高中物理 第1章 电势能和电势课件 新人教版选修31.ppt

4电势能和电势 1 重力做功可用wg 计算 重力做功只跟物体的 有关 而跟物体的运动路径无关 重力做功伴随着重力势能变化 即wg 2 当物体向下运动时 重力做 则ep1 ep2 即重力势能 数量等于 当物体向上运动时 重力做 则ep1 ep2 即重力势能 数量等于物体 精彩回眸 mgh 初 末位置 mgh1 mgh2 ep1 ep2 正功 减少 重力所做的功 负功 增加 克服重力所做的功 3 如图1 4 1所示 实线是一簇未标明方向的由点电荷产生的电场线 虚线是一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹 a b是轨迹上的两点 若带电粒子在运动中只受电场力作用 根据此图可做出正确判断的是 a 粒子所带电荷的正负b 带电粒子在a b两点的受力方向c 带电粒子在a处所受的电场力比b处小d 带电粒子在b处的速度比a处的速度大 答案 b 一 静电力做功的特点在电场中把点电荷q从a点移动到b点 不管走什么路径 静电力所做的功都相同 说明静电力做功与电荷经过的 无关 与电荷的 位置和 位置有关 如图1 4 2所示 新知梳理 路径 起始 终止 二 电势能1 电荷在 中具有的势能叫做电势能 2 与电场力做功的关系 静电力做的功等于电势能的 用公式表示为 3 电势能的确定 1 先确定零电势能位置 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 等于静电力把它从该点移动到 位置时所做的功 电势能是相对的 电场 减少量 wab epa epb 无限远处 零势能 三 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 2 公式和单位 电势的定义公式为 单位是 符号是 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 4 与电场线关系 沿电场线的方向电势 比值 伏特 v 标量 降低 四 等势面1 定义 电场中电势相等的各点构成的面 2 等势面的特点 1 等势面一定跟电场线垂直 即跟场强方向垂直 2 电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面 两个不同的等势面永不相交 3 两个等势面间的电势差是恒定的 但在非匀强电场中 两个等势面间的距离并不恒定 场强大的地方 两等势面间的距离小 场强小的地方 两等势面间的距离大 1 电场力做功的特点电场力对电荷所做的功 与电荷的初末位置有关 与电荷经过的路径无关 1 在匀强电场中 电场力做功为w qed 其中d为电荷沿电场线方向上的位移 2 电场力做功与重力做功相似 只要初末位置确定了 移动电荷q做的功就是确定值 电场力做功与电势能的变化关系 2 电场力做功正负的判断 1 根据电场力和位移的方向夹角判断 此法常用于匀强电场中恒定电场力做功的判断 夹角为锐角做正功 夹角为钝角做负功 2 根据电场力和瞬时速度方向的夹角判断 此法常用于判断曲线运动中变化的电场力的做功问题 夹角是锐角做正功 是钝角做负功 二者垂直不做功 3 电场力做功与电势能变化的关系电场力做功与重力做功类似 与路径无关 取决于初末位置 类比重力势能引入了电势能的概念 电场力做功与电势能变化的关系是电场力做功度量了电势能的变化 1 电场力做功一定伴随着电势能的变化 电势能的变化只有通过电场力做功才能实现 与其他力是否做功 及做功多少无关 2 电场力做正功 电势能一定减小 电场力做负功 电势能一定增大 电场力做功的值等于电势能的变化量 即 wab epa epb 特别提醒 1 电场力做功只能决定电势能的变化量 而不能决定电荷电势能的数值 2 电荷在电场中的起始和终止位置确定后 电场力所做的功就确定了 所以电荷的电势能的变化也就确定了 3 电荷在电场中移动时 电势能的变化只与电场力所做的功有关 与零电势能参考点的选取无关 1 双选 下列说法中正确的是 规定无穷远处的电势能为0 a 无论是正电荷还是负电荷 从电场中某点移到无穷远处时 电场力做的正功越多 电荷在该点的电势能就越大b 无论是正电荷还是负电荷 从电场中某点移到无穷远处时 电场力做的正功越少 电荷在该点的电势能越大 c 无论是正电荷还是负电荷 从无穷远处移到电场中某点时 克服电场力做功越多 电荷在该点的电势能就越大d 无论是正电荷还是负电荷 从无穷远处移到电场中某点时 电场力做功越多 电荷在该点的电势能越大 答案 ac 电场强度 电势和电势能的区别与联系 2 在静电场中 将一正电荷从a点移到b点 电场力做了负功 则 a b点的电场强度一定比a点大b 电场线方向一定从b指向ac b点的电势一定比a点高d 该电荷的动能一定减小 答案 c 解释 电场力做负功 该电荷电势能增加 正电荷在电势高处电势能较大 c正确 电场力做负功同时电荷可能还受其他力作用 总功不一定为负 由动能定理可知 动能不一定减小 d错 电势高低与场强大小无必然联系 a错 b点电势高于a点 但a b可能不在同一条电场线上 b错 等量同种 异种点电荷的连线上及连线的中垂线上各点电势的高低情况如何 特别提醒 在等量异种电荷形成的电场中 取无穷远处电势为零时 中垂线上各点的电势也为零 因此从中垂线上某点到无穷远处移动电荷不做功 3 如图1 4 3所示 p q是等量的正点电荷 o是它们连线的中点 a b是中垂线上的两点 oa ob 用ea eb和 a b分别表示a b两点的电场强度和电势 则 a ea一定大于eb a一定高于 bb ea不一定大于eb a一定高于 bc ea一定大于eb a不一定高于 bd ea不一定大于eb a不一定高于 b 答案 b 解释 p q所在空间中各点的电场强度和电势由这两个点电荷共同决定 