高中物理 1.4 电势能和电势课件 新人教版选修31.ppt

4电势能和电势 第一章 我们知道重力做正功 物体的重力势能减小 其高度降低 如图甲 当重力做负功 物体的重力势能增大 其高度升高 如图乙 那么当电场力做正功 或负功 时 如图丙 其电势能与电势又是怎样变化的呢 生物 静电力做功的特点1 特点在静电场中移动电荷时 静电力做的功与电荷的 位置和 位置有关 与电荷经过的路径 2 适用范围该结论对于匀强电场和非匀强电场均适用 起始 终止 无关 电势能 1 概念电荷在 叫做电势能 可用ep表示 2 大小电荷在某点的电势能 等于静电力把它从该点移动到 时所做的功 电场中的势能 零势能位置 3 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wab 电场力做正功 电势能 电场力做负功 电势能 4 相对性电势能的数值大小与 的选取有关 通常把离场源电荷 或 的电势能规定为零 减少量 epa epb 减小 增加 零势能点 无穷远处 地球表面 1 定义电荷在电场中某一点的 与它的 的比值 叫做这一点的电势 3 单位 符号是v 电势 电势能 电荷量 伏特 4 特点 1 相对性 电场中各点电势的高低 与所选取的 的位置有关 2 标量性 电势是标量 只有大小 没有方向 但有 5 判断电势高低的办法 1 在电场中沿着电场线的方向 电势逐渐 2 在电场力作用下 静止的正电荷从 移向 电势零点 正负 降低 高电势 低电势 等势面 1 定义在电场中 叫做等势面 2 等势面特点 1 等势面上各点电势相等 在等势面上移动电荷电场力 2 等势面一定跟电场线 而且电场线总是由电势较高的等势面指向 的等势面 3 规定 画等势面时 相邻两等势面间电势差相等 这样 在等势面密处电场强度 在等势面疏处 电场强度 电势相等的点组成的面 不做功 垂直 电势较低 较大 较小 一 对电势能的理解1 电势能的特点 1 电势能是由电场和电荷共同决定的 属于电荷和电场所共有的 我们习惯上说成电荷的电势能 2 电势能是标量 有正负但没有方向 其正负表示大小 3 电势能是相对的 其大小与选定的参考点有关 确定电荷的电势能 首先应确定参考点 也就是零势能点的位置 2 电势能增减的判断方法 1 做功判断法无论正 负电荷 只要电场力做正功 电荷的电势能一定减小 只要电场力做负功 电荷的电势能一定增大 2 电场线判断法正电荷顺着电场线的方向移动时 电势能逐渐减小 逆着电场线的方向移动时 电势能逐渐增大 负电荷顺着电场线的方向移动时 电势能逐渐增大 逆着电场线的方向移动时 电势能逐渐减小 3 电势能与重力势能的比较 二 对电势的理解1 电势的特点 1 电势具有相对性 电势是相对的 电场中某点的电势高低与零电势点的选取有关 通常将离场源电荷无穷远处 或是地球表面选为零电势点 2 电势是标量 电势是只有大小 没有方向的物理量 在规定了电势零点后 电场中各点的电势可能是正值 也可能是负值 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 显然 电势的正负只表示大小 不表示方向 2 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 3 电势能与电势的区别与联系 河北石家庄市2013 2014学年高二上学期期末 将一电荷量为 q的小球放在不带电的金属球附近 所形成的电场线分布如图所示 金属球表面的电势处处相等 a b为电场中的两点 则 a a点的电场强度比b点的大b a点的电势比b点的高c 检验电荷 q在a点的电势能比在b点的大d 将检验电荷 q从a点移到b点的过程中 电场力做正功答案 ab解析 电场线越密集 表示该处的电场强度越大 故a点的电场强度比b点的大 选项a正确 顺电场线方向电势逐渐降低 故a点电势比b点的高 选项b正确 检验电荷 q从a点移到b点 电场力做负功 电势能增加 故选项c d错误 三 对等势面的理解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 2 几种常见的电场的等势面分布 特别提醒 1 已知等势面的情况时 可作等势面的垂线来确定电场线 并由 电势降低 的方向确定电场线方向 2 已知电场线时 可作电场线的垂线来确定等势面 并由 沿电场线方向电势降低 确定等势面的电势高低 河北冀州中学2013 2014学年高二上学期期中 位于a b处的两个带有不等量负电的点电荷在平面内电势分布如图所示 图中实线表示等势线 则 a a点和b点的电场强度相同b 正电荷从c点移到d点 电场力做正功c 负电荷从a点移到c点 电场力做正功d 正电荷从e点沿图中虚线移到f点电势能不变答案 c解析 同一检验电荷在a b两点受力方向不同 所以a错误 因为a b两处有负电荷 所以 等势线由外向内表示的电势越来越低 将正电荷从c点移到d点 正电荷的电势能增加 静电力做负功 b错误 负电荷从a点移到c点 电势能减少 静电力做正功 c正确 正电荷沿虚线从e点移到f点的过程中 电势先降低再升高 电势能先减小后增大 d错误 如图所示 q1 q2为两个固定点电荷 其中q1带正电 