高中物理 1.4 电势和电势差课件 粤教版选修31.ppt

第四节电势和电势差 第一章电场 学习目标1 了解电场力做功的特点和电势能的概念 2 理解电场力做功与电势能变化的关系 3 理解电势差和电势的概念 4 了解等势面的概念 知道电荷在等势面上运动电场力不做功 第一章电场 一 电势差1 功等于力乘以力的方向上的位移 恒力的功与物体运动路径无关 一位同学 不论他走楼梯下楼 还是坐电梯下楼 只要是从同一楼层下到地面的 重力对该同学做的功就相同 在匀强电场中某电荷受到的电场力也是恒力 做功时是不是也具有上述特点 提示 是 2 电场力做功和重力做功与各自相应势能的变化规律是否相似 提示 相似势能的变化量都等于各自相应力做功的负值 1 电场力做功的特点电场力的功跟电荷移动的 无关 只由电荷的始末位置决定 2 电场力做功与电势能的关系电场力做的功等于 的改变量 如果电场力做正功 则电势能 如果电场力做负功 则电势能 用公式表示wab 路径 电势能 减少 增加 epa epb 3 电势差 1 定义 电荷在电场中a b两点间移动时电场力对电荷做的 与电荷所带 的比值 2 公式 uab 3 单位 国际单位制中 电势差的单位为 简称 符号为v 4 电势差可以是 值 也可以是 值 电势差也叫 功 电荷量 伏特 伏 正 负 电压 二 电势我们知道 一个物体所处的高度与测量的起点有关 但两个物体间的高度差却与测量的起点无关 想一想 电场中某点电势的高低与零电势点的选择是否有关 电场中两个点间电势的差值与零电势点的选择是否有关 提示 有关无关 1 概念 规定电场中的p点的电势为零 则电场中任意一点a的电势 数值上等于把单位正电荷从a点移动到参考点p时电场力所做的 如果用 a表示a点的电势 则有 a 2 单位及矢标性电势的单位与电势差的单位一样 也是 电势只有大小 没有方向 是 功 伏特 标量 3 电势与电势差电场中任意两点a b间的电势差可表示为uab 若uab为正值 表示a点的电势比b点的电势 若uab为负值 表示a点的电势比b点的电势 a b 高 低 三 等势面1 地理上用等高线表示地势的高低 研究某地区的等高线分布图就可以知道该地区的地势高低分布情况 电场中不同位置的电势不同 能不能用与类似等高线的方法来表示电场中各点的电势分布情况呢 提示 能用等势面 2 电势不相等的两个等势面能相交吗 提示 不能 1 定义 电场中电势 的点构成的曲面 2 等势面与电场强弱的关系 等势面密的地方电场 等势面疏的地方电场 相等 强 弱 电场力做功与电势能的变化 1 对电场力做功特点的理解 1 电场力对电荷所做的功 与电荷的初末位置有关 与电荷经过的路径无关 该结论适用于任何静电场 2 无论带电体在电场中做直线运动还是做曲线运动 无论带电体只受电场力作用还是受多个力作用 无论电场力做正功还是做负功 电场力做功的特点不变 2 电场力做功正负的判断 1 根据电场力和位移方向的夹角判断 此法常用于匀强电场中恒定电场力做功情况的判断 夹角为锐角电场力做正功 夹角为钝角电场力做负功 2 根据电场力和瞬时速度方向的夹角判断 此法常用于判断曲线运动中变化电场力的做功情况 夹角是锐角时电场力做正功 夹角是钝角时电场力做负功 电场力和瞬时速度方向垂直时电场力不做功 3 若物体只受电场力作用 可根据动能的变化情况判断 根据动能定理 若物体的动能增加 则电场力做正功 若物体的动能减少 则电场力做负功 3 电场力做功与电势能变化的关系 1 电场力做功一定伴随着电势能的变化 电势能的变化只有通过电场力做功才能实现 与其他力是否做功 及做功多少无关 2 电场力做正功 电势能一定减小 电场力做负功 电势能一定增大 电场力做功的值等于电势能的变化量 即 wab epa epb 特别提醒 