高中物理电场专题.ppt

第2课时 电势 电势差 电势能,1电势差UAB (1)定义：电荷在电场中，由一点A移动到另一点B时， 所做的功 与 电荷量的比值WAB/q，叫做A、B两点间的电势差，用UAB表示 (2)定义式：UAB . (3)单位： ，1 V1 J/C. (4)矢标性： ，但有正负，正负表示电势的高低,电场力,移动电荷,WAB/q,伏特,标量,2电势 (1)定义：电势实质上是和标准位置的电势差即电场中某点的电势，在数值 上等于把 从某点移到 (零电势点)时电场力所做的功 (2)定义式：AUA . (3)单位： (4)矢标性： ，但有正负电势的正负表示该点电势比零电势点高还是低 电势差、电势、功、电荷量都是标量，但均有正、负，说一说各自正、 负的意义？,单位正电荷,标准位置,WA/q,伏特,标量,思考：,提示：电势差的正负说明了两点的电势高低；电势的正负说明了比零电势点(标准位置)的电势高低；功的正负说明了是动力做功还是阻力做功；电荷量的正负表示了电荷的电性 (1)UABAB. (2)电势具有相对性，它与零电势点的选取有关电势差无相对性，它与零电势点的选取无关,1电势差的理解 (1)从能量的角度反映了电场的性质 电场力做功WAB与q成正比，与A到B的路径无关，所以 既与q无关，又 与A、B间的路径无关由于做功是能量转化的量度，因此 是从能的角 度反映了电场的性质 (2)电场力做功有正负之分，电场力做正功，WAB0；电场力做负功，WAB 0.电荷量也有正负之分，对正电荷取q0；对负电荷取q0，利用UAB 计算时，要注意到WAB、q及UAB的正负,2如何理解电势和电场强度的关系？ (1)电势与电场强度的大小没有必然的联系，某点的电势为零，电场强度 不一定是零，反之亦然 (2)电势与电场强度都由电场本身的因素决定，与试探电荷无关 (3)沿着电场线的方向电势越来越低，电场线的方向是电势降落最快的方 向，电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面,1将一正电荷从无限远处移入电场中M点，静电力做功W16109 J，若 将一 个等量的负电荷从电场中N点移向无限远处，静电力做功W27109 J，则 M、N两点的电势M、N，有如下关系( ) AMN0 BNM0 CNM0 DMN0 解析：对正电荷M ；对负电荷N .即N . 而W2W1，0，且 和 均大于0，则NM0，正确答案选C. 答案：C,1电场力做功 (1)特点：电场力做功与路径 ，仅取决于两点间的电势差和要移送的电荷 (2)公式WABqUAB. 2电势能 (1)定义：电荷在电场中具有的能它与电场和电荷都有关，不能描述电场 (2)特点：电势能是相对的，与 选取有关，电势能是标量， 但有 之分,无关,零势能点的,正负,1电场力做功与电势能的变化关系 (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 值即EpW. 2电场中的功能关系 (1)只有电场力做功，电势能和电荷的动能之和保持不变 (2)只有电场力和重力做功，电势能、重力势能、动能三者之和保持不变,图921 2如图921所示，在绝缘的斜面上方，存在着匀强电场，电场方向平行于斜 面向上，斜面上的带电金属块在平行于斜面的力F作用下沿斜面移动已知金 属块在移动的过程中，力F做功32 J，金属块克服电场力做功8 J，金属块克服 摩擦力做功16 J，重力势能增加18 J，则在此过程中金属块的( ) A动能减少10 J B电势能增加24 J C机械能减少24 J D内能增加16 J,解析：由动能定理可知Ek32 J8 J16 J18 J10 J，A正确；克服电场力做功为8 J，则电势能增加8 J，B错误；机械能的改变量等于除重力以外的其他力所做的总功，故应为E32 J8 J16 J8 J，C错误；物体内能的增加量等于克服摩擦力所做的功，D正确 答案：AD,1等势面的概念：电场中 的各点构成的面叫等势面 2几种常见电场的等势面(见课本) (1)点电荷电场 (2)等量异号电荷的电场 (3)等量同号电荷的电场 (4)匀强电场(一簇垂直电场线的平行平面),电势相同,1等势面的特点 (1)在同一等势面上移动电荷电场力不做功 (2)等势面一定跟电场线垂直 (3)等差等势面的疏密程度也能反映场强的强弱，即等势面越密的地方场强 越强，等势面越疏的地方场强越弱 (4)两个等势面不能相交 (5)等势面的分布与零电势的选取无关 (6)电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面,2电场线、场强、电势、等势面的相互关系如何？ (1)电场线与场强的关系：电场线越密的地方表示场强越大，电场线上每点 的切线方向表示该点的场强方向 (2)电场线与电势的关系：沿着电场线方向，电势越来越低,(3)等势面与电场线的关系 电场线总是与等势面垂直，且从高等势面指向低等势面 电场线越密的地方，等差等势面也越密 沿等势面移动电荷，电场力不做功，沿电场线移动电荷，电场力一定做功 (4)场强数值与电势数值无直接关系：场强大(或小)的地方电势不一定大(或小)，零电势可人为选取，而场强是否为零则由电场本身决定,图922 3(2009上海单科，7)位于A、B处的两个带有不等量负电的点电荷在平面内 电势分布如图922所示，图中实线表示等势线，则( ),Aa点和b点的电场强度相同 B正电荷从c点移到d点，电场力做正功 C负电荷从a点移到c点，电场力做正功 D正电荷从e点沿图中虚线移到f点电势能先减小后增大,解析：同一检验电荷在a、b两点受力方向不同，所以A错误；因为A、B两处有负电荷，所以，等势线由外向内表示的电势越来越低将正电荷从c点移到d点，正电荷的电势能增加，电场力做负功，B错误；负电荷从a点移到c点，电势能减少，电场力做正功，C正确；正电荷沿虚线从e点移到f点的过程中，电势先降低再升高，电势能先减小后增大 答案：CD,【例1】如图923所示，某区域电场线左右对称分布，M、N为对称线上的 两点下列说法正确的是( ) AM点电势一定高于N点电势 BM点场强一定大于N点场强 C正电荷在M点的电势能大于在N点的电势能 D将电子从M点移动到N点，电场力做正功,图923,解析：沿电场线方向，电势降低，所以M点电势一定高于N点电势，A正确；电场线的疏密程度表示电场的强弱，由图可知，M点场强一定小于N点场强，B错；若把正电荷由M点移到N点电场力做正功，电荷的电势能减小，所以EpMEpN，C正确；电子在电场中受电场力的方向沿NM指向M，电场力做负功，D错 答案：AC,1计算电场力做功常有哪些方法 (1)WABqUAB(普遍适用) (2)WqEscos (适用于匀强电场) (3)WABEp(从能量角度求解) (4)W电W非电Ek(由动能定理求解),2电势能增减的判断方法 做功法：无论电荷是正是负，只要电场力做正功，电荷的电势能就减少； 电场力做负功，电荷的电势能就增加 3电势高低的判断 (1)据电场线的方向：沿电场线方向，电势越来越低 (2)据电场力做功的方法：据定义式UAB ，将WAB、q的、代入， 由UAB的、可判电势高低,图924 11 (2009天津)如图924所示，带等量异号电荷的两平行金属板在真空中水 平放置，M、N为板间同一电场线上的两点，一带电粒子(不计重力)以速度vM经过M点在电场线上向下运动，且未与下板接触，一段时间后，粒子以 速度vN折回N点，则( ),A粒子受电场力的方向一定由M指向N B粒子在M点的速度一定比在N点的大 C粒子在M点的电势能一定比在N点的大 D电场中M点的电势一定高于N点的电势 解析：由题意可知M、N在同一电场线上，带电粒子从M点运动到N点的过程中，电场力做负功，动能减小，电势能增加，故选项A、C错误，B正确；由于题中未说明带电粒子及两极板的电性，故无法判断M、N两点的电势高低，选 项D错误 答案：B,图925 【例2】 如图925所示，实线为方向未知的三条电场线，虚线分别为等势线1、 2、3，已知MNNQ，a、b两带电粒子从等势线2上的O点以相同的初速度 飞出仅在电场力作用下，两粒子的运动轨迹如图中所示，则( ),Aa一定带正电，b一定带负电 Ba加速度减小，b加速度增大 CMN电势差|UMN|等于NQ两点电势差|UNQ| Da粒子到达等势线3的动能变化量比b粒子到达等势线1的动能变化量小,解析：由带电粒子在运动轨迹，结合曲线运动的特点可知带电粒子所受的电场力方向，但因为电场线的方向不确定，故不能判断带电粒子带电的性质，A错；由电场线的疏密可知，a加速度将减小，b加速度将增大，B正确；因为是非匀强电场，故MN电势差并不等于NQ两点电势差，C错；但因为等势线1与2之间的电场强度比2与3之间的电场强度要大，故1、2之间的电势差要大于2、3之间的电势差，但两粒子的带电量大小不确定，故无法比较动能变化量的大小，D错误 