2019_2020版高中物理第一章4电势能和电势课件新人教版.pptx

4 电势能和电势,学习目标,1.知道静电力做功的特点.2.理解静电力做功与电势能变化的关系,理解电势能的概念,认识电势能的相对性.3.知道电势的定义方法及其定义式、单位.4.知道等势面的定义,并理解等势面的特点.,课前预习,课堂探究,随堂演练,课前预习 掌握新知,知识梳理,一、静电力做功的特点 1.静电力做功的特点:在静电场中移动电荷时,静电力做的功与电荷的 和 有关,与电荷经过的路径 . 2.在匀强电场中静电力做功W=qELcos ,其中为静电力与位移间夹角.,起始位置,终止位置,无关,二、电势能 1.电势能:由于移动电荷时 与移动的路径无关,电荷在电场中也具有势能,这种势能叫做 ,可用Ep表示. 2.静电力做功与电势能的关系式:WAB= ,即静电力做正功,电势能 ;静电力做负功,电势能 . 3.电势能的大小:电荷在某点的电势能,等于静电力把它从该点移到 时所做的功. 4.零势能点:电场中规定的电势能 的位置.通常把电荷在离场源电荷 处的电势能规定为零,或把电荷在 上的电势能规定为零.,静电力做的功,电势能,EpA-EpB,减少,增加,零势能点,为零,无限远,大地表面,三、电势 1.定义:电荷在电场中某一点的 与它的 的比值. 2.定义式:= . 3.单位:国际单位制中,电势的单位是 ,符号是V,1 V=1 J/C. 4.特点 (1)相对性:电场中各点电势的高低,与所选取的零电势的位置有关,一般情况下取 或地球为零电势位置. (2)标量性:电势是 ,只有大小,没有方向. 5.与电场线关系:沿电场线方向电势 .,伏特,无穷远,标量,逐渐降低,电势能,电荷量,四、等势面 1.定义:电场中电势 的各点构成的面叫做等势面. 2.等势面的特点 (1)在同一等势面上移动电荷时,静电力 . (2)电场线跟等势面 ,并且由电势 的等势面指向电势 的等势面.,相同,不做功,垂直,高,低,科学思维,1.思考判断,(1)只有在带电体只受静电力作用的条件下,静电力做功才与路径无关.( ) (2)电势能是相对的,规定不同的零势能点,电荷在电场中某点的电势能不同.( ) (3)无论正、负电荷,只要静电力做正功,电荷的电势能一定减少.( ) (4)电荷具有电势能大的点,电势一定高.( ) (5)等势面上,不仅各点电势相同,电场强度也一定相同.( ),2.思维探究 (1)阅读教材第1516页“静电力做功的特点”部分,思考静电力做功有什么特点? 答案:静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关,但与电荷经过的路径无关. (2)教材第16页的“思考与讨论”,如果电荷沿不同路径移动时静电力做的功不一样,还能建立电势能的概念吗?为什么? 答案:不能.如果静电力做功与路程有关,那么将无法建立只与位置有关而与路程无关的势能概念.,(3)阅读教材第1718页“电势”部分,思考电势的概念是用什么方法定义的?电势有正负之分吗? 答案:用比值定义;电势有正负之分,但为标量. (4)阅读教材第1819页“等势面”部分,思考为什么等势面一定跟电场线垂直? 答案:在同一等势面上移动电荷时,电势能不变,即静电力不做功;只有电场线跟等势面垂直时,静电力才不做功.,要点一 静电力做功的特点及与电势能变化的关系 探究导学,课堂探究 突破要点,1.如图所示,试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中,沿直线从A移动到B,静电力做的功为多少?若q沿折线AMB从A点移动到B点,静电力做的功为多少?通过计算,思考静电力做功有什么特点?,答案:静电力F=qE,静电力与位移夹角为,静电力对试探电荷q做的功W=F|AB|cos =qE|AM|.