高中物理 2.3 研究电场的能的性质（一）课件 沪科版选修31.ppt

第3课时研究电场的能的性质 一 图2 2 1 高山耸立 峭壁嶙峋 攀援者若要登上陡峭的山峰 不仅需要熟练的攀援技巧 而且需要过人的体力 如图2 2 1所示 攀援者克服 课前自主学习 一 电场力做功的特点1 匀强电场中 如图2 2 2所示 电荷运动时无论沿路径ab acb还是沿任意曲线由a点移动到b点 电场力对电荷做的功w 知识梳理 图2 2 2 把点电荷从a点移到b点使点电荷沿acb移动 qed 2 在任何电场中 电场力做功与 无关 只与 有关 可见电场力做功与 做功相似 二 电势能1 定义 电荷在 中具有的势能 2 在电场中移动电荷 电场力做 时 电荷的 减少 电场力做 时 电荷的 增加 总之 电场力做功等于电势能变化量的相反数 用公式表示 路径 初末位置 重力 电场 正功 电势能 负功 电势能一定 w ep 3 电势能的确定 1 先确定 位置 2 通常把电荷在离场源电荷 的电势能规定为零 或把电荷在大地表面上的电势能规定为零 电荷在某点的电势能 等于电场力把它从该点移动到 位置时所做的功 电势能是相对的 4 在正点电荷q形成的电场中 a b两点的电荷qa qb具有的电势能分别等于将qa qb由a b两点沿任意路径移到 电场力做的功 如图2 2 3所示 即epa wa0 epb wb0 零电势能 无穷远处 零电势能 ep 0 图2 2 3 点电荷里活电场中的电势能 三 电势差的概念1 定义 电场中两点间 的差值 电势差也叫 2 电场中两点间的电势差与零电势点的选择 3 公式uab a b uba 可见uab 4 电势差是 可以是正值 也可以是负值 5 电势差的单位是 符号是 如果1c的正电荷在电场中由一点移动到另一点 电场力所做的功为 这两点间的电势差就是 即1v 电压 关 uba 标量 伏特 v 1j 1v 1j c 电势 无 b a 四 电场力做功与电势差的关系1 wab quab 知道了电场中两点的 就可以计算在这两点间移动电荷时电场力做的功 而不必考虑电场力的大小和方向以及电荷移动的 2 uab 是确定电势差常用的公式 电势差 路径 1 把两个异种电荷间的距离增大一些 则 a 外力做正功 电势能增加b 外力做负功 电势能减少c 电场力做负功 电势能增加d 电场力做负功 电势能减少答案 ac 基础自测 2 下列关于电荷的电势能的说法正确的是 a 电荷在电场强度大的地方 电势能一定大b 电荷在电场强度为零的地方 电势能一定为零c 只在电场力的作用下 电荷的电势能一定减少d 只在电场力的作用下 电荷的电势能可能增加 也可能减少 解析 电荷的电势能与电场强度无直接关系 a b错误 如果电荷的初速度为零 电荷只在电场力的作用下 电荷将做加速运动 电荷的电势能转化为动能 电势能减少 但如果电荷的初速度不为零 电荷可能在电场力的作用下 先做减速运动 这样电场力对电荷做负功 电荷的动能转化为电势能 电势能增加 所以c错误 d正确 答案 d 3 对uab 1v的正确理解是 a 从a到b移动qc的正电荷 电场力做功1jb 从a到b移动1c的正电荷 电场力做功1jc 从b到a移动1c的正电荷 电场力做功1jd 从a到b移动1c的正电荷 电场力做功 1j答案 b 4 两带电小球 电荷量分别为 q和 q 固定在一长度为l的绝缘杆两端 置于电场强度为e的匀强电场中 杆与场强方向平行 其位置如图2 2 4所示 若此杆绕过o点垂直于杆的轴转过180 则在此过程中电场力做功为 a 0b qelc 2qeld qel答案 c 图2 2 4 5 如图2 2 5所示 在场强为e的匀强电场中有相距为l的a b两点 连线ab与电场线的夹角为 将一电荷量为q的正电荷从a点移到b点 若沿直线ab移动该电荷 电场力做的功w1 若沿路径acb移动该电荷 电场力做的功w2 若沿曲线adb移动该电荷 电场力做的功w3 由此可知电荷在电场中移动时 电场力做功的特点是 图2 2 5 解析 直线ab 路径acb 曲线adb在电场线上的投影bc lcos 因此沿着这三条线由a点运动到b点 