)電荷來(lái)說(shuō)，情況正好相反，在電勢(shì)高處，電勢(shì)能小；在電勢(shì)低處，電勢(shì)能反而大。（我們可以這樣理解：，若q為正，不等式兩邊同乘以一個(gè)正數(shù)，不等號(hào)方向不變，即；若q為負(fù)，不等式兩邊同乘以一個(gè)負(fù)數(shù)，不等號(hào)的方向改變，即）★注意：是比值定義法，V的大小與EP和q無(wú)關(guān)，是電場(chǎng)本身的性質(zhì)決定的。（類(lèi)比：地球周?chē)骋稽c(diǎn)的高度h，可以通過(guò)公式求得，但h跟和G都無(wú)關(guān)，放不放物體，這一點(diǎn)的高度都是客觀存在的。只是在該點(diǎn)放了物體，物體就有重力勢(shì)能，放的物體質(zhì)量越大，物體在該點(diǎn)的重力勢(shì)能越大，但它的高度保持不變，它是地球重力場(chǎng)本身的性質(zhì)決定的。）2、電勢(shì)的相對(duì)性電場(chǎng)中的電勢(shì)相當(dāng)于重力場(chǎng)中的高度，高度具有相對(duì)性，所以電勢(shì)也具有相對(duì)性。選不同的地方為零電勢(shì)點(diǎn)，各點(diǎn)的電勢(shì)數(shù)值是不相同的。比如，如下圖所示，假如選擇D點(diǎn)為零電勢(shì)點(diǎn)，。如果選C點(diǎn)為零電勢(shì)點(diǎn)，則▲理論上講，零電勢(shì)點(diǎn)的選取可以是任意的。但在實(shí)踐中，常選取大地或儀器的公共地線的電勢(shì)為零電勢(shì)點(diǎn)。即我們所說(shuō)的零線和地線的電勢(shì)都是零。比如，發(fā)電機(jī)在同一問(wèn)題中，零電勢(shì)點(diǎn)和零電勢(shì)能的選取必須一致。3、沿著電場(chǎng)線方向電勢(shì)越來(lái)越低。（就相當(dāng)于在重力場(chǎng)中，沿著重力線方向高度越來(lái)越低一樣。）例：試判斷下圖中電場(chǎng)中的A、B、C三點(diǎn)的電勢(shì)高低。答：因?yàn)檠刂妶?chǎng)線方向電勢(shì)越來(lái)越低，所以任務(wù)5：電勢(shì)差1、定義如圖所示，A點(diǎn)離地面高10米，B點(diǎn)離地面高8米，問(wèn)A、B兩點(diǎn)的高度差是多少？（△h=hA-hB=10米-8米=2米△h稱(chēng)為A、B兩點(diǎn)的高度差。同樣，在A點(diǎn)的電勢(shì)為VA，B點(diǎn)的電勢(shì)為VB，則A、B兩點(diǎn)火的電勢(shì)差為:VA－VB我們把電場(chǎng)中任意兩點(diǎn)的__________，叫做這兩點(diǎn)的電勢(shì)差。用符號(hào)_______表示。其公式為_(kāi)______________（注意：起點(diǎn)—終點(diǎn)）2、單位：A、B兩點(diǎn)的高度用米表示，其高度差也是米。同樣地，電勢(shì)的單位是V（伏），電勢(shì)差的單位也是V（伏）3、電勢(shì)差與所選的零電勢(shì)的位置無(wú)關(guān)，是絕對(duì)的（還是以高度差進(jìn)行類(lèi)比）4、電勢(shì)差就是我們常說(shuō)的電壓例如：電燈的電壓為220V，其零線接地，它的電勢(shì)為零，問(wèn)火線的電勢(shì)是多少？任務(wù)6：勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，沿電場(chǎng)強(qiáng)度方向的兩點(diǎn)間的電勢(shì)差等于_________與這兩點(diǎn)的_______的乘積。（見(jiàn)書(shū)P122圖5－7）其公式為，也可改寫(xiě)為改寫(xiě)后公式的物理意義是：在勻場(chǎng)電場(chǎng)中，電場(chǎng)強(qiáng)度在數(shù)值上等于沿電場(chǎng)強(qiáng)度方向單位長(zhǎng)度上的電勢(shì)差?！铩镏攸c(diǎn)強(qiáng)調(diào)：（1）上面兩個(gè)公式只適用于勻強(qiáng)電場(chǎng)，對(duì)非勻強(qiáng)電場(chǎng)不適用。（2）公式中的d是電場(chǎng)中任意兩點(diǎn)沿電場(chǎng)線方向的距離，而不是電場(chǎng)中任意兩點(diǎn)間的距離。像高度差，不是兩點(diǎn)間的距離，而是兩點(diǎn)間沿豎直方向的距離。（3）關(guān)于電場(chǎng)強(qiáng)度E的單位由公式可知，E的單位為N/C。由公式可知，E的單位是V/m.這兩個(gè)單位是等效的。證明：由U＝W/q知，1V＝1J/C所以1V/m=例題：P122例題三、檢測(cè)反饋1、比較下列電場(chǎng)中，電荷在A點(diǎn)和B點(diǎn)電勢(shì)能的大小2、試判斷下列三種情況下電荷在電場(chǎng)中電勢(shì)能的正負(fù)。