在线段AM上静电力做的功W1=qE|AM|,在线段MB上静电力做的功W2=0,总功W=W1+W2=qE|AM|.说明静电力做功与路径无关,只与初、末位置有关.,2.“类比法”是研究物理问题常用的方法之一.学习静电力做功和电势能变化的关系时,我们将静电力类比于重力、电势能类比于重力势能,那么静电力做功和电势能变化的关系就可以类比于重力做功和重力势能变化的关系.根据我们学过的重力做功与重力势能变化的关系,我们得出静电力做功和电势能变化有什么样的关系?,答案:静电力做的功等于电势能的变化量.静电力做正功,电势能减少;静电力做负功,电势能增加.,要点归纳 1.静电力做功正、负的判定 根据静电力方向与位移方向夹角或静电力方向与速度方向夹角判断 (1)当夹角为锐角时,静电力做正功; (2)当夹角为直角时,静电力不做功; (3)当夹角为钝角时,静电力做负功.,2.判断电势能大小的方法,例1(2019山东泰安校级月考)如图所示,A,B,C为电场中同一电场线上的三点.设电荷在电场中只受静电力作用,则下列说法中正确的是( ) A.若在C点无初速地释放正电荷,则正电荷向B运动,电势能减少 B.若在C点无初速地释放正电荷,则正电荷向B运动,电势能增加 C.若在C点无初速地释放负电荷,则负电荷向A运动,电势能增加 D.若在C点无初速地释放负电荷,则负电荷向A运动,电势能不变,A,解析:正电荷受力方向为该点的电场强度方向,在C点无初速地释放正电荷,则正电荷向B运动,静电力做正功,电势能减少,故A正确,B错误;负电荷受力方向与该点的电场强度方向相反,若在C点无初速地释放负电荷,则负电荷向A运动,静电力做正功,电势能减少,故C,D错误.,学霸笔记,(1)静电力做功和重力做功尽管有很多相似点,但因地球产生的重力场只会对物体产生引力,而电场对其中的电荷既可产生引力,也可产生斥力,所以计算静电力的功时要注意电荷的电性、移动的方向、电场强度的方向等. (2)在同一电场中,同样从A点到B点,移动正电荷与移动负电荷,静电力做正负功的情况是相反的,所以电荷的电势能的变化是相反的.,(教师备用) 例1-1:(2019广东佛山一中校级月考)如图所示的匀强电场中,有A,B,C三点,AB=5 cm,BC=12 cm,其中AB沿电场方向,BC和电场方向成60角,一个电荷量为q=410-8 C的正电荷从A移到B,静电力做功为W1=1.210-7 J.求: (1)匀强电场的电场强度E的大小;,解析:(1)由W1=qEAB, 得该电场的电场强度大小为E=60 N/C.,答案:(1)60 N/C,(2)电荷从A到C,电荷的电势能改变多少?,答案:(2)减少2.6410-7 J,解析:(2)电荷从B到C,静电力做功为 W2=qEBCcos 60 得出W2=1.4410-7 J. 电荷从A到C,静电力做功为 WAC=W1+W2=2.6410-7 J 所以该过程电势能减少了2.6410-7 J.,针对训练1 (2019山东潍坊校级月考)如图(甲)所示,是某电场中的一条电场线,A,B是这条电场线上的两点,若将一负电荷从A点自由释放,负电荷沿电场线从A到B运动过程中的速度如图(乙)所示,比较A,B两点,以下说法正确的是( ) A.EAEB B.EBEA C.EpAEpB D.A到B的过程中静电力做负功,A,要点二 电势能的理解与计算 探究导学,在重力场中,物体在某一位置具有的能量我们用重力势能来描述;类比重力场,电荷在电场中某一位置具有的能量,我们可用电势能这一物理量来描述;思考规定零势能点后,怎样用静电力做功确定电荷在某点的电势能?,答案:电荷在某点的电势能,等于把它从这点移动到零势能位置时静电力做的功.,要点归纳 1.电势能的性质,2.