电场力做功和重力做功尽管有很多相似之处 但因为地球产生的重力场只会对物体产生引力 而电场对电场中的电荷既可以产生引力 也可以产生斥力 所以计算电场力的功时要注意电荷的电性 电荷移动的方向 场强的方向等 以便确定功的正负 双选 如图所示 在点电荷电场中的一条电场线上依次有a b c三点 分别把 q和 q的试探电荷依次放在三点上 关于它们所具有的电势能的正确说法是 a 放上 q时 它们的电势能epa epb epcb 放上 q时 它们的电势能epaepb epcd 放上 q时 它们的电势能epa epb epc 思路点拨 解决本题的关键点是理解电场力做功与电势能变化的关系 ad 解析 为了比较电荷在不同位置上电势能的大小 只需根据电荷在这些位置间移动时电场力做功的情况来判断 当放上 q时 电荷从位置a b c 都是电场力做正功 电势能应减小 故有epa epb epc 所以a项对 当放上 q时 电荷从位置a b c 电荷需克服电场力做功 电荷的电势能应增大 即epa epb epc 所以d项正确 名师点评电场力做功只能决定电势能的变化量 而不能决定电荷电势能的数值 1 双选 一个电荷只在电场力作用下从电场中的a点移到b点时 电场力做了5 10 6j的功 那么 a 电荷在b处时将具有5 10 6j的电势能b 电荷在b处时将具有5 10 6j的动能c 电荷的电势能减少了5 10 6jd 电荷的动能增加了5 10 6j解析 电场力做功5 10 6j 因而电势能减少了5 10 6j 由动能定理可知电荷的动能增加了5 10 6j cd 2 电场中两点的电势差 由电场本身的初 末位置决定 与在这两点间移动电荷的电荷量 电场力做功的大小无关 在确定的电场中 即使不放入电荷 任何两点间的电势差都有确定的值 不能认为uab与wab成正比 与q成反比 只是可以利用wab q来测量a b两点间的电势差uab 对电势差的理解和计算 c 名师点评本题常有同学错选a d选项 错选a是由于对电势差定义式的理解不正确造成的 事实上 移动的电荷电荷量越大 在确定两点间移动电荷时电场力所做的功也越多 且两者的比值是一定的 错选d是由于对功能关系的理解不准确造成的 事实上 各种力做功导致能量的转化都有 专属 的特点 如重力势能的变化只与重力做功有关 弹性势能的变化只与弹力做功有关 电势能的变化只与电场力做功有关等 2 单选 一带正电的质点 电荷量是2 10 9c 在静电场中 从a点移动到b点的过程中 电场力做功是3 10 7j 则ab两点间电势差是 a 150vb 66 7vc 200vd 150v a 1 对电势概念的理解 1 电势的相对性 电势是相对的 只有先确定了零电势的位置 才能确定其他点的电势 电场中某点的电势跟零电势位置的选择有关 实际问题中 常选取无限远处电势为零 或取大地电势为零 2 电势的固有性电势 是表示电场能量属性的一个物理量 电场中某点处 的大小是由电场本身的条件决定的 与在该点处是否放着电荷 电荷的电性 电荷量均无关 对电势的理解和电势高低的判断 3 电势的矢标性 电势是标量 只有大小 没有方向 电势有正 负 正值表示该点电势比零电势高 负值表示该点电势比零电势低 当规定了无限远处为零电势时 正电荷产生的电场中各点的电势均为正值 且越靠近正电荷的地方电势越高 负电荷形成的电场则相反 2 电场中两点电势高低的判断方法 1 电场线法 沿电场线方向 电势越来越低 2 场源电荷判断法 离场源正电荷越近的点 电势越高 离场源负电荷越近的点 电势越低 3 电势能判断法 对于正电荷 电势能越大 所在位置的电势越高 对于负电荷 电势能越小 所在位置的电势越高 在静电场中 把一个电荷量为q 2 0 10 5c的负电荷由m点移到n点 电场力做正功6 0 10 