高中物理第一章静电场第5讲电势能和电势学案新人教选修.docx

电势能和电势目标定位1.知道静电力做功的特点，掌握静电力做功与电势能变化的关系.2.理解电势能、电势的概念，知道参考点的选取原则.3.知道什么是等势面，并能理解等势面的特点一、静电力做功、电势能及其关系1静电力做功的特点如图1所示，在匀强电场中不论q经由什么路径从A点移动到B点，静电力做的功都相等说明静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，与电荷经过的路径无关(填“有关”或“无关”)可以证明，对于非匀强电场也是适用的图12电势能(1)概念：电荷在电场中具有的势能用Ep表示(2)静电力做功与电势能变化的关系：静电力做的功等于电势能的减少量表达式：WABEpAEpB.(3)电势能的大小：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深度思考(1)在电场中确定的两点移动等量的正、负电荷时，静电力做功和电势能的变化有何差异？(2)电势能是标量还是矢量？它有正负之分吗？若有，其正负号表示什么？答案(1)静电力做功的绝对值相等，正负不同，电势能的变化量相等，增减情况相反(2)电势能是标量，有正负、无方向电势能为正值表示电势能大于零势能点的电势能，电势能为负值表示电势能小于零势能点的电势能例1将带电荷量为6106C的负电荷从电场中的A点移到B点，克服电场力做了3105J的功，再从B移到C，电场力做了1.2105J的功，则：(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)如果规定A点的电势能为零，则该电荷在B点和C点的电势能分别为多少？(3)如果规定B点的电势能为零，则该电荷在A点和C点的电势能分别为多少？解析(1)WACWABWBC(31051.2105) J1.8105J.可见电势能增加了1.8105J.(2)如果规定A点的电势能为零，由公式得该电荷在B点的电势能为EpBEpAWAB0WAB3105J.同理，C点的电势能为EpCEpAWAC0WAC1.8105J.(3)如果规定B点的电势能为零，则该电荷在A点的电势能为：EpAEpBWAB0WAB3105J.C点的电势能为EpCEpBWBC0WBC1.2105J.答案见解析(1)电势能的系统性：电势能由电场和电荷共同决定，但我们习惯说成电场中的电荷所具有的势能.(2)电势能的相对性：电势能是一个相对量，其数值与零势能点的选取有关.例2在电场强度大小为E的匀强电场中，一质量为m、带电荷量为q的物体从A点开始以某一初速度沿电场反方向做匀减速直线运动，其加速度的大小为，物体运动距离l到B时速度变为零下列说法正确的是()A物体克服电场力做功qElB物体的电势能减少了qElC物体的电势能增加了qElD若选A点的电势能为零，则物体在B点的电势能为qEl解析物体所受电场力方向与运动方向相反，所以电场力做负功即克服电场力做功WqEl，选项A正确；由于电场力做功等于电势能的减少量，电场力做负功，所以电势能增加了qEl，选项B错误，选项C正确；由WABEpAEpB可知，当选A点的电势能为零时，EpBWABqEl，选项D正确答案ACD(1)在匀强电场中，电场力做的功为WqEd，其中d为沿电场线方向的位移.(2)功是能量转化的量度，但要理解并区别电场力做功与电势能变化的关系、合外力做功与动能变化的关系(动能定理)，即搞清功与能的变化的对应关系.二、电势1概念：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值2定义式和单位：，单位是伏特，符号是V.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，或大地的电势为零，电势可以是正值，也可以是负值，没有方向，因此是标量4与电场线的关系：沿电场线的方向电势降低深度思考电荷在电势越高的位置电势能越大吗？