高考物理总复习 第八章 第2课 电场的能的特性课件.ppt

第一单元电场力和能的性质第2课电场的能的特性 第八章电场 知能要求与高考展望 1 理解电势能 电势 电势差的概念 理解电场力做功的特点及等势面的特性 2 掌握场强与电势差的关系 3 直接考查一般为选择题 综合题考查一般要与力学或其他知识结合 课前自修 1 电势能ep 1 定义 电荷在电场中所具有与电荷 有关的能量叫电荷的电势能 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 2 单位 符号为 3 电势能是 位置 静电力做的功 焦耳 j 标量 2 电势 1 定义 电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的 叫做这一点的电势 2 定义式 3 单位 符号为 4 电势是 但有正 负 电势的正 负表示该点电势比零电势点高还是低 比值 伏特 v 标量 3 电势差uab 1 定义 电场中两点间 叫做电势差 也叫电压 2 设电场中a点的电势为 a b点的电势为 b 则它们之间的电势差可以表示为 uab 3 单位 1v 1j c 4 电势差是 标量 电势的差值 a b 伏特 v 4 电场强度与电势差的关系匀强电场中 u 或者e 其中d是沿场强方向的距离 由此可知电场强度的单位又为 5 电场中的功能关系 1 电场力做多少正功 电势能就 多少 电场力做多少负功 电势能就 多少 2 只有电场力做功时 之和保持不变 3 只有电场力和重力做功时 三者之和保持不变 ed v m 减少 增加 电势能和动能 电势能 重力势能 动能 重难突破 1 电场力做功与电势能的关系电场力对电荷做功会引起电势能发生变化 在电场中移动电荷时 如果电场力对电荷做正功 电势能就减少 如果电场力对电荷做负功 电势能就增加 电势能的变化总等于电场力对电荷所做的功 2 由电场力做功来确定电势能 1 电势能的高低是相对的 在讨论电势能时 首先必须选定某一位置的电势能为零 零点的选取是任意的 但一般取离场源电荷无穷远处 即大地 为零电势能位置 如下图所示 让点电荷 q从a移至o点 电势能为零 电场力做的功为wao 则a点的电势能epa wao 2 拓展 如下图所示 让点电荷 q从a移至b点 电场力做的功为wab 则电势能的减小量epa epb wab 3 电势的理解 1 反映了电场的能的性质 电场中某点的电势在数值上等于单位正电荷由该点移至零势能点时电场力做的功 2 当电场中某点的位置和零电势点确定后 这一点的电势就确定了 与该点有无检验电荷无关 即电势的大小是由电场本身和零电势位置决定的 3 在孤立的正点电荷形成的电场中 各点电势均为正值 即 0 在孤立的负点电荷形成的电场中 各点电势均为负值 即 0 4 沿电场线的方向电势越来越低 场强的方向是电势降落最快的方向 4 电势差与电场力做功的关系电势差既可以等于电势的差值 也可以通过电荷在电场中由一点a移到另一点b时 电场力所做的功wab跟移动电荷的电荷量的比值wab q来计算 5 等势面的实质和特点等势面是为了形象 直观地描述电场的场强分布和电势分布而假想的面 实际上并不存在 其特点有 1 在同一等势面上移动点电荷 电场力不做功 电荷的电势能不变 2 等势面与电场线相垂直 3 等势面密的地方场强大 4 任意两个等势面都不会相交 5 电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面 6 点电荷的等势线是一些同心圆 7 等量异种点电荷连线的中垂线为一等势线 其余等势线对称分布为双曲线 8 匀强电场的等势线为平行线 等差等势线间距相等 6 应用电场线进行下列判断 1 电场力的方向 正电荷的受力方向和电场线方向相同 负电荷的受力方向和电场线方向相反 2 电场强度的大小 定性 电场线的疏密可定性判断电场强度的大小 3 电势的高低与电势降低的快慢 沿电场线的方向电势逐步降低 电场强度的方向是电势降低最快的方向 4 等势面的疏密 电场越强的地方 等差等势面越密集 电场越弱的地方 等差等势面越稀疏 5 电场线与等势面垂直 题型探究 题型一 电势高低的判断 例1 如图所示 在等量正电荷连线的中垂线上取a b c三点 令各点电势分别为 a b c 则下列说法中正确的是 a a b cb a b cd a 0 b c 0 审题突破 本题研究两个等量同种电荷连线的中垂线上几个位置的电势的关系 要明白等量正点电荷连线的中垂线上 中点电势最高 解析 等量正点电荷在a点下方合场强沿中垂线向下 在a点上方合场强沿中垂线向上 虽然ea 0 但因 沿场强方向电势降低 可判断c对 其次 若取正点电荷从a移动到b的过程中 电场力做正功 电势能减小 因移动正电荷 故电势也减小 故 a b 同理可知 b c 答案 c 方法点窍 判断电势高低可采用下列两种方法 1 