湖北省丹江口市高中物理 第一章 静电场 4 电势能和电势课件1 新人教版选修31.ppt

电势能和电势 力学中我们研究问题时 是分别从动力学和能量两个角度来进行的 现在电学中我们要深刻认识电场的性质 也要采用类似的方法 前面三节内容我们已经从电荷在电场中受力的作用 说明电场具有力的性质 建立了电场强度的概念 那么从能量的角度来看 电场又有什么性质呢 一个试探电荷在电场中某点由静止释放 将如何运动 在电场力作用下电荷做加速运动 一段时间后获得一定的速度 试探电荷的动能增加 什么能转换为动能的呢 我们首先来研究电场力做功的问题 一 静电力做功的特点 f q 把正电荷沿不同路径从a点移到b电场力做功 在电场中移动电荷时 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 与重力做功特点相类比 静电力做功的特点 对于非匀强电场也适用 由于移动电荷时静电力做的功与移动的路径无关 电荷在电场中具有跟位置相关的能 这种能叫做电势能 用ep表示 电场力做正功 电势能减少 二 电势能 电场力做负功 电势能增加 与重力做功跟重力势能变化关系相类比 重力做的功等于重力势能的减少量 静电力做的功等于电势能的减少量 重力势能的减少量 电势能的减少量 小结 电场力做多少功 电荷电势能就变化多少 设epb 0 电荷在某点的电势能 等于把它从该点移到零势能位置时静电力所做的功 零势能参考点 设epb 0 电荷在某点的电势能 等于把它从该点移到零势能位置时静电力所做的功 设epb 0 1 电荷在某点的电势能 等于把它从该点移到零势能位置时静电力所做的功 负号表示电势能的高低 2 电势能是相对的 与零电势能面有关 通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为零 或把电荷在大地表面上电势能规定为零 3 电势能是电荷和电场所共有的 具有系统性 4 电势能是标量 电势能为负表示电荷在该处的电势能比零还要小 正电荷从a点移到b点时 静电力做正功 电荷的电势能减少 正电荷从b点移到a点时 静电力做负功 即电荷克服静电力做功 电荷的电势能增加 重力势能和电势能类比 重力场中 重力 地球和物体之间存在的吸引力 电场中 电场力 电荷之间的作用力 有重力就有重力势能ep mgh 有电场力就有相应的能 叫电势能ep ep由物体和地面间的相对位置决定 ep由电荷间的相对位置决定 w重 ep1 ep2 w电 epa epb 尽管重力做功与电场力做功很相似 但还是存在很大差异 存在两种电荷 正电荷顺电场线移动 电场力做正功 电势能减少负电荷顺电场线移动 电场力做负功 电势能增加正电荷逆电场线移动 电场力做负功 电势能增加负电荷逆电场线移动 电场力做正功 电势能减少 思考与讨论 如果电荷沿不同路径移动时静电力做的功不一样 还能建立电势能的概念吗 下列说法中正确的是 a 当两正点电荷相互靠近时 它们的电势能增大b 当两负点电荷相互靠近时 它们的电势能增大c 一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时 它们的电势能减小d 一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时 它们的电势能增大 例与练 电场力做正功 电势能减少 电场力做负功 电势能增加 与重力做功类比 abc 右图中mn为某电场中一条电场线 方向向右 在mn上取两点a b 今将一正点电荷q从a移到b则 a 电场力做正功 q的电势能增加 b 电场力做负功 q的电势能增加 c 电场力做正功 q的电势能减少 d 电场力做负功 q的电势能减少 若q为负点电荷呢 例与练 v f q f做正功 c 如图所示 电子沿一条电场线mn从a点运动到b点 电势能增加 则 a 电场力做正功 电场方向从m指向n b 电场力做正功 电场方向从m指向n c 电场力做负功 电场方向从m指向n d 电场力做负功 电场方向从n指向m 电场力做负功 c 将带电量为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 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 增加了1 8 10 5j epc 1 8 10 5j epc 1 2 10 5j