4j 由n点移到p点 电场力做负功1 0 10 3j 则m n p三点电势高低关系是 思路点拨 解答本题时应把握以下两点 1 根据电场力做功 确定m n p三点的大体位置 2 利用沿着电场线方向电势逐渐降低判定电势高低 n m p 解析 首先画一条电场线 如图所示 在中间位置附近画一点作为m点 因为m n电场力做正功 而负电荷所受电场力与场强方向相反 则可确定n点在m点左侧 由n p电场力做负功 即沿着电场线移动 又因1 0 10 3j 6 0 10 4j 所以肯定移过了m点 即p点位于m点右侧 这样 m n p三点电势的高低关系是 n m p 名师点评该题中m n p三点虽然不一定位于同一条电场线上 但完全可以假设其处于同一条直电场线上 根据电场力做功情况把三点在该电场线上的大体位置确定下来 电势高低的关系便一目了然了 3 单选 电场线分布如图所示 电场中a b两点的电场强度大小分别为ea和eb 电势分别为 a和 b 则 a ea eb a bb ea eb a bd ea eb a b解析 电场线的疏密表示电场强度的大小 得ea eb 所以a b错误 沿着电场线方向电势降低 所以c正确 d错误 c 1 对等势面的理解等势面就是在电场中电势相等的点所构成的面 随意找几个点 都能画出它们的等势面 这样的几个等势面不能完整地描述电场 如果我们每隔相等的电势画等势面 也就是我们通常所说的等差等势面 就可以比较形象 完整地描述电场了 等差等势面分布密的地方 电场强度大 反之电场强度小 2 等势面的应用 1 知道等势面的分布就知道电场中各点电势的高低差别 2 能求出电荷在不同等势面间移动时电场力做的功 即wab quab q a b 对等势面的认识 双选 如图所示 虚线圆是某静电场中的等势面 其电势分别为 a b和 c 一带正电粒子射入电场中 其运动轨迹如实线klmn所示 若带电粒子仅受电场力的作用 则下列说法正确的是 a 粒子从k到l的过程中 电场力做负功 电势能增加b 粒子从l到m的过程中 电场力做负功 电势能增加c 粒子从k到l的过程中 电势能增加 动能减少d 粒子从l到m的过程中 动能减少 电势能增加 ac 解析 由粒子的运动轨迹可知 该电场是正电荷形成的电场 带正电的粒子射入电场时 受斥力作用 在靠近场源电荷的过程中 电场力做负功 动能减少 电势能增加 在远离场源电荷的过程中 电场力做正功 动能增加 电势能减少 由k到l的过程中 粒子由低电势到高电势处 电场力做负功 动能减少 电势能增加 故a c正确 由l到m的过程中 粒子由高电势处向低电势处移动 电场力做正功 动能增加 电势能减少 故b d项错 名师点评对于等势面和带电粒子运动相结合的问题 首先要根据粒子的运动轨迹判断受力情况 以便研究电场力对运动电荷的做功情况 若电荷从电场中某一等势面出发 最后又回到该等势面 电场力做的总功为零 但在运动过程中存在电场力做功 4 单选 2013 高考上海卷 两异种点电荷电场中的部分等势面如图所示 已知a点电势高于b点电势 若位于a b处点电荷的电荷量大小分别为qa和qb 则 a a处为正电荷 qaqbc a处为负电荷 qaqb b 解析 题图为异种点电荷的等势面分布 又知 a b 因此a处为正电荷 b处为负电荷 根据等势面的疏密分布情况 可知qa qb 选项b正确 电势差和电势的计算 范例 10分 有一带电荷量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点时电场力做功9 10 4j 求 1 ab bc ca间电势差各为多少 2 如以b点电势为零 则a c两点的电势各为多少 电荷在a c两点的电势能各为多少 2 若 b 0 由uab a b得 a uab 200v 1分 由u