3、電荷的電荷量為q＝2.0×10-6C，在電場(chǎng)中某點(diǎn)所具有的電勢(shì)能為3.2×10-4J，則該點(diǎn)的電勢(shì)為_(kāi)_________V4、電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能________________，電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能的變化關(guān)系的公式是______________________。PQ5、沿著電場(chǎng)線的方向，電勢(shì)越來(lái)越_______________PQ6、如圖所示的電場(chǎng)中有P、Q兩點(diǎn)，則可知（）A．P點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度強(qiáng)；B．Q點(diǎn)的電勢(shì)高；C．正電荷從P點(diǎn)移到Q點(diǎn)電場(chǎng)力做正功；D．正電荷在Q點(diǎn)的電勢(shì)能大。7、電勢(shì)具有相對(duì)性，但兩點(diǎn)間的電勢(shì)差卻是絕對(duì)的。（）8、電荷在電勢(shì)高的地方電勢(shì)能一定大。（）9、電場(chǎng)強(qiáng)度強(qiáng)的地方電勢(shì)一定高。（）10、如下圖所示則_______V，_______V，_______V，_______V，_______V，_______V。AB++11、如圖所示，兩平行金屬板平行放置，距離為2.0cmAB++應(yīng)用層次（B層次）一、學(xué)習(xí)目標(biāo)（在A層次的基礎(chǔ)上增加）1、進(jìn)一步理解電勢(shì)能。2、掌握和理解電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化的數(shù)量關(guān)系。3、了解電場(chǎng)力做功與電勢(shì)差的變化關(guān)系。二、學(xué)習(xí)過(guò)程：任務(wù)1：理解電勢(shì)能。地球和地球附近的空間中的物體，由這兩個(gè)物體構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)。物體地球物體地球假如地球不動(dòng)，如果不受其它外力作用的話，在重力作用下，物體的速度將會(huì)越來(lái)越快，即動(dòng)能越來(lái)越大。根據(jù)能量守恒定律，說(shuō)明物體在原來(lái)的位置上必具有某種能，現(xiàn)在我們知道，這種能是重力勢(shì)能。很顯然，重力勢(shì)能是由于重力引起的，其大小與兩個(gè)物體的相對(duì)位置有關(guān)。（再分析一下彈性勢(shì)能、分子勢(shì)能）▲推而廣之：凡是兩個(gè)物體間存在著引力、斥力或彈力等相互作用時(shí)，由物體間本對(duì)位置必然決定一種能，這種能都叫做勢(shì)能?！铿F(xiàn)在我們看，電荷與電荷之間也存在作用力因此，由它們的相對(duì)位置也必然決定一種勢(shì)能，這種勢(shì)能就是電勢(shì)能。任務(wù)2：電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化的數(shù)量關(guān)系1、分析重力做功與重力勢(shì)能變化的數(shù)量關(guān)系（1）實(shí)例分析如圖所示，物體下降時(shí)，重力做正功文字描述：物體下降，重力做正功，重力勢(shì)能減少，重力勢(shì)能的減少量就等于重力所做的功。物體上升時(shí)，重力做負(fù)功，物體克服重力所做的功。等式右邊為重力勢(shì)能的增加量。文字描述：物體上升，重力做負(fù)功，重力勢(shì)能增加，重力勢(shì)能的增加量就等于物體克服重力所做的功?！还苌仙€是下降，都可以用統(tǒng)一公式計(jì)算重力所做的功當(dāng)物體下降時(shí)，表示重力所正功；當(dāng)物體上升的時(shí)，表示重力所負(fù)功。（2）理論分析重力做正功的過(guò)程，是將重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的過(guò)程，根據(jù)“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”可知，重力所做的功就等于動(dòng)能的增加量，也等于勢(shì)能的減少量。重力做負(fù)功的過(guò)程，是將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能的過(guò)程，根據(jù)“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”可知，物體克服重力所做的功就等于動(dòng)能的減少量，也等于勢(shì)能的增大量?！