答案不一定，正电荷在电势越高处电势能越大，负电荷在电势越高处电势能越小例3如果把q1.0108C的电荷从无限远移到电场中的A点，需要克服静电力做功W1.2104J，那么：(1)q在A点的电势能和A点的电势各是什么？(2)q未移入电场前，A点的电势是多少？解析(1)静电力做负功，电势能增加，无限远处的电势为零，电荷在无限远处的电势能也为零，即0，Ep0.由WAEpEpA得EpAEpWA0(1.2104J)1.2104J再由A得A1.2104V(2)A点的电势是由电场本身决定的，跟A点是否有电荷存在无关，所以q未移入电场前，A点的电势仍为1.2104V.答案(1)1.2104J1.2104V(2)1.2104V(1)电势和电势能具有相对性，与零势面的选择有关.(2)是电势的定义式.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试探电荷、电荷的电性、电荷量均无关.(3)由求电势时，可将各物理量的“”、“”直接代入计算，这样更方便.例4有一电场的电场线如图2所示，电场中A、B两点电场强度的大小和电势分别用EA、EB和A、B表示，则()图2AEAEB，ABBEAEB，ABCEABDEAEB，AB解析由电场线的疏密可知EAEB，根据沿电场线电势降低可知AEPBOP，EOEPC负电荷在P点的电势能大DO、P两点所在直线为等势面答案AD解析等量异种电荷的中垂线是一条等势面，故OP，负电荷在O、P两点电势能相等，B、C错，D正确；由电场叠加可知从中点O到无穷远，电场强度越来越小，故EOEP，A正确7(多选)如图4甲所示的直线为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运动过程中的速度时间图象如图乙所示，比较A、B两点电势的高低和场强E的大小可得()图4AABBABCEAEBDEAEB答案BC解析负电荷的速度在增加，说明电场力方向由A指向B，场强方向由B指向A，所以BA，B对又知加速度在减小，所以EAEB，C对8(多选)如图5所示，实线是一个电场中的电场线，虚线是一个负的试探电荷在这个电场中仅在电场力作用下运动的轨迹若电荷是从a处运动到b处，以下判断正确的是()图5A电荷从a到b加速度减小B电荷从a到b动能减小C电荷从a到b电势能减小D电荷从a到b电势能增大答案ABD解析由电场线的疏密程度可知，EaEb，再由a知，A项正确；电场力的方向指向曲线的内侧，即沿电场线指向左，粒子从a运动到b处，电场力做负功，动能减小，电势能增大，所以B、D项正确，C项错误.9一个带电粒子在匀强电场中运动的轨迹如图6中曲线AB所示，平行的虚线a、b、c、d表示该电场中的四个等势面不计粒子重力，下列说法中正确的是()图6A该粒子一定带正电B四个等势面中a等势面的电势一定最低C该粒子由A到B过程中动能一定逐渐减小D该粒子由A到B过程中电势能一定逐渐减小答案D解析根据电场线垂直于等势面，可画出电场线再由粒子的运动轨迹可知，粒子受向上的电场力，由于粒子带电正负不确定，所以无法判断电场线的方向，无法判断电势高低，A、B错；由A到B的运动过程中，电场力做正功，所以粒子的动能增大，电势能减小C错，D正确题组三电势能和电势的计算10将一正电荷从无穷远处移至电场中M点，电场力做功为6.0109J，若将一个等量的负电荷从电场中N点移向无穷远处，电场力做功为7.0109J，则M、N两点的电势M、N有()AMN0BNM0CNM0DMN0答案C解析取无穷远处电势0.对正电荷：WM0EpMqM，M；对负电荷：WNEpN0qN，N；所以NM0，选项C正确11如图7所示，把电荷量为5109C的电荷，从电场中的A点移到B点，其电势能如何变化？若A点的电势A15V，B点的电势B10V，则此过程中电场力做的功为多少？图7答案增大2.5108J解析电荷由A点移到B点，电场力做负功，故电势能增大由电场力做功与电势能变化的关系知，电场力做的功为WABEpAEpBqAqBq(AB)(5109)(1510) J2.5108J.12将一个电荷量为2108C的点电荷，从零电势点S移到M点要克服静电力做功4108J.(1)q在M点的电势能和M点的电势各是多少？(2)q移入电场前，M点的电势是多少