高中物理 第一章 静电场 第5讲 电势能、电势与电势差课件 教科版选修31.ppt

第一章静电场 第5讲电势能 电势与电势差 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 会用uab a b及uab 进行有关计算 目标定位 二 电势与电势差 三 电场力做功与电势差的关系 对点检测自查自纠 栏目索引 一 静电力做功 电势能及其关系 四 等势面 1 静电力做功的特点 答案 一 静电力做功 电势能及其关系 知识梳理 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 说明静电力做的功与电荷的位置和位置有关 与电荷经过的路径 填 有关 或 无关 可以证明 对于非匀强电场也是的 图1 相等 起始 终止 无关 适用 答案 2 电势能 1 概念 电荷在中具有的势能 用ep表示 2 静电力做功与电势能变化的关系 电场力做的功等于电势能的 表达式 wab 静电力做正功 电势能 静电力做负功 电势能 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时电场力做的功 静电场 减少量 epa epb 减少 增加 零势 能位置 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 答案 深度思考 答案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 电势能是标量还是矢量 它有正负之分吗 若有 其正负号表示什么 答案电势能是标量 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 典例精析 解析答案 解析wac wab wbc 3 10 5 1 2 10 5 j 1 8 10 5j 可见电势能增加了1 8 10 5j 答案见解析 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 解析答案 解析如果规定a点的电势能为零 由公式得该电荷在b点的电势能为epb epa wab 0 wab 3 10 5j 同理 c点的电势能为epc epa wac 0 wac 1 8 10 5j 答案见解析 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 解析答案 总结提升 解析如果规定b点的电势能为零 则该电荷在a点的电势能为 epa epb wab 0 wab 3 10 5j c点的电势能为epc epb wbc 0 wbc 1 2 10 5j 答案见解析 总结提升 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 解析答案 返回 总结提升 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w qel 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wab epa epb可知 当选a点的电势能为零时 epb wab qel 选项d正确 答案acd 总结提升 总结提升 1 在匀强电场中 电场力做的功为w qed 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 返回 1 电势 1 概念 电荷在电场中某一点的与它的的比值 2 定义式和单位 单位是 符号是 3 相对性 电势也是相对的 常取离场源电荷的电势为零 或的电势为零 电势可以是正值 也可以是值 没有方向 因此是标量 答案 知识梳理 二 电势与电势差 电势能 电荷量 伏特 v 无限远处 大地 负 2 电势差 1 定义 电场中两点间的电势之差 也叫 2 电场中两点间的电势差与零电势点的选择 填 有关 或 无关 3 公式 电场中a点的电势为 a b点的电势为 b 则uab uba 可见uab 答案 电压 无关 a b b a uba 4 若选取某点电势为零 比如 b 0 则a点的电势 a等于a点与b点的电势uab 即 a uab 5 电势差是 uab为正值 说明a点的电势比b点的电势 uab为负值 说明a点的电势比b点的电势 6 电势差的单位和电势的单位相同 均为 符号是 答案 高 标量 低 伏特 v 选取不同的零电势点 电场中某点的电势会改变吗 两点之间的电势差会改变吗 答案 深度思考 答案该点的电势会改变 两点之间的电势差不变 例3如果分别将q1 1 0 10 8c和q2 2 0 10 8c的两电荷从无限远移到电场中的a点和b点 静电力做功分别为w1 1 2 10 4j和w2 1 6 10 4j 那么 1 q1在a点的电势能和q2在b点的电势能分别是多少 典例精析 解析答案 解析电场力做正功 电势能减少 电场力做负功 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 ep 0 由w a ep epa 得 epa ep w a 0 1 2 10 4j 1 2 10 4j 同理 得epb ep w b 0 1 6 10 4j 1 6 10 4j 答案1 2 10 4j 1 6 10 4j 2 a点和b点的电势分别是多少 a b间的电势差uab为多少 解析答案 答案1 2 104v0 8 104v0 4 104v 3 在q1 q2未移入电场前 a点和b点的电势分别是多少 