高中物理 第2章第2节 电势与等势面课件 鲁科版选修31.ppt

第2节电势与等势面 温故知新 1 如图2 2 1所示 精彩回眸 图2 2 1 1 在图甲中 若规定epa 0 则epb 0 填 或 0 故epa epb 若epa 0 则epb0 epa epb 答案 见解析 2 在高大的建筑物上常常有一根根竖直的钢筋 是建筑工人完工后忘记去掉了吗 还是有其他作用 答案 不是 它是一根避雷针 起到尖端放电防止建筑物被雷击的作用 一 电势1 概念 电荷在电场中某点的电势能与它的电荷量的 叫做该点的电势 2 公式和单位 电势的定义公式为 国际单位是 符号是 新知梳理 3 相对性 电势也是相对的 常取离场源电荷无限远处的电势为零 大地的电势为零 电势可以是正值 也可以是负值 没有方向 因此是 比值 伏特 v 标量 4 与电场线关系 沿电场线的方向电势 降低 二 等势面1 定义 电场中 相同的各点构成的面 叫做等势面 2 等势面 是为了形象描述电场而引入的 如图2 2 2所示 图2 2 2 电势 三 尖端放电电荷在导体表面的分布与导体的弯曲程度有关 导体表面突出和尖锐的地方 电荷的分布密集 因此导体尖端附近的电场很强 空气中残留的带电粒子在强电场的作用下发生剧烈的运动 把空气中的气体分子撞散 使分子中的 分离 这种现象叫空气的电离 中性的分子电离后变成带负电的自由电子和失去电子而带正电的离子 这些带电粒子在强电场下加速 撞击空气中的分子使它们进一步电离 产生更多的带电粒子 那些所带电荷与导体尖端电荷符号相反的粒子由于被 而奔向尖端 与尖端上的电荷中和 这相当于导体从尖端 这个现象叫尖端放电 正 负电荷 吸引 失去电荷 合作探究 1 电势的性质 1 电势的相对性 由于电势能具有相对性 因此电势也具有相对性 电势的大小也与参考点的选取有关 参考点也叫零电势点 选择不同的零电势点时 同一点的电势可能有所不同 一般选取无穷远处或大地为零电势点 如何判断电势的高低 2 电势的标矢性 电势是标量 电势是只有大小 没有方向的物理量 在规定了零电势点后 电场中各点的电势可以是正值 也可以是负值 正值表示该点电势高于零电势 负值表示该点电势低于零电势 显然 电势的符号只表示大小 不表示方向 当规定无穷远处为零电势后 正电荷产生的电场中各点的电势为正值 负电荷产生的电场中各点的电势为负值 且越靠近正电荷的地方电势越高 越靠近负电荷的地方电势越低 3 电势的固有性电势 是表示电场能量属性的一个物理量 电场中某点处 的大小是由电场本身决定的 与在该点处是否放入电荷及电荷的电性和电荷量均无关 这和许多用比值定义的物理量相同 如前面学过的电场强度e f q 2 电势高低的判断方法 1 电场线法 沿电场线方向电势越来越低 温馨提示 电场中某点电势的高低与电场强度的大小无关 即电势高处电场强度不一定大 1 将一正电荷从无穷远处移入电场中m点 电势能减少了8 0 10 9j 若将另一等量的负电荷从无穷远处移入电场中的n点 电势能增加了9 0 10 9j 则下列判断正确的是 a m m 0c n n 0 解析 取无穷远处电势为0 则正电荷在m点的电势能为 8 0 10 9j 负电荷在n点的电势能为9 0 10 9j 由 ep q m n点的电势 m m 即 n m 0 故c正确 答案 c 1 等势面的特点 1 在等势面内任意两点间移动电荷 电场力不做功 2 在空间中两等势面不相交 3 电场线总是和等势面垂直 且从电势较高的等势面指向电势较低的等势面 4 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 对等势面的正确理解 5 等势面是为描述电场的性质而假想的面 6 等势面的分布与零电势点的选取无关 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值 2 由等势面可以判断静电力对移动电荷做功的情况 3 已知等势面的形状分布 可以绘制电场线 4 由等差等势面的疏密 可以比较不同点场强的大小 3 等势面与电场线的区别与联系 4 由等差等势面的疏密 可以比较不同点场强的大小 2 如图2 2 3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 图2 2 3 a m点电势一定高于n点电势b m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错误 正电荷q在m点的电势能em q m 在n点的电势能en q n 由于 m n 所以em en c正确 电子在电场中受电场力的方向沿nm指向m 故从m移动到n 电场力做负功 d错误 答案 ac 典例精析 例1 如图2 2 4所示 电场中有a b两点 则下列说法中正确的是 a 电势 a b 场强ea ebb 电势 a b 场强eaepb 电势高低的判断 图2 2 4 思路点拨 本题考查电势高 低场强大小的判断 沿电场线方向电势越来越低 