高中物理 第一章 静电场 4电势能电势与电势差课件 教科版选修31.ppt

4电势能电势与电势差 重力做功与路径无关 只与初 末位置的高度差有关 复习回顾 wg ep1 ep2 物体从a沿直线运动到b 物体从a沿任意曲线运动到b 1 类比重力做功 理解电场力做功的特点 2 用类比法研究电场能的性质 理解电势能 电势 电势差之间的联系 3 会从电场力做功的角度分析电势能 电势的变化 重点 4 了解用等势面描述电场的方法 一 电场力做功的特点 一个电荷在电场中某点由静止释放 将如何运动 在电场力作用下电荷将做加速运动 一段时间后 电荷的动能增加 是什么能转化为电荷的动能呢 在匀强电场中移动电荷时 静电力做的功与电荷经过的路径无关 只与电荷的起点位置和终点位置有关 对于非匀强电场也适用 b m a f q wab f ab cos qe am 把正电荷沿不同路径从a点移到b点 电场力做功有何不同 e 类比 重力和电场力做功的特点 做功的过程是一个能量转化的过程 重力做功改变物体的重力势能 与重力势能类似 电荷在静电场中也具有势能 叫做电势能 用符号ep表示 正电荷从a点移到b点时 静电力做正功 电荷的电势能减少 正电荷从b点移到a点时 静电力做负功 即电荷克服静电力做功 电荷的电势能增加 如果是负电荷情况相反 二 电势能 电场力做的功等于电势能的减少量 重力做正功 重力势能减少 电场力做正功 电势能减少 重力做负功 重力势能增加 电场力做负功 电势能增加 电荷在电场中具有的与其位置有关的能量 电势能为负表示电荷在该处的电势能比零还要小 2 电势能是电荷和电场所共有的 具有系统性 1 电势能是相对的 与零电势能面有关 3 电势能是标量 通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为零 或把电荷在大地表面上的电势能规定为零 注意 用类比法研究电场能的性质 重力场 电场 势差 1 wab g wab g 恒量hab 1 wab q wab q 恒量uab 2 比值定义法 高度差hab wg g 2 比值定义法 电势差uab wab q hab与g无关 只取决于始 末的位置 uab与q 包括大小 正负 无关 只取决于始 末的位置 1 定义 规定a b两点的电势之差 a b为a b两点的电势差 3 单位 伏特 v 4 电势差是标量 1v 1j c 2 定义式 正负代表一点比另一点电势高或低 电场中a b两点间的电势差uab 在数值上等于把单位正电荷由a点移动到b点时 电场力所做的功wab 三 电势差 wab quab 6 电场力做功 5 决定因素 wab跟路径无关 uab也跟路径无关 且跟wab和q都无关 只是由电场本身和两点位置决定 7 拓展 电子伏特 电子伏特 1 定义 1电子伏特 简称电子伏 符号 ev 就是在电压为1v的两点间移动一个电子时电场力所做的功 2 应用 在w qu中 q 元电荷 u 伏 w 电子伏特 3 物理意义 电子伏特是电场力的功的一种单位 即为能量单位 4 电子伏与焦耳的关系 1ev 1 6 10 19j 用类比法研究电场能的性质 重力场 电场 高度是特殊的高度差 电势是特殊的电势差 高度差hab ha hb ha hao ha ho ha hao wao g uab a b a uao a o a uao wao q 一般取地面或最低点为参考点 一般取无穷远处或电场中的接地点为参考点 1 定义 场中某点的电势数值上等于把单位正电荷由该点移动到参考点 零电势点 时电场力所做的功 4 单位 伏特 v 3 标量 正负代表高低 5 电势差和电势的关系 四 电势 2 公式 1 高度差 高度与零高度点的选择有关吗 2 电势差 电势与零电势点的选择有关吗 交流讨论 a b c d 0v 1v 2v 3v 高度差是绝对量 高度是相对量 e 0v 1v 2v 1v 电势差和电势的关系 电势差是绝对量 