辽宁省大连市高中物理 第1章 静电场 1.4 电势能和电势课件 新人教版选修31.ppt

导入新课 重物从高处落下 重力势能转化为重物的动能 电荷在电场中运动 什么转化为电荷的动能呢 为了观察方便我们常把相同特点的区域圈起来 第一章静电场 1 4电势能和电势 教学目标 1 知识与能力 通过对静电力对试探电荷做功的分析知道静电力做功的特点 将静电力做功与重力做功相对照 理解静电力做功与电势能变化的关系 知道电势的定义方法 公式 单位 2 过程与方法 结合电场线的概念理解等势面的概念 结合重力势能 掌握电势能概念 3 情感态度与价值观 能将电势 电势能 电场线等电学基本概念联系到一起 解题时灵活运用 教学重难点 教学重点 教学难点 静电力做功的特点电势 电势能等势面 静电力做功与路径无关 一 静电力做功的特点 二 电势能 三 电势 内容解析 四 等势面 一 静电力做功的特点 试探电荷q在电场强度为e的匀强电场中沿几条不同路径从a点移动到b点 我们计算这几种情况下静电力对电荷所做的功 再使q沿任意曲线anb从a移动到b 我们可以用无数组跟静电力垂直和平行的折线来逼近曲线anb 只要q的移动方向与静电力平行 静电力都做功 而这些静电力平行的短折线的长度之和等于 am 因此静电力做功还是 从以上两条路径的探究可以知道 不论q从什么路径从a点移到b点 静电力做的功都是一样的 因此 可以推出 在匀强电场中移动电荷时 静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关 但与电荷经过的路径无关 此结论对于非匀强电场同样成立 注意 二 电势能 在必修物理中我们学过 由于移动电荷时静电力做的功与路径无关 电荷在电场中也具有势能 这中势能叫做电势能 用ep表示 由于移动物体时重力做的功与路径无关 同一物体在地面附近的同一位置才具有确定的势能从而也使物体重力势能的概念具有实际的意义 由重力势能我们可以推导出电势能的概念 重力做功与重力势能的关系 电场力做功与电势能的关系 由以上的分析可以得出结论 静电力做的功等于电势能的减少量 若用wab表示电荷从a点移动到b点的过程中静电力做的功 epa和epb分别表示在a点和b点的电势能 则为 wab epa epb 由上式可以看出 静电力做的功只决定电势能的变化量 而不能决定电荷在电场中某点电势能的数值 电场中某点的电势是怎样决定的 把电场中某点的电势能归为零 才能确定电荷在电场中其他点的电势能 通常把电荷离场源电荷无限远处的电势能归为零 或把大地表面上的电势归为零 例如 若规定电荷在b点的电势能为零 则电荷在a点的电势能为wab 也就是说 电荷在某点的电势能 等于静电力把它从该点移动到零势能位置时做的功 三 电势 电势是表征电场性质的一个物理量 下面我们从电势能和电荷的比值入手 研究电势 有一个电场强度为e的匀强电场 如图 规定电荷在o点的电势能为零 a为电场中的任意一点 电荷q在a点的电势能epa等于电荷q由a点移至o点过程中电场力做的功 由于静电力做功与路径无关 为研究方便我们选择直线作为移动路径 设ao的长度为l 则epa qelcos 可见 电荷q在任意一点a的电势能epa与电荷量q成正比 也就是说 处于a点的电荷无论电荷量大小为多少 它的电势能跟电荷量的比值都是固定的 对于电场中的不同位置 由于l和 不同 这个比值一般是同的 从以上分析可以知道 电荷在电场中的某一点的电势能与它的电荷量的比值 是由电场中这点的性质决定的 跟试探电荷本身无关 该结论不仅适用于匀强电场 非匀强电场同样适用 表达式 假如正的试探电荷沿电场线的方向运动 电势能逐渐减小 电势逐渐降低 因此 电场线指向电势降低的方向 与电势能的情况相似 首先要规定电场中的电势零点 然后才能确定电场中其他点的电势 在物理学的理论研究中 常取离场源电荷无穷远处为电势零点 在实际应用中常取大地的电势为零 归纳 注意 电场中的电势能有别于重力场的重力势能 主要是因为自然界中村在两种电荷 而两种电荷的电性正好相反 倘若为正电荷 电势越高 电势能越高 电势越低 电势能越低 若是负电荷 电势越高 电势能越小 电势越低 电势能反而越高 四 等势面 在地图中常用等势线来表示地势的高低 与此相似 在电场的图示中 常用等势面表示电势的高低 电场中电势相同的各点构成的面叫做等势面 等势面与电场线的功能相似 都是来描述电场性质的 电场线的疏密表示该点的电场强度的大小 两者之间是否有联系呢 在同一个等势面上 任意两点间的电势都相等 所以 在同一等势面上移动电荷时静电力不做功 由此可知 等势面一定跟电场线方向垂直 这是因为 假如不垂直 电场强度就会有一个沿等势面方向的分量 在等势面上移动电荷时静电力就要做功 这个面就不是等势面了 而且 沿着电场线的方向电势逐渐降低 电场线跟等势面垂直 并且由电势高的等势面指向电势低的等势面 归纳 等势面的特点 等势面一定跟电场线垂直 在同一等势面上移动电荷电场力不做功 电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面 任意两个等势面都不会相交 等差等势面越密的地方电场强度越大 负电荷的等势面是什么样的 正电荷的等势面 等量异种电荷的等势面 等量同种电荷的等势面 课堂小结 一 静电力做功的特点 在匀强电场中移动电荷时 