而场强大小要看电场线的疏密 密的地方场强大 疏的地方场强小 电势能要看两点间移动电荷时 电场力的做功情况 解析 b处电场线较密 故场强ea b a错 b对 对正电荷 由于 a b 故epa epb 从a到b 电势能减小 电场力做正功 对负电荷 a b epa epb c对 d错 答案为b c 答案 bc 反思领悟 场强和电势分别是从力和能的角度描述电场的性质 场强的强弱看电场线的疏密 电势的高低是看电场线的方向 电场强度方向是电势降落最快的方向 而研究电势能必须研究电场力做功 如图2 2 5所示 是某电场中的一条直电场线 一电子从a点由静止释放 它将沿直线向b点运动 下列有关该电场的判断正确的是 a 该电场一定是匀强电场b 场强ea一定小于ebc 电子具有的电势能ea一定大于ebd 电势 a一定低于 b 图2 2 5 解析 我们可以根据电场线的疏密程度来判断场强大小 因为题目中只有一条电场线 所以看不出疏密程度 所以场强大小不能比较 b错 而且电场线为直线的电场不一定是匀强电场 所以a错 但电子仅在电场力作用下运动 所以电场力做正功 电势能减少 c对 并且电子在电场力作用下从a向b运动 可判断电场线方向从b向a 沿着电场线方向电势降低 所以d对 答案 cd 例2 如图2 2 6所示 虚线圆是某静电场中的等势面 其电势分别为 a b和 c 一带正电粒子射入电场中 其运动轨迹如实线klmn所示 由图可知 a 粒子从k到l的过程中 电场力做负功 电势能增加b 粒子从m到n的过程中 电场力做负功 电势能增加 等势面的应用 图2 2 6 c 粒子从k到l的过程中 电势能增加 动能减少d 粒子从m到n的过程中 动能减少 电势能增加思路点拨 由带电粒子运动的轨迹判断电荷的受力方向 即可判断出各个过程中电场力做功的正 负 进而确定动能 电势能的变化 解析 由正电荷在电场中运动轨迹可知 该电场是正电荷形成的电场 带正电的粒子射入电场中时 受斥力作用 在靠近场源电荷的过程中 电场力做负功 动能减少 电势能增加 在远离场源电荷的过程中 电场力做正功 动能增加 电势能减少 粒子由k到l的过程中 由低电势到高电势处 电场力做负功 动能减少 电势能增加 故a c正确 粒子由m到n的过程中 由高电势向低电势处移动 电场力做正功 动能增加 电势能减少 故b d项错 答案为a c 答案 ac 反思领悟 对于等势面和带电粒子运动相结合的综合性问题 首先要根据粒子的运动轨迹判断受力情况 以便研究电场力对运动电荷的做功情况 若电荷从电场中某一等势面出发 最后又回到该等势面 电场力做的总功为零 但在运动过程中存在电场力做功问题 如图2 2 7所示 实线为某匀强电场的电场线 虚线为等势线 且间距相等 一正电荷在等势线 3上时 具有动能20j 它运动到 1上时为零 令 2 0 那么该电荷的电势能为4j时 其动能为 a 16jb 24jc 6jd 0 图2 2 7 解析 在此过程中电场力做负功 动能减少 所以电势能增大 从 1 3的过程中动能减少了20j 所以从 1到 2动能会减少10j 即在 2上电荷的动能为10j 而 2 0说明此时电荷电势能为零 所以电荷的总能量为10j 在只有电场力做功的条件下 动能与电势能总量守恒 所以电势能为4j时 动能为6j 答案 c 例3 如图2 2 8所示 p q是两个电荷量相等的正点电荷 它们连线的中点是o a b是中垂线上的两点 用ea eb a b分别表示a b两点的场强和电势 则 a ea一定大于eb a一定大于 bb ea不一定大于eb a一定大于 b 等量电荷连线及中垂线特点的应用 图2 2 8 c ea一定大于eb a不一定大于 bd ea不一定大于eb a不一定大于 b思路点拨 根据正点电荷的电场中电势特点及两等量正电荷中垂线上各点的电势 电场强度的变化情况进行判断 解析 p q在o点的合场强为零 且沿oab线到无穷远处时 p q的合场强也为零 可见沿oab线远离o点时 合场强是先增大再减小 而合场强最大处是在a b两点之间还是在a b两点之外 题意没有给出 故ea不一定大于eb p q都为正电荷 取无穷 远处电势为零 正电荷形成的电场中 各处电势均为正 且离电荷越远处的点电势越低 所以必有a点电势高于b点电势 答案为b 答案 b反思领悟 解决此类问题 首先要明确两点电荷连线及中垂线上电场的分布情况 电场强度大小 方向的变化 画出电场线是解决问题的关键 如图2 2 9所示 o为两个等量异种电荷连线的中点 p为连线中垂线上的一点 比较o p两点的电势和场强大小 a o p eo epb o p eo epc o p eo epd o p eo ep 图2 2 9 解析 根据等量异种电荷电场的分布情况 如图 可知 中垂线是等势线 故 o p 根据电场线的疏密知 eo ep 故a项正确 答案 a 静电场中的功能关系1 只有静电力做功只发生电势能和动能之间的相互转化 电势能和动能之和保持不变 它们之间的大小关系为 w电 e电 ek 2 只有静电力和