褂霉綍r(shí)應(yīng)特別注意：起點(diǎn)減終點(diǎn)。2、電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化的數(shù)量關(guān)系類(lèi)比重力做功，我們不難得出，電場(chǎng)力做功的過(guò)程，是將電勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的過(guò)程，同樣存在的關(guān)系式。文字描述：電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減少，電勢(shì)能的減少量就等于電場(chǎng)力所做的功；電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增加，電勢(shì)能的增加量就等于電荷克服電場(chǎng)力所做的功。任務(wù)3：電場(chǎng)力做功與電勢(shì)差的變化關(guān)系1、關(guān)系的推導(dǎo)由得：前面我們講過(guò)，所以有▲此式表明：電荷從電場(chǎng)中的一點(diǎn)移到另一點(diǎn)時(shí)，電場(chǎng)力做功等于電荷的帶電量與這兩點(diǎn)間電勢(shì)差的乘積。（類(lèi)比：重力所做的功，等于重力跟高度差的乘積）2、電場(chǎng)力所做的功，只與電勢(shì)差有關(guān)，而與路徑和受力情況無(wú)關(guān)還是拿重力做功類(lèi)比不管是什么路徑、物體做什么運(yùn)動(dòng)，只要高度差相同，重力所做的功都相同?！恚陔妶?chǎng)中，不管電荷怎樣運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力所做的功只與兩點(diǎn)間的電勢(shì)差有關(guān)，與路徑和受力情況無(wú)關(guān)。三、檢測(cè)反饋1、如圖所示，在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，沿電場(chǎng)線方向有A、B兩點(diǎn)，勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度，A、B之間的距離為10cm。（1）當(dāng)帶電量為的點(diǎn)電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電荷在電場(chǎng)中受到的電場(chǎng)力的大小為_(kāi)__________N，方向?yàn)開(kāi)______________。電荷在從A點(diǎn)移到B點(diǎn)的過(guò)程中，電場(chǎng)力做_____（填“正功”或“負(fù)功”），做功的大小為_(kāi)_____J，電勢(shì)能是______（填“增大”或“減少”），電勢(shì)能的變化量為_(kāi)_______________________（填“增大”或“減少”了多少J）。（2）當(dāng)帶電量為的點(diǎn)電荷從B點(diǎn)移到A點(diǎn)，電荷在電場(chǎng)中受到的電場(chǎng)力的大小為_(kāi)__________N，方向?yàn)開(kāi)______________。電荷在從A點(diǎn)移到B點(diǎn)的過(guò)程中，電場(chǎng)力做_____（填“正功”或“負(fù)功”），做功的大小為_(kāi)_____J，電勢(shì)能是______（填“增大”或“減少”），電勢(shì)能的變化量為_(kāi)_______________________（填“增大”或“減少”了多少J）。（3）當(dāng)帶電量為的點(diǎn)電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電荷在電場(chǎng)中受到的電場(chǎng)力的大小為_(kāi)__________N，方向?yàn)開(kāi)______________。電荷在從A點(diǎn)移到B點(diǎn)的過(guò)程中，電場(chǎng)力做_____（填“正功”或“負(fù)功”），做功的大小為_(kāi)_____J，電勢(shì)能是______（填“增大”或“減少”），電勢(shì)能的變化量為_(kāi)_______________________（填“增大”或“減少”了多少J）。2、一電荷在電場(chǎng)中A點(diǎn)的電勢(shì)能為10J，在B點(diǎn)的電勢(shì)能為20J，則從A點(diǎn)移到B點(diǎn)電場(chǎng)力做了__________J的功。Q+AB3、如圖表示一個(gè)正電荷的電場(chǎng)。