epb 3 10 5j epa 3 10 5j 8已做 如图所示 点电荷的静电场中电场线用实线表示 但其方向未标明 虚线是某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到电场力作用 根据此图可作出正确判断的是 a 带电粒子所带电荷的性质b 带电粒子在a b两点的受力方向c 带电粒子在a b两点的速度何处较大d 带电粒子在a b两点的电势能何处较大 e a b bcd 如图所示 是负点电荷产生的电场中的一条电场线 一个带正电的粒子 不计重力 从a到b穿越这条电场线的轨迹如图中虚线所示 则该带电粒子在a点的加速度一定在b点的加速度 带电粒子在a点的电势能一定在b点的电势能 填 大于 小于 式 等于 小于 大于 9 一带电油滴在匀强电场e中的运动轨迹如图虚线所示 电场方向竖直向下 若不计空气阻力 则此带电油滴从a运动到b的过程中 能量变化情况为 a 动能减小b 电势能增加c 动能和电势能之和减少d 重力势能和电势能之和增加 e a b c 电场的力的性质我们用场强e来描述 那么电场的能的性质我们又应该用什么物理量来描述呢 能否用 电势能 呢 电场的能的性质也是电场本身的一种属性 它只能由场源本身所决定 而与电场中有无放入试探电荷无关 而电势能的大小是与试探电荷的电量q有关的 因q越大 其所受电场力就越大 具有的做功本领大 电势能也就大 故不能用 电势能 来描述电场的能的性质 我们引入一个新的物理量 电势 来表示它 该比值是一个与q无关 仅与电场及a点的位置有关的量 三 电势 设ep0 0 该比值称为a点的电势 零势能参考点 1 定义 电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值 叫做这一点的电势 2 定义式 与ep mgh相类比 电势 与高度h相类似 ep及q含符号 三 电势 3 单位 伏特 符号为v 4 电势只有大小 没有方向 是标量 5 电势具有相对性 电势是相对于零势能参考点的 一般选取无穷远电势为0 实际应用中常取大地电势为0 思考 在上面关于电势能和电势的讨论及插图中 我们一直把试探电荷q当作正电荷处理 请把q当做负电荷 重复以上讨论 其结果与上面的结果是否一致 该比值是一个与q无关 仅与电场及a点的位置有关的量 设ep0 0 该比值称为a点的电势 零势能参考点 6 沿电场线 场强 方向电势越来越低即电场线指向电势降低的方向 如何比较电势的高低 如果把q 1 0 10 8的电荷从无穷远处移至电场中的a点 需克服电场力做功w 1 2 10 4j 那么 q在a点的电荷能和在a点的电势各是多少 q未移入电场前a点的电势是多少 epa 1 2 10 4j 1 2 104v 1 2 104v 例与练 如图所示 电场中有a b两点 则下列说法中正确的是 a 电势 a b场强ea ebb 电势 a b场强eaepb 例与练 正电荷在高电势处电势能大 负电荷在低电势处电势能大 bc 在电场中一条电场线上有a b两点 如图所示 若将电荷q1 2 0 10 7c从a点移到b点 电场力做了 4 0 10 4j的功 1 以b点为零电势点 a等于多少 2 电场线的方向如何 3 如将电荷q2 1 0 10 7c从a点移到b点 a等于多少 电场力做了多少功 例与练 a 2 0 103ja b不变w 2 0 10 4j 如图所示 水平固定的小圆盘a 带电量为q 电势为零 从圆盘外o静止释放一质量为m 带电量为 q的小球 由于电场力的作用 小球竖直上升的高度可达盘中心竖直线上的c点 oc h 又知道过竖直线上的b点时 小球速度最大 则在q所形成的电场中 可确定的物理量是 a b点的场强b c点的场强c b点的电势d c点的电势 例与练 ad 五 等势面 1 定义 电场中电势相同的各点构成的面 叫做等势面 与等高线相类比 6已 二 等势面的特点 1 在同一等势面上的任意两点间移动电荷 电场力不做功 2 电场线跟等势面垂直 且由电势较高的等势面指向电势较低的等势面 3 等势面密处场强大 电场线密 等势面疏处场强小 电场线疏 4 不同等势面在空间不相交 不相切 三 几种常见电场的等势面分布图谱 离导体表面越近 等势面的形状与导体表面越相似 关于等势面 正确的说法是 a 电荷在等势面上移动时不受电场力作用 所以不做功b 等势面上各点的场强大小相等c 等势面一定跟电场线垂直d 两等势