高中物理 第一章第7讲 电场的能的性质课件 教科版选修31.ppt

高中物理 选修3 1 教科版 第一章静电场 第七讲习题课电场的能的性质 目标定位 会分析带电粒子在电场中的运动特点 能求解静电力做的功和电场中的电势 电势能的变化 1 2 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 会用等分法确定等势点 从而确定电场强度的方向 3 电场的能的性质 预习导学 合外力 2 速度方向受力方向 1 变化 3 零电势零电势 4 电荷 5 quabqu 6 ed 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 电场的能的性质 课堂讲义 一 电场线 等势线和运动轨迹 1 已知等势面的形状分布 根据相互垂直可以绘制电场线 2 由电场线和等差等势面的疏密 可以比较不同点的场强大小 3 根据电荷的运动轨迹可以判断电荷受力方向和做功的正负 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 电场的能的性质 课堂讲义 例1如图所示 虚线a b c代表电场中的三条电场线 实线为一带负电的粒子仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹 p r q是这条轨迹上的三点 由此可知 a 带电粒子在r点时的速度大小大于在q点时的速度大小b 带电粒子在p点时的电势能比在q点时的电势能大c 带电粒子在r点时的动能与电势能之和比在q点时的小 比在p点时的大d 带电粒子在r点时的加速度大小小于在q点时的加速度大小 解析 根据电场线的疏密程度 er eq 根据ma qe ar aq 假设粒子从p向q运动 电场力做负功 电势能增大 动能减少 vr vq 动能与电势能之间的相互转化 则带电粒子的动能与电势能之和不变 a 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 电场的能的性质 课堂讲义 例2如图所示 o是一固定的点电荷 虚线是该点电荷产生的电场中的三条等势线 正点电荷q仅受电场力的作用下沿实线所示的轨迹从a处运动到b处 然后又运动到c处 由此可知 a o为负电荷b 在整个过程中q的电势能先变小后变大c 在整个过程中q的加速度先变大后变小d 在整个过程中 电场力做功为零 解析 cd a c两点在同一等势面 逐渐变小 电场力先做负功后做正功 w电 uq 0 等势线的疏密程度反映了e的大小 eb ea ec 根据ma qe ab aa ac 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 电场的能的性质 课堂讲义 借题发挥 根据所给的等势面 明确电场分布情况 画出电场线 再根据轨迹弯曲方向找电荷的受力方向 受力大小变化 根据运动轨迹或路径 判断功的正负 动能及电势能的变化 例2如图所示 o是一固定的点电荷 虚线是该点电荷产生的电场中的三条等势线 正点电荷q仅受电场力的作用下沿实线所示的轨迹从a处运动到b处 然后又运动到c处 由此可知 a o为负电荷b 在整个过程中q的电势能先变小后变大c 在整个过程中q的加速度先变大后变小d 在整个过程中 电场力做功为零 cd 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 电场的能的性质 课堂讲义 1 关于场强e的几个表达式的比较 二 电场强度和电势 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 1 e 是电场强度定义式 适用于任意电场 2 e 是真空中点电荷电场强度的决定式 只适用于真空中点电荷 3 e 是匀强电场中电场强度与电势差间的关系式 只适用于匀强电场 电场的能的性质 课堂讲义 2 电场强度的大小和电势高低没有直接关系 电场强度为零 电势不一定为零 电势为零 电场强度也不一定为零 电场强度越大的地方 电势不一定高 请同学们自行举例说明 二 电场强度和电势 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 3 沿电场线方向电势降低 这是判断电势高低的主要方法 若两点不在同一电场线上 应通过等势面 化为同一电场线上的两点 4 电场强度和等势面垂直 且由电势较高的等势面指向电势较低的等势面 电场的能的性质 课堂讲义 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 例3下列公式中 f q e u r和d分别表示静电力 电荷量 场强 电势差及距离 f k e k e u ed 以下说法中正确的是 a 它们都只对点电荷或点电荷的电场成立b 只对点电荷或点电荷的电场成立 对任何电场都成立c 只对点电荷成立 对任何电场都成立 只对匀强电场成立d 只对点电荷成立 对任何电场都成立 c 电场的能的性质 课堂讲义 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 例4在静电场中 