高中物理 15 电势能和电势课件 新人教版选修31.ppt

高中物理 选修3 1 浙 第5讲电势能和电势 目标定位 1 知道静电力做功的特点 掌握静电力做功与电势能变化的关系 2 理解电势能 电势的概念 知道参考点的选取原则 3 知道什么是等势面 并能理解等势面的特点 一 静电力做功的特点在电场强度为e的匀强电场中把正点电荷q从a点移动到b点 不管走什么路径 静电力所做的功都等于 说明静电力做功与电荷的位置和位置有关 但与电荷经过的无关 如图1 5 1所示 图1 5 1 qe am 起始 终止 路径 想一想静电力做功的特点 与你以前学过的哪个力做功的特点相似 它们又有什么区别呢 答案重力静电力做功和重力做功尽管有很多相似特点 但因地球产生的重力场只会对物体产生引力 而电场对其中的电荷既可产生引力 也可产生斥力 所以计算静电力的功时要注意电荷的电性 移动的方向 电场强度的方向等 以便确定功的正负和电势能的变化情况 二 电势能1 概念 电荷在中具有的势能叫做电势能 2 与电场力做功的关系 静电力做的功等于电势能的 用公式表示 电场 减少量 wab epa epb 3 电势能的确定 1 先确定零电势能位置 通常把电荷在离场源电荷的电势能规定为零 或把电荷在表面上的电势能规定为零 2 电荷在某点的电势能 等于静电力把它从该点移动到位置时所做的功 电势能是相对的 无限远处 大地 零势能 三 电势1 概念 电荷在电场中某一点的与它的的比值 电势能 电荷量 伏特 v 3 相对性 电势也是相对的 常取离场源电荷的电势为零 或大地的电势为零 电势可以是值 也可以是值 没有方向 因此是 4 与电场线关系 沿电场线的方向电势 无限远处 正 负 标量 降低 想一想电荷在电势越高的位置电势能越大吗 答案不一定 正电荷在电势越高处电势能越大 负电荷在电势越高处电势能越小 四 等势面1 定义 电场中的各点构成的面 2 等势面的特点 1 等势面一定跟电场线 即跟电场强度的方向垂直 2 电场线总是由的等势面指向的等势面 两个不同的等势面 电势相等 垂直 电势高 电势低 永不相交 3 熟悉下面几种常见电场等势面的特点 想一想等势面为什么不能相交 答案不同等势面电势不相等 若等势面相交 则在交点处两等势面电势相等 这与实际相矛盾 所以两等势面不相交 一 电场力做功理解及与电势能的关系1 对电场力做功的理解 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 该结论既适用于匀强电场又适用于非匀强电场 2 电场力和瞬时速度方向的夹角为锐角时电场力做正功 夹角为钝角时电场力做负功 2 对电势能的理解 1 系统性 电势能由电场和电荷共同决定 但我们习惯说成电场中的电荷所具有的 2 相对性 电势能的数值与零势能点的选取有关 3 标量性 电势能是标量 有正负 无方向 电势能为正值表示电势能大于参考点的电势能 电势能为负值表示电势能小于参考点的电势能 3 电场力做功与电势能变化的关系wab epa epb电场力做正功 电势能减小 电场力做负功 电势能增加 4 电势能增减的判断方法 1 做功判断法 无论正 负电荷 电场力做正功 电势能就减小 电场力做负功 电势能就增大 2 由公式epa q a判断 设 a b 当q 0时 q a q b 即epa epb 当q 0时 q a q b即epa epb 可总结为正电荷在电势高的地方电势能大 而负电荷在电势高的地方电势能小 3 能量守恒法 电场力做功时 电荷的动能和电势能互相转化 动能减少多少 电势能就增加多少 反之亦然 例1 将带电荷量为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 答案见解析 解析 1 wac wab wbc 3 10 5 1 2 10 5 j 1 8 10 5j 可见电势能增加了1 8 10 5j 2 如果规定a点的电势能为零 由公式得该电荷在b点的电势能为epb epa wab 0 wab 3 10 5j 同理 c点的电势能为epc epa wac 0 wac 1 8 10 5j 3 如果规定b点的电势能为零 则该电荷在a点的电势能为 epa epb wab 0 wab 3 10 5j c点的电势能为epc epb wbc 0 wbc 1 2 10 5j 借题发挥功是能量转化的量度 但要理解并区别电场力的功与电势能变化的关系 合外力的功与动能变化的关系 动能定理 即搞清功与能的变化的对应关系 二 对电势的理解和电势高低的判断方法1 对电势的三点理解 1 电势的相对性 电场中某点的电势跟零电势位置的选取有关 常选取无限远处或大地的电势为零 2 电势的固有性 电场中某点处 的大小是由电场本身决定的 与在该点处是否放入试探电荷 电荷的电性 电荷量均无关 3 电势的标量性 电势是标量 但有正 负 正值表示该点电势高于零电势 负值表示该点电势低于零电势 显然 电势的正 负只表示大小 不表示方向 例2 如果把q 1 0 10 8c的电荷从无限远移到电场中的a点 需要克服静电力做功w 1 2 10 4j 那么 1 q在a点的电势能和a点的电势各是什么 2 q未移入电场前 a点的电势是多少 答案 1 1 2 10 4j1 2 104v 2 1 2 104v 例3 有一电场的电场线如图1 5 2所示 电场中a b两点电场强度的大小和电势分别用ea eb和 a b表示 则 图1 5 2 a ea eb a bb ea eb a bd ea eb a b答案d解析由电场线的疏密可知ea eb 根据沿电场线电势降低可知 a b 故d正确 三 等势面的特点和应用1 特点 1 在同一等势面内任意两点间移动电荷时 静电力不做功 2 在空间没有电荷的地方两等势面不相交 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 等差等势面也密集 5 等势面是虚拟的 为描述电场的性质而假想的面 2 应用 1 由等势面可以判断电场中各点电势的高低及差别 2 由于等势面和电场线垂直 已知等势面的形状分布 可以绘制电场线 从而确定电场大体分布 3 由等差等势面的疏密 可以定性地确定某点场强的大小 例4 2014 宁波高二联考 在如图1 5 3所示的负点电荷产生的电场中 一检验电荷从a点分别移到b c d e 在以o为圆心的圆周上 则下列情况正确