高中物理 第2章 电场与示波器 2.2 研究电场的能的性质（一）课件 沪科版选修31.ppt

第二章 学案3研究电场的能的性质 一 目标定位1 知道电场力做的功与移动电荷的路径无关 2 掌握电场力做的功与电势能变化的关系 3 会应用wab quab进行有关计算 内容索引 知识探究 达标检测 知识探究 1 一 电场力做功的特点 1 如图1所示 试探电荷q在电场强度为e的匀强电场中 沿直线从a移动到b 电场力做的功为多少 若q沿折线amb从a点移动到b点 电场力做的功为多少 图1 答案 电场力f qe 电场力与位移夹角为 电场力对试探电荷q做的功w f ab cos qe am 在线段am上电场力做的功w1 qe am 在线段mb上电场力做的功w2 0 总功w w1 w2 qe am 2 若q沿任意曲线从a点移动到b点 电场力做的功为多少 据1 2可得出什么结论 答案 w qe am 电荷在匀强电场中从不同路径由a运动到b 电场力做功相同 说明电场力做功与路径无关 只与初 末位置有关 1 电场力做功的特点 电场力对某电荷所做的功 与该电荷的电荷量 与电荷经过的路径 填 有关 或 无关 2 电场力做功与重力做功相似 在任意静电场中 只要初 末位置确定了 移动某电荷q做的功就是确定值 有关 无关 例1 多选 下列说法正确的是a 电荷从电场中的a点运动到了b点 路径不同 电场力做功的大小就可能不同b 电荷从电场中的某点开始出发 运动一段时间后 又回到了该点 则电场力做功为零c 正电荷沿着电场线运动 电场力对正电荷做正功 负电荷逆着电场线运动 电场力对负电荷做正功d 在匀强电场中 电场力做功与路径无关 在非匀强电场中 电场力做功与路径有关 答案 二 电势能 类比重力做功与重力势能变化的关系 电场力做正功 电势能如何变化 电场力做负功 电势能如何变化 电场力做功与电势能变化有怎样的数量关系 答案 电场力做正功 电势能减少 电场力做负功 电势能增加 电场力做功的值等于电势能的变化量 即 wab epa epb 1 电势能 电荷在电场中具有的势能 叫做 用表示 2 电场力做功是变化的量度 关系 wab 即电场力做正功 电荷的电势能 电场力做负功 电荷的电势能 3 电荷在电场中某点的电势能 等于在电场力作用下把它从这点移动到位置时电场力做的功 4 电势能具有相对性 电势能零点的规定 通常把电荷在离开场源电荷处的电势能规定为零 或把电荷在上的电势能规定为零 电势能 电势能 epa epb 减少 增加 零电势能 无限远 地球表面 ep 当正电荷顺着电场线运动时 电场力做什么功 电势能是增加还是减少 当负电荷顺着电场线运动时 电场力做什么功 电势能是增加还是减少 答案 正电荷顺着电场线运动时 电场力做正功 电势能减少 负电荷顺着电场线运动时 电场力做负功 电势能增加 例2如图2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2 答案 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 三 电势差 在图1所示的示例中 我们知道了同一电荷沿不同路径由a移到b 电场力做的功是相同的 那么移动不同电荷从a至b 电场力做的功是否相同 电场力做的功与电荷量q的比值是否相同 答案 1 电势差 将电荷从a点移到b点的过程中 电场力对电荷做的功wab与所移动的的比值 公式为 单位 简称伏 符号 如果1c的正电荷在电场中由一点移动到另一点 电场力所做的功为1j 这两点间的电势差就是 即1v 2 电势差是用法定义的物理量 uab与wab和q 只跟电场中a b两点的位置和电场强度有关 电荷q 伏特 v 1v 1j c 无关 比值 3 电势差是标量 但有正 负之分 4 用uab 或wab quab计算时 各物理量符号的处理 1 带正 负号进行运算 把电荷q的电性和两点间的电势差u的正 负号代入 算出的功为正 则说明电场力做正功 电荷的电势能减小 算出的功为负 则说明电场力做负功 电荷的电势能增大 2 只将绝对值代入公式运算 即在计算时 q u都取绝对值 算出的功也是绝对值 至于电场力做的是正功还是负功 可以根据电荷的正 负及电荷移动的方向与电场线方向的关系判断 例3对于电场中的a b两点 下列说法正确的是a 电势差的定义式uab 说明两点间的电势差uab与电场力做功wab成正比 与移动电荷的电荷量q成反比b a b两点间的电势差等于将正电荷从a点移到b点电场力所做的功c 若将1c正电荷从a点移到b点 电场力做1j的功 则两点间的电势差为1vd 若电荷由a点移到b点的过程中 除受电场力外 还受其他力的作用 则电荷电势能的变化就不再等于电场力所做的功 答案 解析 两点间的电势差由电场本身决定 与移动电荷及电场力做功无关 故a错 电荷在电场中运动时 不管受几个力作用 其电势能变化总等于电场力做功 故d错 例4在电场中把一个电荷量为6 10 6c的负电荷从a点移到b点 克服电场力做功3 10 5j 再将电荷从b点移到c点 电场力做功1 2 10 5j 求a点与b点 b点与c点间的电势差 答案 解析 uab 5vubc 2v 根据电场力做功与电势差的关系得 针对训练若将一个电量为2 0 10 10c的正电荷 从零电势点移到电场中m点要克服电场力做功8 0 10 9j 则m点的电势是 v 若再将该电荷从m点移到电场中的n点 电场力做功1 8 10 8j 则m n两点间的电势差umn v 答案 解析 40 90 由题意可知 从o点移到m点电场力做功wom 8 10 9j 根据公式w qu可知 将该点电荷从m点再移至n点电场力做功1 8 10 8j 根据公式w qu可知 达标检测 2 1 对电势差的理解 多选 下列说法正确的是a a b两点的电势差等于将负电荷从a点移到b点时克服电场力所做的功b 电势差是一个标量 但有正 负值之分c 由于电场力做功跟移动电荷的路径无关 所以电势差也跟移动电荷的路径无关 只跟这两点的位置有关d a b两点的电势差是恒定的 不随零电势能位置的不同而改变 所以uab uba 1 2 3 4 答案 解析 从电势差的定义可知a项错误 从电势差的特性可知电势差是标量 但有正 负值之分 b项正确 从电场力做功的特性及电势差的定义可知两点间电势差只与两点位置有关 c项正确 移动相同电荷从a到b和从b到a做功不同 wab wba 所以uab uba 故d项错误 1 2 3 4 2 电势差 电势能和电场力做功 在静电场中 一个电子由a点移到b点时电场力做功为5ev 1ev 1 6 10 19j 则以下说法中正确的是a 电场强度的方向一定由b沿直线指向ab a b两点间电势差uab 5vc 电子的电势能减少5evd 电子的电势能减少5j 1 2 3 4 答案 解析 电场强度的方向与运动路径无关 a错 电场力做5ev的正功 电势能减少5ev c对 d错 3 电场力做功 电势能和电势差的关系 把质量为m 4 0 10 6kg 带电荷量为q 1 0 10 4c的粒子 在电场中的a点由静止释放 当它运动到b点时 电场力对它做功w 1 25 1017ev 则a b两点间电势差为多少 粒子运动到b点时的速度为多少 1 2 3 4 答案 解析 200v100m s 1 2 3 4 因为w quab 所以 4 电场力做功与电势能变化的关系 在电场中把一个电荷量为6 10 6c的负电荷从a点移到b点 克服电场力做功3 10 5j 则电荷从a到b的过程中 电势能变化了多少 是增加还是减少 若规定电荷在b点