高考物理总复习课件人教版高中物理选修三《静电场电场能的性质》专题讲解ppt课件

第二单元 电场能的性质,1电势差 (1)概念：电场中两点间电势的差值叫做电势差 (2)定义式：设电场中A点的电势为A，B点的电势为B，则它们之间的电势差可表示成：UABAB. (3)物理意义：A、B两点间的电势差在数值上等于移动 电场力所做的功,单位正电荷,(4)电压：指电势差的 (5)影响因素：电势差与电场力做功无关，与电荷所带电荷量无关它是由 决定的，与初、末位置有关，与零势点的选取 (6)与场强的关系：UEd 适用条件：匀强电场中，d为 方向的距离 数值关系：匀强电场中，场强等于沿 方向单位距离上的电势差,绝对值,电场本身的性质,无关,沿电场线,电场线,2电势 (1)定义：试探电荷在电场中某点具有的 与 的比值 (2)大小：等于 由该点移动到零电势点时电场力所做的功 (3)正负：电势是标量，只有大小，没有方向，其正(负)号表示 高(低),电势能Ep,本身电荷量q,单位正电荷,该点电势比零电势点,(4)相对性：同一点的电势随 选取的不同而不同通常选取 的电势为零 (5)电势与电势差的关系：UABAB 若UAB0，即AB，表示A点电势A B点电势B； 若UAB0，即AB，表示A点电势A B点电势B.,零电势点,地面(或无穷远处),高于,低于,特别提醒：电势和电势差都是由电场本身决定的，与检验电荷无关，但电势是相对量，电场中各点的电势与零电势点的选取有关，而电势差是绝对量，与零电势点的选取无关,1定义：电场中 的各点构成的面叫做等势面 2等势面的特点 (1)等势面一定跟电场线 (2)电场线总是从 的等势面指向 的等势面,电势相同,垂直,电势较高,电势较低,(3)沿 移动电荷，电场力不做功 (4)空间没有电荷的地方两等势面不相交 (5)在电场线密集的地方，等差等势面 ；在电场线稀疏的地方，等差等势面 ,等势面,也密集,也稀疏,1概念：电荷在电场中所具有的势能 2特点：电势能是电荷与 所共有的，且具有相对性通常取 为电势能的零点,电场,地面或无穷远处,3电场力做功的特点 (1)电场力做功与电荷移动的路径 ，只取决于初、末位置间的电势差和电荷的电量 (2)电场力做功和电势能改变的关系 电场力做正功时，电荷的电势能 ；电场力做负功时，电荷的电势能增加电场力做功的多少 电势能的变化量,无关,减小,等于,3依据电势能判断：正电荷在电势较高处电势能较大，负电荷在电势较低处电势能较大 4依据点电荷位置判断：取无穷远处电势为零，正电荷周围电势为正值，负电荷周围电势为负值，靠近正电荷处电势高靠近负电荷处电势低,从电场线的分布情况可以直观地看出两点电场强度的大小和电势的高低：由疏密判断场强的大小；由方向判断电势的高低,1功能关系 (1)若只有电场力做功，电势能与动能之和保持不变； (2)若只有电场力和重力做功，电势能、重力势能、动能之和保持不变； (3)除重力之外，其他各力对物体做的功等于物体机械能的变化 (4)所有力对物体所做的功，等于物体动能的变化,2电场力做功的计算方法 (1)由公式WFlcos计算，此公式只适合于匀强电场中，可变形为：WqElcos. (2)由WqU来计算，此公式适用于任何形式的静电场 (3)由动能定理来计算：W电场力W其他力Ek. (4)由电势能的变化计算：WEp1EP2.,3带电粒子在电场中做曲线运动时正负功的判断 (1)粒子速度方向一定沿轨迹的切线方向，粒子受力方向一定沿电场线指向轨迹凹侧 (2)电场力与速度方向间夹角小于90，电场力做正功，夹角大于90，电场力做负功,利用WqU计算电场力的功时，可将q、U的正负号一起代入，计算出的W也有正负之分，能表示电场力做正、负功；也可以只代q、U的绝对值，然后根据电场力的方向和电荷移动方向判断功的正负,1电势与电势能的关系 (1)电势由电场本身决定，与零电势的选取有关电势能由电荷与电势共同决定，其表达式为Epq. (2)正电荷在电势越高处，电势能越大，而负电荷在电势越高处，电势能越小,2电场力做功与电势能的变化 (1)电场力做功与路径无关，与重力做功十分相似 (2)电场力对电荷做正功时，电荷的电势能减少；电场力对电荷做负功时，电荷的电势能增加电势能增加或减少的数值等于电场力做功的数值 (3)电荷在电场中任意两点间移动时，它的电势能的变化量是确定的，因此移动电荷做功的数值也是确定的，所以电势能的变化仅与电场力做功有关，与是否有其它力的作用及运动性质都没有关系，且仅由电场力做功来量度，即WEp.,(1)电势能是相对的，与电势零点的选取有关 (2)电势能不可作为描述电场性质的物理量，因为电势能的大小、正、负都与检验电荷有关,3电势能大小的比较方法 (1)场源电荷判断法：离场源正(或负)电荷越近，检验正电荷的电势能越大(或小)，检验负电荷的电势能越小(或大) (2)电场线法：正(负)电荷顺着电场线方向移动时，电势能逐渐减小(增大)；逆着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大(减小),(3)做功判断法：无论正、负电荷，电场力做正功，电荷从电势能较大的地方移向电势能较小的地方；反之，电荷克服电场力做功，电荷从电势能较小的地方移向电势能较大的地方,【例1】 电荷量q2.0105 C的电荷在匀强电场中由A点移动至B点时电场力做的功为6.0104 J，若把它从A点移至电场中的C点，电场力做的功为3.0104 J，已知A、B连线与A、C连线夹120角，AB9.0 cm，AC4.5 cm，求A、B两点的电势差和电场强度,解析：由于电场力做功WqU与路径无关，只与初、末位置间的电势差有关，故依据已知电场力做功求出电势差，再根据匀强电场中场强和电势差的关系确定场强关系反之亦然 据题意作出图1，由WABqUAB，,图1,答案：30 V 3.8102 V/m 高分通道电势差的计算可用如下方法： (1)UABAB (2)UAB (3)UEd只适用于匀强电场，非匀强电场不能使用d是沿电场线两点间的距离，如果不沿着电场线方向，应投影在电场方向上，看投影距离,变式1：有一带电荷量q3106 C的点电荷，从电场中的A点移到B点时，克服电场力做功6104 J从B点移到C点时电场力做功9104 J问： (1)AB、BC、CA间电势差各为多少？ (2)如取B点电势为零，则A、C两点的电势各为多少？,因负电荷从B移到C电场力做正功，必是从低电势点移到高电势点，即BC.，UBC300 V. UCAUCBUBAUBC(UAB)300 V200 V100 V.,(2)若B0，由UABAB得：AUAB200 V. 由UBCBC得： CBUBC0(300) V300 V. 答案：(1)200 V 300 V 100 V (2)200 V 300 V,【例2】 (2009年安徽卷)在光滑的绝缘水平面上，有一个正方形abcd，顶点a、c处分别固定一个正点电荷，电荷量相等，如图2所示若将一个带负电的粒子置于b点，自由释放，粒子将沿着对角线bd往复运动粒子从b点运动 到d点的过程中 ( ),图2,A先做匀加速运动，后做匀减速运动 B先从高电势到低电势，后从低电势到高电势 C电势能与机械能之和先增大，后减小 D电势能先减小，后增大,解析：这是等量同种电荷形成的电场，根据这种电场的电场线分布情况，可知在直线bd上正中央一点的电势最高，所以B错误等量同种电荷形成的电场是非匀强的，所以A错误负电荷由b到d先加速后减速，动能先增大后减小，则电势能先减小后增大，而电势能与机械能之和保持不变，所以C错误，D正确 答案：D,高分通道 1.由于对等量同种电荷的电场线分布特点认识不清，不了解在直线bd上场强以正中央为最小，导致错选 2电场中的功能关系有以下几种情况： 只有电场力做功，电势能和动能之和不变 只有电场力和重力做功，电势能、重力势能、动能三者之和不变 除重力外，其他各力对物体做的功等于物体机械能的变化,变式2：如图3所示，虚线为静电场中的等势面1、2、3、4，相邻的等势面之间的电势差相等，其中等势面3的电势为0.一带正电的点电荷在静电力的作用下运动，经过a、b点时的动能分别为26 eV和5 eV.当这一点电荷运动到某一位置，其电势能变为8 eV时，它的动能应为 ( ) A8 eV B13 eV C20 eV D34 eV,图3,解析：由于正电荷由a到b动能减小了21 eV，而电场中机械能和电势能总和不变，故在等势面3的动能应为12 eV，总能量为12 eV012 eV.当在所求位置时，因为电势能为8 eV，所以动能为12 eV(8 eV)20 eV，故应选C. 