电势是相对量 电势差与零电势点的选取无关 电势差是绝对量 但电势是相对零电势点而言的 与零电势点的选取有关 电势是一个相对量 电场中a b两点的电势之差等于a b两点的电势差 结论 沿着电场线方向电势越来越低 在电场中沿着场强方向移动电荷 电场力做功 电势将如何变化 沿着电场线的方向将正试探电荷从a点移到b点 取无穷远处电势为零时 正电荷电场中各点电势都大于零 负电荷电场中各点电势都小于零 思考 怎样比较电场中两点电势的高低呢 方法一 根据电场线方向来确定电势高低 沿着电场线的方向 电势逐渐降低 简称 电势顺电场线降低 方法二 根据电势差定义式来判断 方法三 根据电势的表达式来判断 方法四 如果电荷只在静电力作用下由静止开始运动 正电荷由电势高的点移向电势低的点 负电荷由电势低的点移向电势高的点 1 等势面 电场中电势值相等的各点构成的曲面 通常相邻等势面之间的电势差相等 称为等差等势面 2 典型电场的等势面 发展空间 等势面 一个正点电荷形成的电场的等势面 匀强电场的等势面 等量异种点电荷形成的电场的等势面 两个等量正点电荷形成的电场的等势面 等势面的特点 1 在同一等势面上的任意两点间移动电荷 电场力不做功 2 电场线与等势面处处垂直 且由电势较高的等势面指向电势较低的等势面 电场线方向就是电势降落最快的方向 3 等势面密处场强大 电场线密 等势面疏处场强小 电场线疏 4 不同等势面在空间不相交 不相切 5 匀强电场的等势面是一组相互平行的疏密均匀的平面 例题 如图所示a b c为电场中的三个点 已知b点电势为零 现将一电量q 10 5c的正点电荷由a点移到c点电场力做功w1 8 10 5j 将该电荷由c点移到b点电场力做功w2 2 10 5j 试求a c两点的电势 q已知 思路分析 分析法 解析 地球附近的引力场 存在于电荷周围的场 重力场强度g g m 方向 竖直向下 电场强度e f q 方向 正电荷在该点所受电场力的方向 重力g mg 电场力f qe wab mghab只与始 末位置有关 与路径无关 wab quab只与始 末位置有关 与路径无关 高度差hab ha hb 与参考点选取无关 电势差uab a b 与参考点选取无关 重力势能ep mgh 与参考平面选取有关 电势能epa q a 与参考点选取有关 重力做正功 重力势能减少 转化为其他形式的能 重力做负功 重力势能增加 wab epa epb 电场力做正功 电势能减少 转化为其他形式的能 电场力做负功 电势能增加 高度h与参考点的选取有关 具有相对性 电势 与参考点的选取有关 具有相对性 1 将一电量为的点电荷从电场外一点p移至电场中某点a 电场力做功 求a点的电势 解析 场外一点p的电势为 从pa 电场力做的功w epa 注意 计算电势首先要规定零电势点 且电势可以为负 2 2013 广东高考 喷墨打印机的简化模型如图所示 重力可忽略的墨汁微滴 经带电室带负电后 以速度v垂直匀强电场飞入极板间 最终打在纸上 则微滴在极板间电场中 a 向负极板偏转b 电势能逐渐增大c 运动轨迹是抛物线d 运动轨迹与带电量无关 c 3 下列关于电场的描述 正确的是 a 电场中某点电势的大小 正负与零电势点的选取有关b 电场中两点间的电势差与零电势点的选取有关c 同一点电荷在电场中的不同点时 电荷的电势能较大处电势一定较高d 同一点电荷在电场中任意两点间移动时 若电场力做功相同 则两点间的电势差相同 ad 4 关于等势面说法正确的是 a 电荷在等势面上移动时不受电场力作用 所以不做功b 等势面上各点的场强大小相等c 等势面一定跟电场线垂直d 两等势面不能相交 cd 5 将带电量为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点移到c点 电场力做了1 2 10 5j的功 则 1 电荷从a点移到b点 再从b点移到c点的过程中电势能共改变了多少 增加了1 8