电场力做的功都是qelcos 答案 qelcos qelcos qelcos 只与位置有关 与路径无关 课堂互动探究 1 电场力做功公式 wab uabq 适用于一切电场 w eqd 适用于匀强电场 且d为沿着电场线方向的位移 2 重力做功和电场力做功的异同点如何 电场力做功的特点 例1 如图2 2 6所示 在沿水平方向的匀强电场中有一固定点o 用一根长度为l 0 40m的绝缘细线把质量为m 0 20kg 带有正电荷的金属小球悬挂在o点 小球静止在b点时细线与竖直方向的夹角为 37 现将小球拉至位置a使细线水平后由静止释放 求 图2 2 6 1 小球运动通过最低点c时的速度大小 2 小球通过最低点c时细线对小球的拉力大小 g取10m s2 sin37 0 60 cos37 0 80 题后反思 电场做功与重力做功一样与路径无关 只取决于始末位置 将电荷量为3 10 8c的负点电荷从静电场中的a点移动到b点的过程中 电场力做功为1 5 10 7j 在将该点电荷从b点移到c点的过程中 克服电场力做功为9 10 8j 由此可以知道电场中a c两点间的电势差为 v 答案 2v 1 根据电场线的方向判断 正电荷沿着电场线的方向移动时 电势能减小 逆着电场线的方向移动时 电势能增大 负电荷沿着电场线的方向移动时 电势能增大 逆着电场线方向移动时 电势能减小 2 根据与场源电荷的距离判断 距正场源电荷越近时 正试探电荷的电势能越大 负试探电荷的电势能越小 电场力做功与电势能 距负场源电荷越远时 正试探电荷的电势能越大 负试探电荷的电势能越小 3 根据电场力做功判断无论正 负电荷 是否为匀强电场 电场力做正功 电荷的电势能减小 反之 电荷克服电场力做功 电荷的电势能增加 如果电荷在移动过程中电场力做功为零 电荷的电势能一定不变 4 电势能的理解 电荷在电场中某点的电势能等于由零电势能点移到该点时 克服电场力所做的功 电荷的电势能与零电势能点的选取有关 但电荷在某两点之间的电势能差与零电势能点的选取无关 电势能与重力势能的类比 例2 如图2 2 7所示 在点电荷电场中的一条电场线上依次有a b c三点 分别把 q和 q的试探电荷依次放在三点上 关于它们所具有的电势能 下列说法中正确的是 图2 2 7 a 放上 q时 它们的电势能epa epb epcb 放上 q时 它们的电势能epa epb epcc 放上 q时 它们的电势能epa epb epcd 放上 q时 它们的电势能epa epb epc 解析 为了比较电荷在不同位置上电势能的大小 只需根据电荷在这些位置间移动时电场力做的功来判断 放上 q时 电荷从位置a b c 都是电场力做功 电势能应减小 可见epa epb epc 放上 q时 电荷从位置a b c 外力需克服电场力做功 电荷的电势能应增大 即epa epb epc 故正确答案为a d 答案 ad 题后反思 电场力做正功 电势能减少 电场力做负功 电势能增加 只要能判定出电场力对电荷做功的正负 就可以判断出电势能的增加还是减少 一个点电荷从电场中的a点移到b点 其电势能变小 则 a a b两点的场强一定相等b 该点电荷所受电场力一定做正功c 该点电荷一定沿电场线方向运动d 作用于该点电荷的电场力与移动方向总是保持垂直解析 电荷的电势能大小与场强无关 电势能的变化与电场力做功密切相关 a错 电场力做正功 电势能减小 b正确 正电荷沿电场线方向运动做正功 负电荷与之相反 c错 点电荷从电场中的a点移到b点 电场力做正功 d错 故正确答案为b 答案 b 电场力做功与电势差关系 4 wab quab 适用于任何电场 电场力做的功wab与移动电荷q的路径无关 只与初 末位置的电势差有关 例3 在电场中把一个电荷量为6 10 6c的负电荷从a点移到b点 克服电场力做功3 10 5j 再将电荷从b点移到c点 电场力做功1 2 10 5j 求a点与b点 b点与c点 a点与c点间的电势差 解析 这是一个直接应用电势差的定义计算的题目 解题的关键是注意电场力的功 电荷 电势能正 负值之间的关系 如果把这三个量