解析答案 总结提升 解析a点和b点的电势是由电场本身决定的 跟a点和b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 2 104v b点的电势仍为0 8 104v 答案1 2 104v0 8 104v 返回 总结提升 1 电势和电势能具有相对性 与零电势点的选取有关 电势差与零电势点的选取无关 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 返回 1 关系 wab uab 2 适用范围 电场 答案 三 电场力做功与电势差的关系 知识梳理 quab 任意 例4在电场中把一个电荷量为 6 10 8c的点电荷从a点移到b点 电场力做功为 3 10 5j 将此电荷从b点移到c点 电场力做功4 5 10 5j 求a点与c点间的电势差 典例精析 解析答案 返回 总结提升 解析求解电势差可有两种方法 一种是电场力所做的功与电荷量的比值 另一种是两点电势的差值 法一把电荷从a移到c电场力做功wac wab wbc 3 10 5 4 5 10 5 j 1 5 10 5j 则a c间的电势差 解析答案 总结提升 则uac uab ubc 500 750 v 250v 答案 250v 总结提升 1 电场力做功与路径无关 只与始 末两点的位置有关 故wac wab wbc 2 在利用公式uab 进行有关计算时 有两种处理方案 方案一 各物理量均带正 负号运算 但代表的意义不同 wab的正 负号表示正 负功 q的正 负号表示电性 uab的正 负号反映 a b的高低 计算时w与u的角标要对应 即wab quab wba quba 方案二 绝对值代入法 wab q uab均代入绝对值 然后再结合题意判断电势的高低 返回 四 等势面 1 定义 电场中的各点构成的面 2 等势面的特点 1 等势面一定跟电场线 即跟电场强度的方向垂直 2 在同一等势面内任意两点间移动电荷时 电场力功 3 电场线总是由的等势面指向的等势面 两个不同的等势面 答案 知识梳理 电势相等 垂直 不做 电势高 电势低 永不相交 3 几种常见电场等势面 如图2所示 图2 分析上面几种常见电场等势面的特点 我们是否可以根据等势面的分布情况比较各点场强的大小 答案 深度思考 答案可以 在电场线密集 稀疏 的地方 等差等势面也密集 稀疏 因此由等差等势面的疏密 可以定性地比较各点场强的大小 例5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3所示 图中实线表示等势线 则 典例精析 解析答案 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 正电荷在e点的电势能大于在f点的电势能 图3 总结提升 返回 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 负电荷向高电势处移动 电场力做正功 c对 因e和f等势 故电荷在两点电势能相等 d错 答案c 总结提升 返回 总结提升 等势面的应用 1 利用等势面和电场线垂直以及沿电场线电势降低的特点可判断电场线的方向 2 利用等势面的密集程度可以比较场强大小 密大疏小 3 在等势面上移动电荷时 或者带电粒子从一个等势面运动又返回到这个等势面上时 电场力均不做功 返回 1 电场力做功与电势能变化的关系 如图4所示 a b c为电场中同一电场线上的三点 设电荷在电场中只受电场力作用 则下列说法中正确的是 a 若在c点无初速度地释放正电荷 则正电荷向b运动 电势能减少b 若在c点无初速度地释放正电荷 则正电荷向a运动 电势能增加c 若在c点无初速度地释放负电荷 则负电荷向a运动 电势能增加d 若在c点无初速度地释放负电荷 则负电荷向b运动 电势能减少 解析答案 对点检测 1 2 3 4 图4 解析若在c点无初速度地释放正电荷 正电荷所受电场力向右 则正电荷向b运动 电场力做正功 电势能减少 若在c点无初速度地释放负电荷 负电荷所受电场力向左 则负电荷向a运动 电场力做正功 电势能减少 答案a 1 2 3 4 解析答案 1 2 3 4 2 等势面的理解 关于静电场的等势面 下列说法正确的是 a 两个电势不同的等势面可能相交b 电场线与等势面处处相互垂直c 同一等势面上各点电场强度一定相等d 将一负的试探电荷从电势较高的等势面移至电势较低的等势面 电场力做正功解析若两个不同的等势面相交 则在交点处存在两个不同电势数值 与事实不符 a错 电场线一定与等势面垂直 b对 同一等势面上的电势相同 但电场强度不一定相同 c错 将一负电荷从电势较高的等势面移至电势较低的等势面 电场力做负功 故d错 b 3 等势面的应用 多选 如图5所示 实线表示一簇关于x轴对称的等势面 在轴上有a b两点 则 解析答案 1 2 3 4 图5 a a点场强小于b点场强b a点场强方向指向x轴负方向c a点场强大于b点场强d a点电势高于b点电势 ad 解析由于电场线与等势面总是垂直 所以b点电场线比a点密 b点场强大于a点场强 故a正确 c错误 电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面 故b错误 由题图中数据可知d正确 4 电场力做功与电势差的关系 有一电荷量为q 3 10 6c的点电荷 从电场中的a点移到b点时 克服电场力做功6 10 4j 从b点移到c点电场力做功9 10 4j ab bc ca间