電勢能和電勢教學(xué)設(shè)計說明(編輯修改稿)
2025-05-14 06:50 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 是一個不變量，這個不變量是不是只與場源電荷以及被研究點在電場中的位置有關(guān)呢？它能夠表征電場的能的性質(zhì)嗎？教師引導(dǎo)學(xué)生進行理論推導(dǎo)：WAB/q=( EpAEpB)/q= EpA/qEpB/q在勻強電場中思考，EpA/q=WA0/q=qElA0/q=ElA0,可見EpA/q是一個只與電場本身因素有關(guān)的一個量，這個量只由電場本身性質(zhì)和在電場中的位置決定，而這個量又直接與電荷在電場中所具有的電勢能相關(guān)聯(lián)，可見，這個量應(yīng)該可以反映電場中不同位置的能的性質(zhì)，這就是我們尋找的表征電場的能的性質(zhì)的物理量。于是定義電勢φA=EpA/q，介紹電勢的單位等。隨即說明：電場中在選定零電勢能位置后，如果電荷位于該位置時，電勢能為零，因此，該點的電勢也為零，也就是說，電勢能為零的位置也就是電勢為零的位置。而對于電場中一個確定的位置，如果選擇不同的位置作為零電勢能位置，則電荷在這一確定位置的電勢能就具有不同的值，由電勢的定義可知，這一確定位置的電勢也具有不同的值。畫圖分析：對確定的點A，當(dāng)分別選取B和C為電勢為零的位置，則A點的電勢有不同的值。這說明，確定電場中某點的電勢首先要確定電勢為零的位置，也就是參考位置（或者電勢能為零的位置）。而選擇好參考位置后，某點的電勢值就是該點相對電勢為零的位置的電勢高低。隨即引導(dǎo)：在選定零電勢能位置后，根據(jù)電勢的定義式，可以變形得到φA=EpA/q=WA0/q，這就是說，電場中某點的電勢，在數(shù)值上等于單位正電荷由該點移動到參考點（零電勢點）時電場力所做的功。呈現(xiàn)問題3：請你分析在選擇無窮遠處為電勢為零的位置，那么，正負點電荷電場中各點的電勢的數(shù)值有何不同？學(xué)生討論后得出：由電勢的定義知，若選擇無窮遠處為電勢為零的位置，在正電荷電場中，各點電勢均為正值，在負電荷電場中，各點電勢均為負值。呈現(xiàn)問題4：與重力場中移動物體類比，電勢相當(dāng)于一個什么量？（試圖通過類比實現(xiàn)概念的同化）學(xué)生討論得出，重力場中Ep/m=gh，其中h也是被研究位置相對選取的零高度位置間的相對高度，這個比值gh也是只與重力場本身強弱以及被研究點在重力場中的位置有關(guān)的量，反映的也是重力場中某點的能的性質(zhì)。接著講解：由上推理可知，WAB/q=( EpAEpB)/q= EpA/qEpB/q=φAφB，這就是表示電場中兩個位置之間的電勢之差，我們稱之為電勢差，記為UAB，于是有UAB=φAφB=WAB/q呈現(xiàn)問題5：電勢差UAB所能表征的物理含義是什么呢？學(xué)生發(fā)表見解后，教師引導(dǎo)學(xué)生分析電勢差的物理意義：回到課前探究的問題看，在電場中A、B兩點間移動電荷所做的功與被移動電荷的電荷量的比值同樣與被移動電荷無關(guān)，是一個只跟電場本身以及兩點間位置有關(guān)的量，而電場力做功的過程中必然伴隨著電勢能的轉(zhuǎn)化，因此，電勢差就應(yīng)該是反映電場中兩個位置間的能的性質(zhì)的物理量。呈現(xiàn)問題6：根據(jù)以上分析知道，我們定義電場中A、B兩點之間的電勢差UAB= WAB/q，若將同一電荷從B處移動到A處，計算得到的電勢差與從A處移動到B處得到的電勢差相同嗎？為什么？學(xué)生發(fā)表見解，教師引導(dǎo)得出：同一電荷受力方向確定，移動方向不同時，所做功的正負不同，因此由UAB= WAB/q計算得到的電勢差也不同，而且有UAB=－UBA， 又UAB=φAφB，UBA=φBφA，可見，電勢差應(yīng)該有正負，選擇的初末位置不同，這兩點之間的電勢差可能為正，也可能為負，而這個正負正好說明初末位置間電勢的相對高低。即UAB＞0，表示φA＞
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