根据电场线的方向来判断 1 沿着电场线的方向 电势逐渐降低 且沿电场线电势降低最快 2 在同一等势面上电势相等 电场线总是由电势较高的等势面指向电势较低的等势面 2 根据电势能的变化来判断 在正点电荷 q从a移动到b的过程中 若电场力做正功 则电势能减小 因移动正电荷 故电势也减小 即 a b 若电场力做负功 则电势能增加 因移动正电荷 故电势也增加 即 a b 题型二 电场力做功与电势差 电势能的关系 例2 一带电荷量为q 3 10 6c的点电荷 从电场中a点移到b点时 克服电场力做功6 10 4j 从b点移动到c点时 电场力做功9 10 4j 则 a ab间电势差为uab 200vb bc间电势差为ubc 300vc 电荷在b点的电势能大于在a点的电势能d 若以b点电势为零 则电荷在c点的电势能为ec 9 10 4j 审题突破 首先 在计算电势差时要注意做功和电荷量的正 负性 其次 确定电势一定要有零势点的选取说明 再次 要利用电势能与电势的关系确定电势能 方法点窍 结合公式的条件 运用公式列式计算 对照计算结果就能正确作出判断 题型三 等势面的理解与应用 例3 a b c d为某一电场中的等势线 一带负电的粒子飞入电场后只在电场力作用下沿m点到n点 见图 的实线运动 不计粒子的重力 由图可知 a m点处的电场强度大于n点处的电场强度b 带电粒子在n点的速度比在m点处的速度大c 带电粒子在m点处的电势能比在n点处的电势能小d 四个等势线的电势关系为 a b c d 审题突破 本题是电场的力和能的性质在电场线及等势线中的综合分析 必须根据等势线与电场线的关系画好电场线 解析 先根据电场线与等势线的关系作出如图所示的电场线 由此可知 m点处的电场线比n点处的电场线密 电场强度大 故a正确 在m点画轨迹的切线为带电粒子的速度方向 由于轨迹要处于电场力与速度所夹的角度内 故电场力必须沿m点上的电场线切线向右 由此可知粒子运动至n电场力做负功 电势能增加 动能减小 速度减小 选项b错c对 而因为移动的是负电粒子 则电势将减小 四个等势面电势关系为 a b c d d错误 答案 ac 方法点窍 分析这类问题的关键是从等势线与电场线的关系画出电场线 将电场线与等势线分布统一起来 从等势线的分布可以分析电势和电场强度的分布 从而可以确定电荷的加速度的变化 速度的变化 电场力所做的功及电势能的变化等 题型四 电场中的功能关系 例4 如图所示 虚线a b c代表电场中的三个等势面 相邻等势面之间的电势差相等 即uab ubc 实线为一带负电的质点仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹 p r q是这条轨迹上的三点 r同时在等势面b上 据此可知 a 三个等势面中 c的电势最低b 带电质点在p点的电势能比在q点的小c 带电质点在p点的动能与电势能之和比在q点的小d 带电质点在r点的加速度方向垂直于等势面b 解析 根据题意画出电场线 粒子在p处的速度方向和受力方向如图所示 可知电场线应垂直等势线由c经b至a 所以a电势最低 选项a错误 粒子由p经r至q的过程中 电场力对其做正功 带电质点的电势能减少 选项b错误 由于质点运动过程中只有电场力做功 所以质点的电势能与动能之和保持不变 选项c错误 根据电场线与电场强度的几何关系可知 选项d正确 答案 d 方法点窍 1 电场力做功的计算方法 1 由公式w flcos 计算 此公式只适用于匀强电场 可变形为w qelcos 2 由w qu来计算 此公式适用于任何形式的静电场 3 由动能定理来计算 w电场力 w其他力 ek 4 由电势能的变化计算 w ep1 ep2 2 带电粒子在电场中做曲线运动时正负功的判断 1 粒子速度方向一定沿轨迹的切线方向 粒子受力方向一定沿电场线指向轨迹凹侧 2 电场力与速度方向间夹角小于90 电场力做正功 夹角大于90 电场力做负功 随堂训练 1 如图所示 p q是两个电荷量相等的异种电荷 在其电场中有a b c三点在一条直线上 平行于p q的连线 b在p q连线的中垂线上 a b c分别表示a b c三点的电势 ea eb ec分别表示a b c三点的场强大小 下列说法中正确的是 a a b cb a c bc ea eb ecd eb ea ec 错解 错选c 认为电势减小 则场强也减小 其实补画三条电场线 就可看出 a c的场强大小相等 b点较小 答案 a 2 如图所示 在o点处放置一点电荷 q a b c d e f为以o点为球心的球面上的点 aecf平面与bedf平面垂直 则下列说法中正确的是 a b d两点的电场强度相同b a f两点的电势相等c 点电荷 q在球面上任意两点之间移动时 电场力一定不做功d 图中oa两点之间的电势差与ob两点之间的电势差不同 错解 错选a 没有注意电场强度是矢量 漏选b 认为电势是有方向的 答案 bc