它们连线的延长线上有a b两点 一正试探电荷以一定的初速度沿直线从b点开始经a点向远处运动 其速度图象如图所示 则 电场力做功与电势能的变化 a q2带正电b q2带负电c 试探电荷从b到a的过程中电势能增大d 试探电荷从b到a的过程中电势能减小解析 逐项分析如下 答案 bc 吉林一中2013 2014学年高二上学期检测 如图所示 某点o处固定点电荷 q 另一带电 q的粒子以o为焦点做椭圆轨道运动 运动过程中经过最近点a和最远点b 下述说法不正确的是 a 粒子在a点运动速率大于在b点速率b 粒子在a点运动加速度大于在b点加速度c 粒子在a点的电势能大于在b点的电势能d q所产生的电场中 a点电势高于b点答案 c 解析 c粒子在从b到a的过程中 电场力做正功 动能增大 电势能减小 粒子在从a到b的过程中 电场力做负功 动能减小 电势能增大 可知粒子在a点的动能大于在b点的动能 则粒子在a点运动速率大于在b点速率 粒子在a点电势能小于在b点电势能 故a正确 c错误 粒子在运动过程中只受到库仑力作用 粒子在a点离q点近 根据库仑定律分析可知粒子在a点受到的库仑力大 加速度大 故b正确 q所产生的电场中 电场线从q出发到无穷远终止 a点离q较近 电势较高 故d正确 如图甲是某电场中的一条电场线 a b是这条电场线上的两点 一负电荷只受电场力作用 沿电场线从a运动到b 在这个过程中 电荷的v t图象如图乙所示 比较a b两点场强的大小和电势的高低 下列说法正确的是 电势高低的判断 a ea bb ea eb a bc ea eb a bd ea eb a b 选项b正确 答案 b 湖南浏阳一中 醴陵一中2013 2014学年高二上学期联考 三个点电荷电场的电场线分布如图所示 图中a b两点处的场强大小分别为ea eb 电势分别为 a b 则 a ea eb a bb eaeb a b答案 c解析 根据电场线的疏密表示场强的大小可知 ea eb 根据顺着电场线电势越来越低的规律可知 a b c正确 空间中p q两点处各固定一个点电荷 其中p点处为正电荷 p q两点附近电场的等势面分布如图所示 a b c d为电场中的4个点 则 a p q两点处的电荷等量同种b a点和b点的电场强度相同c c点的电势低于d点的电势d 负电荷从a到c 电势能减少 等势面的应用 解析 由电场的等势面分布图可判断p q为等量异种点电荷 q带负电 选项a错误 电场强度是矢量 a b两点的电场强度方向不同 选项b错误 根据等势面可画出电场线的分布 沿电场线方向电势降低 可判c点电势高于d点的电势 选项c错误 负电荷由a到c 电场力做正功 电势能将减少 选项d正确 答案 d 图中虚线为匀强电场中与场强方向垂直的等间距平行直线 两粒子m n质量相等 所带电荷的绝对值也相等 现将m n从虚线上的o点以相同速率射出 两粒子在电场中运动的轨迹分别如图中两条实线所示 点a b c为实线与虚线的交点 已知o点电势高于c点 若不计重力 则 a m带负电荷 n带正电荷b n在a点的速度与m在c点的速度大小相等c n在从o点运动至a点的过程中克服电场力做功d m在从o点运动至b点的过程中 电场力对它做的功等于零答案 bd 解析 由o点电势高于c点电势知 场强方向垂直虚线向下 由两粒子运动轨迹的弯曲方向知n粒子所受电场力方向向上 m粒子所受电场力方向向下 故m粒子带正电 n粒子带负电 a错误 n粒子从o点运动到a点 电场力做正功 m粒子从o点运动到c点电场力也做正功 因为uao uoc 且m n粒子质量相等 电荷的绝对值相等 由动能定理易知b正确 因o点电势低于a点电势 且n粒子带负电 故n粒子运动中电势能减少 电场力做正功 c错误 o b两点位于同一等势线上 d正确 如图所示 一质量为m的塑料球形容器放在桌面上 它的内部有一劲度系数为k的轻弹簧 弹簧直立地固定于容器内壁的底部 弹簧上端经绝缘体系住一只带正电q 质量也为m的小球 从加一个竖直向上的场强为e的匀强电场起 到容器对桌面压力减为零时为止 求 1 小球的电势能改变量 2 容器对桌面压力减为零时小球的速度大小 带电物体在电场中的功能转化关系 点评 涉及到能量转化题时 要找准功能对应关系 如电势能的变化看电场力做的功 弹性势能的变化 看弹力做的功 机械能的变化 看重力以外的力做的功 动能的变化 看合外力做的功 如图所示 在场强e 104n c的水平匀强电场中 有一根长l 15cm的细线 一端固定在o点 另一端系一个质量m 3g 电荷量q 2 10 6c的带正电小球 当细线处于水平位置时 小球从静止开始释放 g取10m s2 求 1 小球到达最低点b的过程中重力势能 电势能分别变化了多少 2 若取a点电势为零 小球在b点的电势能 电势分别为多大 3 小球到b点时速度为多大 绳子张力为多大 答案 1 重力势能减少4 5 10 3j电势能增加3 10 3j 2 3 10 3j1 5 103v 3 1m s5 10 2n 易错点 对电势 电势能 电场强度之间的关系理不清导致错误案例 改编题 某静电场的电场线分布如图所示 图中a b两点的电场强度的大小分别为ea和eb 电势分别为 a和 b 将 q分别放在a b两点时具有的电势能分别为epa和epb