关于场强和电势的说法正确的是 a 电场强度大的地方电势一定高b 电势为零的地方场强也一定为零c 场强为零的地方电势也一定为零d 场强大小相同的点电势不一定相同 解析沿着电场线的方向电势逐渐降低 电势的高低与场强无关 电场线的疏密程度反映了场强的大小 场强的大小于与电势高低无关 电场线疏的地方场强小 电场线密的地方场强大 d 电场的能的性质 课堂讲义 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 三 等分法确定等势点 1 在匀强电场中 沿任意一个方向 电势降落都是均匀的 故在同一直线上相同间距的两点间电势差相等 2 在匀强电场中 相互平行且相等的线段两点间的电势差相等 电场的能的性质 课堂讲义 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 例5如图所示 虚线方框内有一匀强电场 a b c为该电场中三点 已知 a 12v b 6v c 6v 试在该虚线框内作出该电场的示意图 画出几条电场线 并要求保留作图时所用的辅助线 要画电场线 先找等势面 线 解析 连ac bc 依题意知bc的中点d点电势必为零 ac的1 3处f点电势必为零 连fd即为等势线 由电场线与等势面 线 垂直且由高电势指向低电势 12v 6v 电场的能的性质 课堂讲义 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 例5如图所示 虚线方框内有一匀强电场 a b c为该电场中三点 已知 a 12v b 6v c 6v 试在该虚线框内作出该电场的示意图 画出几条电场线 并要求保留作图时所用的辅助线 12v 6v 等分法 关键在于能找到 等分 线段的等势点 画出等势线 然后根据等势线与电场线处处垂直 画出电场线 借题发挥 电场的能的性质 课堂讲义 四 电场力做功与电势 电势差 电势能的综合问题 1 电势由电场本身决定 与试探电荷无关 其大小与参考点的选取有关 有相对性 2 电势差是电场中两点电势的差值 其计算公式有 uab a b uab 3 计算静电力做功的方法 常见的有以下几种 4 利用动能定理求解 1 利用静电力做功与电势能的关系求解 wab epa epb 2 利用w fd求解 此公式只适用于匀强电场 3 利用公式wab quab求解 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 电场的能的性质 课堂讲义 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 例6为使带负电的点电荷q在一匀强电场中沿直线匀速地由a运动到b 必须对电荷施加一恒力f 如图所示 若ab 0 4m 37 q 3 10 7c f 1 5 10 4n a点电势 a 100v 不计重力 1 在图中用实线画出电场线 用虚线画出通过a b两点的等势线 并标明它们的电势值 2 q在由a到b的过程中电势能的变化量是多少 解析 1 由平衡条件可知 f f静 电荷带负电 故e与f静方向相反 e n c 5 102n c b a elabcos 60v uba b a elabcos 等势线与电场线垂直 如图 2 电场力做负功 电势能增加 ep qed quba 3 10 7 160 j 4 8 10 5j 电场的能的性质 对点练习 1 如图所示 虚线a b c代表电场中三个等势面 相邻等势面间的电势差相等 实线为一带正电的质点仅在静电力作用下通过该区域时的运动轨迹 p q是这条轨迹上的两点 据此可知 a 三个等势面中 q点的电势最高b 带电质点通过p点时电势能较大c 带电质点通过p点时动能较大d 带电质点通过p点时加速度较大 等势线和运动轨迹 f 解析 由p q 力指向曲线的内侧 a eq m p点时加速度较大 由于p处等势面密集 所以ep eq bd 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 电场的能的性质 对点练习 电场强度和电势的理解 沿电场线方向 电势逐渐降低 电场线的疏密程度表示的强弱 一条电场线无法判断疏密程度 w电 0 ep减少 ek增加 f c 2 由如图所示的电场线 可判定 a 该电场一定是匀强电场b a点的电势一定低于b点的电势c 负电荷放在b点的电势能比a点的电势能大d 负电荷放在b点所受电场力方向向右 解析 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 电场的能的性质 对点练习 3 a b c d是匀强电场中的四个点 它们正好是一个矩形的四个顶点 电场线与矩形所在平面平行 已知a点的电势为20v b点的电势为24v d点的电势为4v 如图所示 由此可知c点的电势为 a 4vb 8vc 12vd 24v 等分法确定等势点 目标定位 预习导学 课堂讲义 对点练习 电场的能的性质 解题方法有两种 一是找等势点法 二是利用推论法 解析 法一 连接bd e f g h 连接ae 由对称可知h点与c点电势相等 c 8v 对点练习 3 a b c d是匀强电场中的