電勢能（教學設計）

張雅美

一、教學目標

1.通過分析重力、彈簧彈力、摩擦力做功特點，進一步理解勢能的概念。

2.通過討論靜電力對試探電荷做的功，知道靜電力做功與路徑無關的特點。

3.理解電勢能的概念，理解電勢能的變化與靜電力做功的關系。認識電勢能的相對性。

4.會計算電荷在電場中移動時電場力所做的功和電勢能的變化。

二、教材分析

電勢能是電場這一章節的重要概念，是重力勢能、彈性勢能基礎上勢能概念的又一個具體體現。

三、學情分析

對于學生來說，勢能的概念一直是比較模糊的，在此基礎上建立電勢能的概念就更加困難。為此在教學中先通過分析重力、彈簧彈力、摩擦力做功的特點，讓學生體會到有些力做功與路徑無關，有些力做功與路徑有關。做功與路徑無關的力，才可引入與此力相對應的勢能。

四、教學重點

電場力做功的特點；電勢能的概念

五、教學難點

電勢能的概念的理解

六、教學用時

1課時

七、教學過程

1.導入新課

電荷放在電場中會受到靜電力的作用，在力的作用下移動一段距離靜電力會做功，根據所學的功、能關系可知，靜電力做功的過程必然伴隨著某種能量的轉化，是電勢能嗎？

2.如何分析能否引入電勢能

相互作用的物體憑借其位置而具有的能量叫做勢能。這個概念比較抽象，可通過重力、彈簧彈力、摩擦力做功分別討論。

過程1：物體沿直線由A移動至B。

過程2：物體沿折線由A先到M再到B。

比較兩次重力做功。

結論：重力做功相同。

光滑水平面上的物體與彈簧相連，將彈簧壓縮到A后放手，物體在AB之間往復運動。

過程1：物體由A直接運動至O。

過程2：物體由A先到B再到O。

比較兩次彈力做功。

結論：彈力力做功相同。

粗糙水平面上的物體在水平外力作用下做直線運動。

過程1：物體由A直接運動至B。

過程2：物體由A先到M再到B。

比較兩次摩擦力做功。

結論：摩擦力做功不同，過程2摩擦力做功多。

通過比較發現，有的力做功與路徑無關，只與初末位置有關，如重力和彈力，有的力做功與路徑有關如摩擦力。某種力做功與路徑無關，就可引入與此力相對應的勢能，如重力勢能、彈性勢能，某種力做功與路徑有關，就不能引入與此力相對應的勢能，所以沒有摩擦勢能。

能否引入電勢能，討論靜電力做功是否與路徑無關即可。

3.證明靜電力做功與路徑無關，可以引入電勢能。

利用下圖求證靜電力做功與路徑無關。若試探電荷沿直線從A移動到B，靜電力做功WAB=Eqcosθ=EqAM。若試探電荷沿折線AMB從A移動到B，則從A移動到M，靜電力做功WAB=EqAM，從M移動到B，因為靜電力與位移垂直，WAB=O。所以從A移動到B靜電力做功WAB=WAM+WAB=EqAM。若試探電荷沿任意曲線ANB從A移動到B，可以用無數組跟靜電力垂直和平行的折線來逼近曲線ANB，此時每一小段曲線都可以看做直線。沿此直線移動電荷，靜電力做的功等于沿與之對應的折線移動電荷做的功，而與靜電力平行的短折線長度之和等于AM，所以靜電力做的功仍然等于EqAM。

如果在非勻強電場中，利用微元法，通過同樣的分析與推導，上述結論仍然成立。

可見，靜電力做功與路徑無關！所以可以引入與靜電力相對應的勢能——電勢能。

4.推導靜電力做功與電勢能變化的關系

重力做功等于重力勢能的減小量。

靜電力做功也等于電勢能的減小量，當靜電力做正功電勢能減少，靜電力做負功電勢能增加。

功與勢能變化的關系用WAB=EpA-EpB=-ΔEp表示。

5.電勢能具有相對性

把電場中某點的電勢能規定為零，即可能確定電荷在電場中其他點的電勢能。如果規定B點電勢能為0，根據WAB=EpA-EpB，可知WAB=EpA，所以電荷在某點的電勢能等于靜電力把電荷從該點移動到零勢能處時所做的功，EpA=WA0

6.電勢能具有系統性

只有在試探電荷處于電場中時，討論與靜電力做功緊密聯系的電勢能才有意義。所以，電勢能屬于電荷和電場系統共有。

7.鞏固提高

例題：有一電荷量q=-3×10-6C的點電荷，從電場中的A點移到B點時，克服靜電力做功3×10-4J。求：

①電荷的電勢能怎樣變化？變化了多少？

②以B點為零勢能點，電荷在A點的電勢能EpA是多少？

③如果把這一電荷從B點移到C點時靜電力做功9×10-4J，電荷的電勢能怎樣變化？變化了多少？

④如果選取C點為零勢能點，則電荷在A點的電勢能又是多少？

⑤比較兩個電勢能的數值你有什么收獲？

8.課堂小結

靜電力做功與路徑無關！所以可以引入與靜電力相對應的勢能——電勢能。

靜電力做功與電勢能變化的關系WAB=EpA-EpB=-ΔEp

電荷在某點的電勢能等于靜電力把電荷從該點移動到零勢能處時所做的功，EpA=WA0

編輯 李琴芳