高中物理 第一章 静电场 第5讲 电势能和电势课件 新人教版选修31.ppt

第一章静电场 第5讲电势能和电势 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 目标定位 二 电势 三 等势面 栏目索引 一 静电力做功 电势能及其关系 对点检测自查自纠 一 静电力做功 电势能及其关系 知识梳理 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 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 静电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 时静电力做的功 电场 减少量 epa epb 减少 增加 零势 能位置 答案 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 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 答案 典例精析 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 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 解析答案 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 解析答案 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 解析答案 总结提升 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 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 返回 解析答案 总结提升 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 返回 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 知识梳理 二 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 电势可以是值 也可以是值 没有方向 因此是 4 与电场线的关系 沿电场线的方向电势 电势能 电荷量 伏特 v 无限远处 大地 正 负 标量 降低 答案 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 答案 典例精析 例3如果把q 1 0 10 8c的电荷从无限远移到电场中的a点 需要克服静电力做功w 1 2 10 4j 那么 1 q在a点的电势能和a点的电势各是什么 解析静电力做负功 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 ep 0 由w a ep epa得epa ep w a 0 1 2 10 4j 1 2 10 4j 答案1 2 10 4j1 2 104v 解析答案 2 q未移入电场前 a点的电势是多少 解析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 2 104v 答案1 2 104v 解析答案 总结提升 总结提升 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2 a ea eb a bb ea eb a bd ea eb a b 解析由电场线的疏密可知ea eb 根据沿电场线电势降低可知 a b 故d正确 d 返回 解析答案 总结提升 总结提升 1 场强大小与电势高低之间无必然联系 2 沿着电场线的方向电势降低 返回 三 等势面 知识梳理 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 电场线总是由的等势面指向的等势面 两个不同的等势面 电势相同 垂直 电势高 电势低 永不相交 答案 3 熟悉下面几种常见电场等势面的特点 深度思考 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 答案 典例精析 返回 例5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 解析答案 总结提升 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 答案b 总结提升 总结提升 返回 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 对点检测自查自纠 1 2 3 4 1 电场力做功与电势能变化的关系 如图3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 图3 解析答案 1 2 3 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 2 电势的高低判断 关于静电场 下列说法正确的是 a 负电荷沿电场线方向移动时 电势能增加 电势降低b 负电荷沿电场线方向移动时 电势能减小 电势降低c 电场强度大的位置电势一定高 电场强度小的位置电势一定低d 电场强度为零的点 电势一定为零 解析负电荷沿电场线方向移动时 电场力做负功 电势能增加 由 可知电势降低 故a正确 b错误 电场强度与电势没有直接的关系 则电场强度大的位置电势不一定高 电场强度小的位置电势不一定低 电场强度为零的点 电势可能为零 也可能不为零 故c d错误 a 解析答案 1 2 3 4 3 电势能和电势的高低判断 在电场中 把电荷量为4 10 9c的负点电荷从a点移到b点 克服静电力做功6 10 8j 已知a点电势为零 则以下说法中正确的是 a 负点电荷在b点具有的电势能是6 10 8jb b点电势是15vc 负点电荷的电势能增加了6 10 8jd 负点电荷的电势能减少了6 10 8j 解析答案 1 2 3 4 解析由于负点电荷从a移到b的过程中克服静电力做功6 10 8j 故负点电荷电势能增加了6 10 8j 由于负点电荷在a点电势能为零 所以负点电荷在b点电势能为6 10 8j b 15v 故选项a c正确 b d错误 答案ac 1 2 3