高中物理 2.2 电势与等势面课件 鲁科版选修31.ppt

第2节电势与等势面 第2章电势能与电势差 学习目标1 知道电势的概念 2 知道等势面的概念 知道常见电场的等势面的分布情况 3 了解尖端放电现象 知道避雷针的原理 培养运用物理知识解决实际问题的能力 第2章电势能与电势差 一 电势1 定义 电荷在电场中某点的 跟 的比值 叫做该点的电势 3 物理意义 电势是描述 的性质的物理量 4 单位 国际单位制中 电势的单位是 符号为v 1v 1j c 电势能 电荷量 电场能 伏特 5 相对性 电场中各点电势的高低 与所选取的 的位置有关 一般情况下取 或 为零电势位置 6 矢标性 电势是标量 只有大小 没有 但有 二 等势面1 定义 我们把电场中电势 的点构成的面叫做等势面 参考点 地球 无穷远处 方向 正 负 相等 2 几种常见电场的等势面 1 点电荷电场的等势面是一系列以 为球心的 如图中虚线所示 点电荷 同心球面 2 等量异种电荷的电场的等势面 如图甲所示 过两点电荷连线中点的 是一个等势面 3 等量同种正电荷的电场的等势面 如图乙所示 垂线 4 匀强电场的等势面是与电场线垂直的 间隔 且相互 的一簇平面 如图丙所示 相等 平行 三 尖端放电1 定义 带电较多的导体 在 部位 场强可以大到使周围的空气发生 而引起 的程度 这就是尖端放电现象 2 应用 避雷针就是应用 的原理来防止雷击造成危害的 它所放出的电荷就可以 云层中的部分电荷 更主要的是云层中的大量 可以通过避雷针直接引入地下 从而达到保护建筑物的目的 尖端 电离 放电 尖端放电 中和 电荷 1 电势的性质 1 电势的相对性 某点电势的大小是相对于零电势位置而言的 零电势位置选择的不同 则该点的电势就不同 零电势位置的选择是任意的 但通常选择地面和无穷远处为零电势位置 2 电势的固有性 电场中某点的电势大小是由电场本身的条件决定的 与在该点是否放有电荷和所放电荷的电性无关 对电势的理解 3 电势的标量性 规定了零电势点后 电场中各点的电势可以是正值 也可以是负值 正值表示该点的电势高于零电势 负值表示该点的电势低于零电势 在同一电场中 正电势一定高于负电势 如果规定无穷远处为零电势 则正点电荷产生的电场中各点的电势为正值 负点电荷产生的电场中各点的电势为负值 正负只表示大小 不表示方向 2 电势和电势能的区别和联系 反映电场的能的性质的物理量 电荷在电场中某点所具有的电势能 电场中某一点的电势 的大小 只跟电场本身有关 跟点电荷q无关 电势能大小是由点电荷q和该点电势 共同决定的 电势沿电场线逐渐下降 取定零电势点后 某点的电势高于零者 为正值 某点的电势低于零者 为负值 正点电荷电势能的正负跟电势的正负相同 负点电荷电势能的正负跟电势的正负相反 伏特 v 焦耳 j 如果把q 1 0 10 8c的电荷从无穷远移到电场中的a点 需要克服电场力做功w 1 2 10 4j 那么 1 q在a点的电势能和a点的电势各是多少 2 q在未移入电场前a点的电势是多少 思路探究 怎样计算某点的电势 电势的大小在电场中某点是固定不变的吗 答案 1 1 2 10 4j1 2 104v 2 1 2 104v 名师点评 1 电势和电势能都具有相对性 与零势面的选择有关 2 利用公式 ep q求电势时 要注意各物理量的正 负 1 把电荷q 5 10 6c从无穷远处移到电场中的a点 克服电场力做了1 0 10 6j的功 再把q从a点移到b点 电场力对电荷做了4 10 7j的功 a点电势为 v b点电势为 v 0 2 0 12 解析 无穷远处就是电势能为零的位置 克服电场力做功 电势能增加 则电荷在a点具有的电势能ea 1 0 10 6j 根据电势的概念 a ea q 0 2v 又把电荷从a移到b 电场力做了正功 则到b点时电场力做的总功w 1 0 10 6j 4 10 7j 0 6 10 6j 即电荷在b点具有eb 0 6 10 6j的电势能 同理 可得b点的电势 b eb q 0 12v 1 等势面的特点 1 在等势面内任意两点间移动电荷 电场力不做功 2 在空间中两等势面不相交 3 电场线总是和等势面垂直 且从电势较高的等势面指向电势较低的等势面 4 在电场线密集的地方 等差等势面密集 在电场线稀疏的地方 等差等势面稀疏 5 等势面是为描述电场的性质而假想的面 6 等势面的分布与零电势点的选取无关 对等势面的认识 2 电场线与等势面的比较 形象描述电场强度的分布 始于正电荷 终止于负电荷 形象描述电场中各点电势的分布 电场中电势相同的各点构成的面 带箭头的不闭合的曲线 两电场线不相交 可以闭合 也可以不闭合 不同等势面不相交 曲线上某一点的切线方向为场强方向 疏密表示场强大小 等势面的垂线方向为场强方向 等差等势面的疏密表示场强大小 电荷沿电场线移动时电场力必做功 电荷在等势面上移动时电场力不做功 1 沿电场线方向电势降低 2 电场线与等势面垂直 3 由一种图线可画出另一种图线 如图所示 在点电荷q产生的电场中 将两个带正电的试探电荷q1 q2分别置于a b两点 虚线为等势线 取无穷远处为零电势点 若将q1 q2移动到无穷远的过程中外力克服电场力做的功相等 则下列说法正确的是 a a点电势大于b点电势b a b两点的电场强度相等c q1的电荷量小于q2的电荷量d q1在a点的电势能小于q2在b点的电势能 思路探究 1 等势线有哪些特点 2 移动q1 q2 电场力做功相等 说明什么 c 名师点评等势面越密的地方电场强度越大 即等差等势面分布的疏密可以描述电场强弱 场强大的地方 两相邻等势面间的距离小 场强小的地方 两相邻等势面间的距离大 本题可利用等势线的密集情况直接判断a b两点场强的大小 2 如图展示了等量异种点电荷的电场线和等势面 关于场中的a b c d四点 下列说法正确的是 a a b两点的电势和场强都相同b a b两点的场强相同 电势不同c c d两点的电势和场强都不同d c d两点的电势和场强都相同 b 解析 由两个点电荷连线的中垂线左右电场线分布的对称性知 a b两点附近电场线的疏密程度相同 两点的场强大小相等 方向都是沿连线指向负电荷 a点的电势高于b点 c d两点的电势相等 场强不同 故选b 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 4 电场力做功判断法 1 在两点间移动正电荷 如果电场力做正功 则电势能减少 电势降低 如果电场力做负功 则电势能增加 电势升高 2 在两点间移动负电荷 如果电场力做正功 则电势能减少 电势升高 如果电场力做负功 则电势能增加 电势降低 范例 如图所示 电子在一条电场线上从a点运动到b点 电势能增加 试判断a b两点电势的高低 审题指导 解此题关键是正确理解 电势能增加 的条件 解析 法一 利用电场线的方向来判断 由于电势能增加 电场力一定做负功 即电场力方向和电荷运动方向相反 从b指向a 而负电荷受电场力的方向和场强方向相反 所以场强方向应是由a指向b 顺着电场线的方向电势越来越低 所以a点电势比b点电势高 法二 利用电场力做功公式