答案：B,图926 21 某同学研究电子在匀强电场中的运动时，得到了电子由a点运动到b点的 轨迹(如图926虚线所示)，图中一组平行实线可能是电场线，也可能 是等势面，则下列说法正确的是( ),A不论图中实线是电场线还是等势面，a点的电势都比b点的电势低 B不论图中实线是电场线还是等势面，a点的场强都比b点的场强小 C如果图中实线是电场线，电子在a点动能较大 D如果图中实线是等势面，电子在b点动能较小 解析：如果实线是电场线，由运动轨迹判断，电子受水平向右的电场力，场强方向水平向左，a点的电势低于b点的电势，电子在a点动能较小如果实线是等势面，由运动轨迹判断，电子受竖直向下的电场力，场强方向竖直向上，a点的电势高于b点的电势，电子在b点动能较小 答案：D,【例3】 (18分)如图927所示，水平绝缘光滑轨道AB的B端与处于竖直平面内 的四分之一圆弧形粗糙绝缘轨道BC平滑连接，圆弧的半径R0.40 m在 轨道所在空间存在水平向右的匀强电场，电场强度E1.0104 N/C.,图927,现有一质量m0.10kg的带电体(可视为质点)放在水平轨道上与B端距离x1.0m的位置，由于受到电场力的作用带电体由静止开始运动，当运动到圆弧形轨道的C端时，速度恰好为零，已知带电体所带电荷 q8.0105C，取g10m/s2，求： (1)带电体在水平轨道上运动的加速度大小及运动到B端时的速度大小； (2)带电体运动到圆弧形轨道的B端时对圆弧轨道的压力大小； (3)带电体沿圆弧形轨道运动过程中，电场力和摩擦力对带电体所做的功各是多少,解析：(1)设带电体在水平轨道上运动的加速度大小为a，根据牛顿第二定律有 qEma (2分) 解得aqE/m8.0 m/s2 (1分) 设带电体运动到B端时的速度大小为vB，则 ， (1分) 解得vB 4.0 m/s (1分) (2)设带电体运动到圆弧形轨道B端时受轨道的支持力为FN ， 根据牛顿第二定律有FNmg (3分) 解得FNmg 5.0 N (1分) 根据牛顿第三定律可知，带电体对圆弧形轨道B端的压力大小FN5.0 N (1分),(3)因电场力做功与路径无关，所以带电体沿圆弧形轨道运动过程中，电场力所做的功W电qER0.32 J (2分) 设带电体沿圆弧形轨道运动过程中摩擦力所做的功为W摩，对此过程根据动能定理有W电W摩mgR0 (4分) 解得W摩0.72 J (2分),1利用力和运动的关系牛顿运动定律和匀变速直线运动规律的结合即： 受力和初速决定运动，运动反映受力一切力学问题的分析基础，特适于 恒力作用下的匀变速运动 2利用功、能关系动能定理及其他力的功能关系(如重力、电场力、摩擦 力等)及能的转化守恒，即：做功引起并量度了能的改变；无论恒力作 用、变力作用、直线运动、曲线运动皆可 3利用动量观点动量定理和动量守恒定律,图928 31 如图928为一匀强电场，某带电粒子从A点运动到B点在这一运动过程 中克服重力做的功为2.0 J，电场力做的功为1.5 J则下列说法正确的是( ) A粒子带负电 B粒子在A点的电势能比在B点少1.5 J C粒子在A点的动能比在B点多0.5 J D粒子在A点的机械能比在B点少1.5 J,解析：粒子从A点运动到B点，电场力做正功，且沿着电场线，故粒子带正电，所以选项A错；粒子从A点运动到B点，电场力做正功，电势能减少，故粒子在A点的电势能比在B点多1.5 J，故选项B错；由动能定理，WGW电Ek，2.0 J1.5 JEkBEkA，所以选项C对；由其他力(在这里指电场力)做功等于机械能的增加，所以选项D对 答案：CD,如图929所示，带正电小球质量为m1102 kg，带电荷量为q1106 C，置于光滑绝缘水平面上的A点当空间存在着斜向上的匀强电场时，该小球从静止开始始终沿水平面做匀加速直线运动，当运动到B点时，测得其速度vB1.5 m/s.此时小球的位移为s0.15 m求此匀强电场场强E的取值范围(g10 m/s2),图929,设电场方向与水平