静电力做功是电势能变化的量度,静电力做的功等于电势能的变化量,用公式表示为WAB=EpA-EpB.,例2 (2019河南新乡校级月考)将带电荷量为610-6 C的负电荷从电场中的A点移到B点,克服静电力做功为310-5 J,再从B点移到C点,静电力做功为1.210-5 J,求: (1)电荷从A移到B,再从B移到C的过程中,电势能共改变了多少? (2)若规定A点为零势能点,则该电荷在B点和C点的电势能分别为多少?,过程图示:,解析:(1)电荷从A点到B点,克服静电力做功为310-5 J,则其电势能增加量为Ep1=310-5 J;再从B点移到C点,静电力做功为1.210-5 J,则其电势能减少量为Ep2=1.210-5 J;则电荷从A移到C的过程中电势能增加量为E=Ep1-Ep2=310-5 J-1.210-5 J=1.810-5 J. (2)若规定A点为零势能点,即EpA=0,则该电荷在B点和C点的电势能分别为EpB=EpA+Ep1=310-5 J,EpC=EpA+E=1.810-5 J.,答案:(1)增加1.810-5 J (2)310-5 J 1.810-5 J,学霸笔记,(1)电势能的高低与零势能点的选取有关,电势能的变化与零势能点的选取无关. (2)电势能变化的判断方法 做功判断法:无论正电荷还是负电荷,只要静电力做正功,电荷电势能就一定减少;反之增加. 电场线判断法:正电荷顺着电场线方向移动时,静电力做正功,电势能减少,逆着电场线方向移动时,静电力做负功,电势能增加;负电荷与之相反.,(教师备用) 例2-1:(多选)如图所示,在正点电荷Q的电场中有M,N两点,已知QMQN.下列叙述正确的是( ) A.若把一正的点电荷从M点沿直线移到N点,则静电力对该电荷做功,电势能减少 B.若把一正的点电荷从M点沿直线移到N点,则该电荷克服静电力做功,电势能增加 C.若把一负的点电荷从M点沿直线移到N点,则静电力对该电荷做功,电势能减少 D.若把一负的点电荷从M点沿直线移到N点,再从N点沿不同路径移回到M点,该电荷克服静电力做的功等于静电力对该电荷所做的功,电势能不变,AD,解析:由于M点比N点距正点电荷Q较近,当点电荷从M移到N的过程中相当于远离Q,对正的点电荷静电力做正功,电势能减少,故选项A正确,B错误;对负的点电荷,克服静电力做功,电势能增加,选项C错误;负点电荷从M出发到N,又从不同路径返回到M,整个过程始、末位置为同一点,即静电力不做功,电势能不变,选项D正确.,针对训练2 (2018山东济宁期末)某点电荷在电场中移动的过程中,若静电力对该点电荷做了正功,下列关于该点电荷的说法正确的是( ) A.一定是正电荷,且电势能减少 B.一定是正电荷,且电势能增加 C.电势能增加,但不能判断是正电荷还是负电荷 D.电势能减少,但不能判断是正电荷还是负电荷,D,解析:只要静电力对该点电荷做了正功,电势能一定减少,不管电荷带正电还是带负电,所以不能判断是正电荷还是负电荷,故A,B,C错误,D正确.,要点三 电势的理解与高低的判断 探究导学,如图所示的匀强电场,电场强度为E,取O点为零势能点,A点距O点为l,AO连线与电场线的夹角为.电荷量分别为q和2q的试探电荷在A点的电势能为多少?电势能与电荷量的比值各是多少?,答案:由EpA-EpO=WAO=Eqlcos ,可知电荷量为q和2q的试探电荷在A点的电势能分别为Eqlcos ,2Eqlcos ;电势能与电荷量的比值相同,都为Elcos .,要点归纳 1.电势的固有性:电场中某点的电势大小是由电场本身的性质决定的,与在该点是否放有电荷及所放电荷的带电荷量和电势能均无关. 2.电势的标量性:电势是只有大小、没有方向的物理量,在规定了电势零点后,电场中各点的电势可能是正值,也可能是负值. 3.