电场强度是矢量 p q两点电荷在o点的合场强为零 在无限远处的合场强也为零 从o点沿pq垂直平分线向远处移动 场强先增大 后减小 所以ea不一定大于eb 电势是标量 由等量同号电荷的电场线分布图可知 从o点向远处 电势是一直降低的 故 a一定高于 b 例1 如图1 4 4所示 在静电场中 一个负电荷q受到一个非静电力作用 由a点移动到b点 则下列说法不正确的是 电场力做功与电势能变化的关系 a 非静电力和电场力做功之和等于电荷电势能增量和动能增量之和b 非静电力做功等于电势能增量和动能增量之和c 电荷克服电场力做功等于电势能的增量d 非静电力做功和电场力做功之和等于电荷动能的增量 解析 根据动能定理 合外力对电荷所做的功等于电荷动能的增量 对电荷和电场组成的系统而言 非静电力是外力 非静电力对电荷做了多少正功 系统能量 电势能和电荷动能 就增加多少 据电场力做功与电势能变化的关系 wf e 及电场力对电荷做负功 得电荷克服电场力做功等于电荷电势能的增量 所以b c d对 答案 a反思领悟 功是能量转化的量度 但要理解并区别电场力的功与电势能变化的关系 合外力的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 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正功 电势能减小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 则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 答案 ad 解释 由点电荷产生的电场的特点可知 m点的电势高 n点的电势低 所以正电荷从m点到n点 静电力做正功 电势能减小 故a对 b错 负电荷由m点到n点 克服静电力做功 电势能增加 故c错 静电力做功与路径无关 负点电荷又回到m点 则整个过程中静电力不做功 电势能不变 故d对 例2 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1 4 6所示 图中实线表示等势线 则 电势高低及电势能增减的判断 a a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 a b两点场强方向不同 a错 c点电势低于d点 正电荷从c点移到d点 即正电荷向高电势处移动 电场力做负功 b错 a点电势低于c点 从a到c 把负电荷向高电势处移动 电场力做正功 c对 从e到f 电势先变低后变高 故沿此方向移动正电荷 电场力先做正功 后做负功 电势能先减小后增大 d对 答案 cd 反思领悟 电势及电势能的大小 正负判断的方法 1 根据电场线判断 顺着电场线的方向 电势逐渐降低 检验正电荷的电势能减少 检验负电荷的电势能增加 逆着电场线的方向 电势逐渐升高 检验正电荷的电势能增加 检验负电荷的电势能减少 2 根据电场力做功判断 电场力对正电荷做正功时电势降低 做负功时电势升高 电场力对负电荷做正功时电势升高 做负功时电势降低 3 根据公式ep q 判断 设 a b 当q 0时 q a q b 即epa epb 当q 0时 q a q b 即epa epb 可总结为 正电荷在电势高的地方电势能大 在电势低的地方电势能小 负电荷在电势高的地方电势能小 在电势低的地方电势能大 双选 如图1 4 7所示 真空中等量异种点电荷放置在m n两点 在mn的连线上有对称点a c mn连线的中垂线上有对称点b d 则下列说法正确的是 a a点场强与c点场强一定相同b a点电势一定低于c点电势c 负电荷在c点电势能一定大于在a点电势能d 正电荷从d点移到b点电场力不做功 例3 将带电荷量为6 10 6c的负电荷从电场中的a点移到b点 克服电场力做了3 10 5j的功 再从b移到c 电场力做了1 2 10 5j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 b点和c点的电势分别为多少 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 a点和c点的电势分别为多少 电势 电势能的计算 答案 见解析 如果把q 1 0 10 8c的电荷从无穷远处移到电场中的a点 需要克服电场力做功w 1 2 10 4j 那么 1 q在a点的电势能和a点的电势各是多少 2 q在移入电场前a点的电势是多少 答案 1 1 2 10 4j1 2 104v 2 1 2 104v 电场中 三线 问题的综合分析本文中所说的 线 有三类 电场线 等势线和带电粒子在电场中的运动轨迹 题目往往将电场线 等势线和粒子运动的轨迹相结合 考查学生综合应用电场知识 力学知识分析问题的能力 电场线 电场线的切线方向表示该点处电场强度的方向 电场线的疏密程度表示电场强度的大小 创新拓展 等势线 等势线是把电场中电势相等的各点连成的线 等势线总是和电场线垂直 电场线总是由电势较高的等势面指向电势较低的等势面 电场线越密集处 等势面也越密集 该处场强越大 轨迹 轨迹是粒子在电场中通过的路径 轨迹若是曲线 则粒子所受的合力方向总是指向曲线的内侧 例4 如图1 4 8所示 一带负电粒子以某速度进入水平向右的匀强电场中 在电场力作用下形成图中所示的运动轨迹 m和n是轨迹上的两点 其中m点在轨迹的最右点 不计重力 下列表述正确的是 a 粒子在m点的速率最大b 粒子所受电场力沿电场方向c 粒子在电场中的加速度不变d 粒子在电场中的电势能始终在增加解析 粒子接近m点过程中电场力做负功 离开m点的过程中电场力做正功 所以在m点粒子的速率应该最小 a b错误 粒子在匀强电场中运动 所受电场力不变 加速度不变 c正