静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关 但与电荷经过的路径无关 静电力做的功等于电势能的减少量 二 电势能 wab epa epb 电荷在某点的电势能 等于静电力把它从该点移动到零势能位置时做的功 要确定某点的电势能首先要把电场中某点的电势能归为零 通常把电荷离场源电荷无限远处的电势能归为零 或把大地表面上的电势归为零 三 电势 电荷在电场中某一点的电势与它的电荷量的比值 叫做这一点的电势 通常用公式来计算具体值 四 等势面 电场中电势相同的各点构成的面叫做等势面 等势面的特点 等势面一定跟电场线垂直 在同一等势面上移动电荷电场力不做功 电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面 任意两个等势面都不会相交 等差等势面越密的地方电场强度越大 注意点电荷 等量同种电荷 等量异种电荷等势面的画法 课堂练习 1 如图所示 水平固定的小圆盘a 带电量为q 电势为零 从盘心处o由静止释放一质量为m带电量为 q的小球 由于电场力作用 小球竖直上升的高度可达盘中心竖线上的c点 oc h 又知道过竖线上的b点时 小球速度最大 由此可以知道在q形成的电场中 可以确定的物理量是 a b点的场强b c点的场强c b点的电势d c点的电势 a 2 关于电视和电势能的活法下列说法正确的是 a 电荷在电场中电势越高的地方电势能越大 b 电荷在电场中电势越高的地方 电荷量越大所具有的电势能也越大 c 在正点电荷电场中的任意一点处 正电荷具有的电势能一定大于负电荷具有的电势能 d 在负点电荷电场中的任意一点处 正电荷具有的电势能一定小于负电荷具有的电势能 cd 3 如图所示 带箭头的线表示某电场的电场线 在电场力作用下 一带电粒子 不计重力 经a点飞向b点 径迹如图中虚线所示 试判断 1 粒子带 电 2 粒子在 点加速度较大 3 粒子在 电动能大 4 a b两点相比 点的电势高 负 b a b 4 a b两个带点小球相距2m 其质量分别为ma mb 10g 现把两小球放在光滑的绝缘水平面上 使它们从静止开始爱电场力的作用下相向运动 开始时 球a的加速度为a 经过一段时间后 球b的加速度也变为a 此时vb 3m s 则这时两球相距 m 此时a球的速度为 m s 整个过程中 两个小球的电势能减小了 j 6 0 27 5 有一电场的等势面分布如图 一个质子进入电场向右运动 经过等势面a时质子的动能为500ev 那么它经过等势面e时的动能为多大 解 由图可知 电场线的方向由e指向a 质子逆电场线方向运动时 电场力做负功 6 质量为2m 带电量 2q的小球a起初静止在光滑绝缘水平面上 当另一质量为m带电量2q负电荷的小球以速度v0 离a而去的同时 释放a球 若某时刻两球的电势能有最大值 求 1 此时两球的速度各是多大 2 与开始时相比 电势能最多增加多少 7 已知将电荷量为2 0 10 7的正电荷从电场中的m点移动到n点时 电场力做功5 0 10 5j将此电荷从n点移到无穷远时 电场力做功1 5 10 5j 则m点的电势为多大 n点的电势为多大 解 n点的电势为 m点的电势为 高考链接 1 2007山东 如图所示 某区域电场线左右对称分布 m n为对称线上的两点 下列说法正确的是 a m点电势一定高于n点电势 b m点场强一定大于n点场强 c 电荷在m点的电势能一定大于在n点的电势能 d 将电子从m点移动到n点 电场力做正功 ac 点拨 由题意知 mn对称线上的电场强度方向由m指向n 因沿电场线方向电势越来越低 故m点电势高于n点电势 所以a正确 因n处电场线比m处密 所以en em 故b错误 因正电荷由m移到n处电场力做正功 故正电荷在m点的电势能大于在n点的电势能 所以c正确 因电子从m移动到n点 电子受到的电场力由n指向m 故电场力做负功 所以d错误 2 2005江苏 根据 粒子散射实验 卢瑟福提出了原子核式结构模型 图中虚线表示原子核形成的电场的等势线 实线表示一个 粒子的运动轨迹 在 粒子从a运动到b 再运动到c的过程中 下列说法正确的是 a 动能先增大 后减小 b 电势能先减小 后增大 c 电场力先做负功 后做正功 总功等于零 d 加速度先变大 后变小 c 点拨 粒子从a运动到b 受斥力作用 电场力做负功动能减少 电势能增加 粒子从b运动到c 仍受斥力作用 电场力做正功 动能增加 电势能减少 由于a c在同一等势面上 所以a到从c电场力做的总功是零 故a b错 又根据点电荷电场强度的分布 由a运动到b场强逐渐增强 电荷受到的电场力逐渐增大 加速度就逐渐增大 由b到c场强逐渐减弱 电荷受到的电场力逐渐减小 加速度就逐渐减小 故d错 3 2007全国 a b c d是匀强电场中的四个点 它们正好是一个矩形的四个顶点 电场线与矩形所在平面平行 已知a点的电势为20v b点的电势为24v d点的电势为4v 由此可知c点的电势为 a 4vb 8vc 12vd 24v b 点拨 由a b c三点的电势可知 电场线的方向大致从b指向d的方向 因为abcd为矩形 uab 4v 所以 ucd 4v 则c点的电势比d点高4v 即c点的电势为8v b正确 教材习题答案 1 答 2 答 2 因为 所以 故d点电势 比c点电势高 3 可见 故f点电势比e点高 小结 1 在电场中 同一正试探电荷的电势能越大的点 电势越高 同