已知A、B間的電勢(shì)差是200V，把一電荷量為–6×10–8C的檢驗(yàn)電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)Q+AB4、A點(diǎn)的電勢(shì)為320V，B點(diǎn)的電勢(shì)為0V，將電荷量q＝-2.0×10-6C的點(diǎn)電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電場(chǎng)力做________功（填“正”或“負(fù)”），做功的大小為_(kāi)_________J，電勢(shì)能將_______________AB++++5、如圖所示，兩塊帶電平行金屬板A、B相距0.05m，兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度為1.2×103V/m,AB++++拓展層次（C層次）一、學(xué)習(xí)目標(biāo)（在A、B兩層次的基礎(chǔ)上增加）1、電勢(shì)概念的建立及理解2、了解勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系公式的推導(dǎo)。二、學(xué)習(xí)過(guò)程：任務(wù)1：電勢(shì)概念的建立及理解1、電勢(shì)概念的建立一個(gè)物體質(zhì)量為m，離地面的高度為h，則重為勢(shì)能為。我們用重力勢(shì)能除以它所受的重力，看看得到什么？得到一個(gè)與物體質(zhì)量無(wú)關(guān)，只與地球周?chē)臻g有關(guān)的高度▲我們把這個(gè)高度叫做地勢(shì)平常我們說(shuō)，地勢(shì)高、地勢(shì)低，打仗時(shí)搶占有利地勢(shì)，就是這個(gè)意思。同一物體，在地勢(shì)高的地方，重力勢(shì)能大；在地勢(shì)低的地方，重力勢(shì)能小。因此，我們可以對(duì)地勢(shì)（高度）這樣定義：物體的重力勢(shì)能與物體所受到重力的比值，叫做該點(diǎn)的地勢(shì)?！瑯樱覀円部梢杂秒妱?shì)能EP除以電荷的電量q。（實(shí)踐證明，對(duì)于電場(chǎng)中的某一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，這個(gè)比值是一個(gè)常量，此常量和地勢(shì)一樣，由電場(chǎng)本身的性質(zhì)決定的，與電荷是否存在及所帶電量無(wú)關(guān)）★我們把這個(gè)比值叫做電勢(shì)。2、電勢(shì)的理解。電場(chǎng)中電勢(shì)這個(gè)概念，相當(dāng)于重力場(chǎng)中的高度。（1）地球周?chē)臻g中（重力場(chǎng)中）某一點(diǎn)的高度是客觀存在的，與該點(diǎn)有沒(méi)有物體無(wú)關(guān)。同樣，電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電勢(shì)也是客觀存在的，與該點(diǎn)有沒(méi)有電荷無(wú)關(guān)。（2）如果在重力場(chǎng)某一點(diǎn)放一物體，則該物體就具有重力勢(shì)能，物體的重力勢(shì)能是由重力場(chǎng)（高度）和物體（質(zhì)量）共同決定的，因此，高度與物體是否存在無(wú)關(guān)，但重力勢(shì)能與物體是否存在及其質(zhì)量有關(guān)。同樣道理，如果在電導(dǎo)場(chǎng)中某一點(diǎn)放一電荷，則該電荷就具有電勢(shì)能，電荷的電勢(shì)能是由電場(chǎng)（電勢(shì)）和電荷（所帶的電荷量）共同決定的，因此，電勢(shì)雖與電荷是否存在無(wú)關(guān)，但電勢(shì)能與電荷是否存在及其帶電量有關(guān)。（3）因?yàn)楦叨染哂邢鄬?duì)性，所以電勢(shì)也具有相對(duì)性。（4）為了幫助大家理解，我們把電場(chǎng)與重力場(chǎng)做一類(lèi)比。重力場(chǎng)電場(chǎng)與物體（或電荷）無(wú)關(guān)的物理量g,表示重力場(chǎng)的強(qiáng)弱E，表示電場(chǎng)的強(qiáng)弱h（地勢(shì)）V（電勢(shì)）與物體（或電荷）有關(guān)的物理量G=mgF=qEEp=mghEP=qV3、沿電場(chǎng)線的方向電勢(shì)越來(lái)越低。（1）類(lèi)比：沿重力線的方向高度越來(lái)越低。（2）證明：如圖所示：假如一個(gè)正電荷q從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，q受到的電場(chǎng)力F的方向跟電場(chǎng)（電場(chǎng)線）的方向相同，即水平向右，從A到B的移動(dòng)過(guò)程中位