判断电势高低的三种方法 (1)电场线法:沿电场线方向,电势越来越低. (2)场源电荷判断法:离场源正电荷越近的点,电势越高;离场源负电荷越近的点,电势越低. (3)电势能判断法:对于正电荷,电势能越大,所在位置的电势越高;对于负电荷,电势能越小,所在位置的电势越高.,例3 (2019四川成都校级月考)如果把q=1.010-8 C的电荷从无穷远移到电场中的A点,需要克服静电力做功W=1.210-4 J,那么, (1)q在A点的电势能和A点的电势各是多少? (2)q未移入电场前A点的电势是多少?,审题指导:,答案:(1)1.210-4 J 1.2104 V (2)1.2104 V,(2)电势与试探电荷无关,所以换成一个q=-1.010-8 C 的负电荷,A点的电势仍为1.2104 V.,学霸笔记,(1)电势的正值表示该点的电势高于零电势;电势的负值表示该点的电势低于零电势.显然,电势的正负只表示大小,不表示方向.,(教师备用) 例3-1:三个点电荷电场的电场线分布如图所示,图中a,b两点处的电场强度大小分别为Ea,Eb,电势分别为a,b,则( ),C,针对训练3 (2019山东烟台期末)a,b;c,d;e,f;g,h为以下电场中的四组点,其中a,b两点距正点电荷的距离相等;c,d两点在两点电荷连线的中垂线上,并关于两点电荷的连线对称;e,f两点在两点电荷的连线 上,并关于连线中点对称;g,h两点在两点电荷连线的中垂线上,并关于两点电荷的连线对称.这四组点中,电场强度和电势均相同的是( ) A.a,b B.c,d C.e,f D.g,h,B,要点四 等势面的特点及应用 探究导学,在地图上,用等高线表示地势的高低,在电场中常用等势面来表示电势的高低,简述什么是等势面?等势面的主要特点有哪些?,答案:电势相等的各点构成的面叫等势面;等势面的特点:在等势面上移动电荷,静电力不做功.电场线与等势面垂直,由电势高的等势面指向电势低的等势面.等势面不相交.等差等势面越密电场强度越大.,要点归纳 1.几种典型电场的等势面 (1)点电荷的等势面:点电荷的等势面是以点电荷为球心的一簇球面. (2)等量异号点电荷的等势面:等量异号点电荷的连线上,从正电荷到负电荷电势越来越低,中垂线是等势线.,(3)等量同号点电荷的等势面 等量正点电荷连线的中点电势最低,中垂线上该点的电势最高.从中点沿中垂线向两侧电势越来越低.连线上和中垂线上关于中点对称的点等势. 等量负点电荷连线的中点电势最高,中垂线上该点的电势最低.从中点沿中垂线向两侧电势越来越高.连线上和中垂线上关于中点对称的点等势. (4)匀强电场的等势面:匀强电场的等势面是垂直于电场线的一簇平行等间距的平面.,2.等势面的应用 (1)由等势面可以判断电场中各点电势的高低及差别. (2)由等势面可以判断电荷在电场中移动时静电力做功的情况. (3)由于等势面和电场线垂直,由等势面的分布可以画出电场线大致分布情况. (4)由等差等势面的疏密,可以定性地确定某点电场强度的大小.,例4(2018广东揭阳期末)两个固定的等量异种点电荷所形成电场的等势面如图中虚线所示,一带电粒子以某一速度从图中a点进入电场,其运动轨迹为图中实线所示,若粒子只受静电力作用,则下列关于带电粒子的判断正确的是( ) A.粒子带正电 B.b点和d点的电场强度相同 C.a点和e点的电场强度不同 D.