答案：C,【例3】 如图4所示，虚线方框内有一匀强电场，A、B、C为该电场中的三个点已知A12 V，B6 V，C6 V试在方框中作出该电场的示意图(即画出几条电场线)，并要求保留作图时所用的辅助线若将一个电子从A点移到B点，电场力做多少电子伏特的功？,图4,解析：由于电场线与等势面垂直，而且在匀强电场中与等势点连线垂直的线一定是电场线电势相等的点可以根据匀强电场电势均匀降低的特点，把线段等分来寻找 如图5所示，用虚线连接AC.因A12 V，C6 V，把AC线段分为三等份，得D点的电势D6 V，,图5,连接DB，则DB为一条等势线，可以画出与等势线垂直的电场线，如图中实线所示，电势降低的方向为场强方向 将一电子从A点移到B点，电场力做的功WeUABe(126) V6 eV. 答案：如图5所示 6 eV,高分通道 解答此类问题时，依据电场线和等势面垂直，寻找等势点是解决问题的关键,图6,图7,答案：B,1(2009年北京卷)某静电场的电场线分布如图8所示，图中P、Q两点的电场强度的大小分别为Ep和EQ，电势分别为UP和UQ，则 ( ) AEPEQ，UPUQ BEPEQ，UPUQ CEPEQ，UPUQ DEPEQ，UPUQ,图8,解析：根据沿着电场线的方向电势是降落的，可以判断出UPUQ；根据电场线的疏密表示电场的弱强，可以判断出EPEQ，故选A. 答案：A,2在某一电场中同一个等势面上的两点，其电场强度的关系为 ( ) A大小一定相同，方向可能不同 B大小可能相同，方向可能不同 C大小不可能相同，方向可能相同 D大小可能不同，方向可能相同,解析：等势面上的两点只能确定电势相等，电势是一个相对物理量，由人为选取的零势点决定，与电场强度没有必然联系，故电场强度的大小和方向相同皆有可能，即大小可能相同也可能不同，方向可能相同也可能不同故BD正确 答案：BD,3A、B是一条电场线上的两点，若在A点释放一初速度为零的电子，电子仅受电场力作用，并沿电场线从A运动到B，其速度随时间变化的规律如图9所示设A、B两点的电场强度分别为EA、EB，电势分别为A、B，则 ( ) AEAEB BEAEB CAB DAB,图9,解析：由vt图线可看出，电子在电场力作用下做匀加速直线运动，其所受电场力是一恒力，该电场为匀强电场，A、B两点场强相等，A正确；电子所受电场力的方向与场强方向相反，所以电场线方向由B指向A，沿电场线方向电势降低，故B点电势高于A点电势，D正确 答案：AD,4如图10所示，虚线a、b、c代表电场中的三个等势面，相邻等势面之间的电势差相等，则UabUbc，实线为一带正电的质点仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹，P、Q是这条轨迹上的两点，据此可知 ( ) A三个等势面中，a的电势最高 B带电质点通过P点时的电势能较大 C带电质点通过P点时的动能较大 D带电质点通过P点时的加速度较大,图10,解析：画出正电荷在P、Q两点的受力方向如图11，所以电场线的方向为从c等势面指向a等势面，故cba选项A错，又因P点附近等差等势面较密，也就是电场较强，所以P点的加速度较大，D对带正电的质点从P到Q的过程中仅电场力做正功，电势能减少，动能增加，B对C错 答案：BD,图11,5有一个点电荷只受电场力的作用，分别从两电场中的a点由静止释放，在它沿直线运动到b点的过程中，动能Ek随位移x变化的关系图象如图12所示中的图线则下列说法正确的是 ( ),图12,图13,A正电荷在A图电场中从a点由静止释放，沿直线运动到b点的过程中，对应的图线是 B负电荷在B图电场中从a点由静止释放，沿直线运动到b点的过程中，对应的图线是 C负电荷在C图电场中从a点由静止释放，沿直线运动到b点的过程中，对应的图线是 D负电荷在D图电场中从a点由静止释放，沿直线运动到b点的过程中，对应的图线是,解析：从图中不难看出分匀强电场和非匀强电场，点电荷在匀强电场中由动能定理得EkqEx，即点电荷动能与其位移成正比，图线如所示，结合点电荷受力与场强方向故A、B正确；在非匀强电场中，由于场强E的变化，使得点电荷动能与其位移不再成正比，由图线可知点电荷动能随位移的增大而增大，并且变化得越来越快，即场强E越来越大，因此C正确，D错误 答案：ABC,6如图14所示，A、B是位于竖