电势能先变大后变小,D,解析:根据两个固定的等量异种点电荷所形成电场的等势面的特点可得,该图中的等势面中,正电荷在上方,负电荷在下方;从粒子运动轨迹看出,轨迹向上弯曲,可知带电粒子受到了向上的力的作用,所以粒子带负电,故A错误;在电场中等势面与电场线是垂直的,由图可知,过b,d两点与-5 V的等势面垂直的电场线的方向是不同的,所以b,d两点电场强度是不同的,故B错误;图中a,e两点电势都是0,该等势面为直线,则a,e两点电场强度的方向是相同的;结合该图中轨迹的对称性可知,a,e两点的电场强度的大小也是相等的,所以a,e两点的电场强度相同,故C错误;粒子从abc过程中,静电力做负功,cde过程中,静电力做正功,粒子在静电场中静电力先做负功 后做正功,电势能先增大后减小,故D正确.,(教师备用) 例4-1:(2019吉林延边二中校级月考)空间中P,Q两点处各固定一个点电荷,其中P点处为正电荷,P,Q两点附近电场的等势面分布如图所示,a,b,c,d为电场中的4个点.则( ) A.P,Q两点处的电荷等量同种 B.a点和b点的电场强度相同 C.c点的电势低于d点的电势 D.负电荷从a到c,电势能减少,D,解析:由题中所给的等势面分布图是对称的及电场线与等势面垂直可得,P,Q两点处应为等量异种电荷,选项A错误;a,b两点处电场强度大小相等,但方向不同,选项B错误;因P处为正电荷,因此c点的电势高于d点的电势,选项C错误;Q处为负电荷,负电荷从靠负电荷Q较近的a点移到靠正电荷P较近的c点时,静电力做正功,电势能减少,选项D正确.,学霸笔记,(1)对等势面的几点解释 在同一图中所画的是等差等势面,即相邻两等势面上电势之差是相等的.等势面可以是封闭的,也可以是不封闭的. 在空间没有电荷的地方两等势面不会相交.假如相交,在交点处电场的电势就有两个不同的值,这显然是错误的,因为规定了零电势点后,空间中的点的电势具有唯一的值. 因为在同一等势面上移动电荷时,静电力不做功,所以静电力与等势面垂直;又电荷的静电力与电场线相切,所以等势面一定跟电场线垂直,即跟电场强度的方向垂直.,(2)等势面的应用 离场源正电荷近的等势面的电势高,离场源负电荷近的等势面电 势低. 电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面.在匀强电场中 沿电场线方向,电势降低. 在电场线密集的地方,等差等势面密集;在电场线稀疏的地方,等差 等势面稀疏.,针对训练4(2019河北衡水校级检测)如图所示,虚线a,b,c是电场中的三个等势面,相邻等势面间的电势差相同,实线为一个带正电的粒子仅在静电力作用下,通过该区域的运动轨迹,P,Q是轨迹上的两点,下列说法正确的是( ) A.三个等势面中,等势面a的电势最高 B.带电粒子通过P点时的电势能比通过Q点时大 C.带电粒子通过P点时的加速度比通过Q点时大 D.带电粒子通过P点时的动能比通过Q点时小,A,解析:根据正电粒子的轨迹弯曲的方向可知,大致的电场线向下,c点电势最低,a的电势最高,故A正确;正电粒子在电势高处电势能大,所以粒子通过P点时的电势能比通过Q点时小,故B错误;等差等势面Q处密,电场强度大,正电荷受到的静电力大,加速度大,故C错误;带电粒子在运动的过程中只有静电力做功,粒子的动能与电势能的和不变,粒子通过P点时的电势能比通过Q点时小,所以粒子通过P点时的动能比通过Q点时大,故D错误.,随堂演练 检测效果,1.(2019江苏南通月考)(多选)关于电势,下列说法正确的是( ) A.电场中某点的电势,其大小等于单位正电荷由该点移动到零电势点时,静电力所做的功 B.电场中某点的电势与零电势点的选取有关 C.由于电势是相对的,所以无法比较电场中两点的电势高低 D.电势是描述电场能的性质的物理量,ABD,解析:由电势的定义可知选项A正确;电势具有相对性,电势的大小与零电势点的选取有关,选项B正确;虽然电势是相对的,但电势的高低是绝对的,因此选项C错误;电势与电势能相联系,它是描述电场能的性质的物理量,选项D正确.,2.(2018湖南长沙期末)(多选)如图所示,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( ) A.M点电场强度一定大于N点电场