高中物理 2.3 《研究电场的能的性质(二)》课件 沪科版选修31.ppt

2 3研究电场的能的性质 二 目标导航1 理解电势的概念及电势和电势能的相互关系 重点 难点 2 理解等势面的概念及等势面和电场线的关系 重点 3 理解匀强电场中电势差跟电场强度的关系uab ed 并能用公式解决有关问题 重点 一 电势1 定义 把电荷在电场中某一点的 跟其 的比值 叫做这一点的电势 2 定义式 电势能 电荷量 3 单位 伏特 符号v 4 标量 没有方向 只有大小 但有正负 表示电势比零点高或比零点低 5 物理意义 描述电场的能的性质的物理量 6 电势差与电势的关系 uab a b 电场中某点的电势等于该点与零电势点的电势差 7 电势的相对性 某点的电势的大小跟 的选择有关 常取离电荷无限远处的电势为零 在实际应用中 常常取大地的电势为零 二 电场的等势面1 定义 物理学中把电场中 相等的点构成的线 面 叫做等势线 面 零电势点 电势 2 性质 在同一等势线 面 上移动电荷 电场力 3 处在静电平衡的导体 导体表面是一个 导体是一个 导体表面处的电场线与表面 4 常见电场的等势面 点电荷的电场的等势面是一簇 面 匀强电场的等势面是一簇 面 不做功 等势面 等势体 垂直 球 平 想一想1 电场中的等势线和地理上的等高线有哪些相似之处 提示 等势线是电场中电势相等的点连成的线 疏密可用来表示场强的大小 等高线是地理上高度相同点的连线 其疏密反映坡度的缓陡 两种表示方式都能使研究问题形象化 三 电势差与电场强度的关系1 公式u ed 表明在匀强电场中 沿场强方向的两点间的电势差等于场强与这两点间距离的 2 公式e 表明在匀强电场中 电场强度在数值上等于沿场强方向每单位距离上的 乘积 电势差 想一想提示 能 e u d虽然仅适用于匀强电场 但对于非匀强电场 可以用它来解释等差等势面的疏密与场强大小的关系 如u一定时 e大 则d小 即场强越大 等差等势面越密 要点1对电势的理解 学案导引1 电势有正 负 电势是标量吗 2 电势为零处场强为零吗 电势越高场强越大吗 1 电势的特点 1 电势是表征电场能的性质的物理量 是由场源电荷决定的 与试探电荷无关 可以用试探电荷在电场中的电势能和它所带电荷量的比值反映出电势的大小 2 电势具有相对性 只有先确定了零电势位置之后 才能确定电场中其它点的电势 所以电场中某点的电势跟零电势位置的选择有关 理论上通常选取无限远处为零电势位置 在实际处理问题时 也经常取地球为零电势位置 3 电势是标量 但是有正 负 某点的电势大于零 表明该点的电势高于零电势 某点的电势小于零 表明该点的电势低于零电势 所以电势的正 负反映的是电势的高低 2 电势与电场强度的比较 在两点间移动正电荷 如果电场力做正功 则电势能减小 电势降低 如果电场力做负功 则电势能增大 电势升高 在两点间移动负电荷 如果电场力做正功 则电势能减小 电势升高 如果电场力做负功 则电势能增大 电势降低 特别提醒 电场中某点电势的高低与电场强度的大小无关 即电势高处电场强度不一定大 2011 高考海南卷 关于静电场 下列说法正确的是 a 电势等于零的物体一定不带电b 电场强度为零的点 电势一定为零c 同一电场线上的各点 电势一定相等d 负电荷沿电场线方向移动时 电势能一定增加 思路点拨 解此题注意三点 1 电势 电场强度 电势能的概念 2 电场力做功与电势能的变化 3 电势高低的判断方法分析 精讲精析 电场强度和电势没有必然的联系 但顺着电场线的方向电势逐渐降低 因此a b c不正确 负电荷沿电场线方向移动时 电场力做负功 电势能一定增加 d选项正确 答案 d 易误警示 此题易出现选b项的错误 认为电场强度为零 电势就为零 电场强度和电势分别从力的角度和能的角度描述电场 两者没有必然联系 变式训练1 空间有一沿x轴对称分布的电场 其电场强度e随x变化的图像如图2 3 1所示 下列说法中正确的是 a o点的电势最低b x2点的电势最高c x1和 x1两点的电势相等d x1和x3两点的电势相等 图2 3 1 解析 选c 电势高低与场强大小无必然联系 o点场强为0 电势不一定最低 a错 x2点是场强正向最大的位置 电势不是最高 b错 将电荷从x1移到 x1可由题图知电场力做功为零 故两点电势相等 而把电荷从x1移到x3电场力做功不为零 c对 d错 要点2对等势面的理解 学案导引1 等势面具有哪些特点 其用途有哪些 2 等势面和电场线有哪些关系 1 几种典型电场等势面的分布 2 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 3 等势面与电场线的关系等势面和电场线都是为了形象地描述电场而引入的 电场中电势相等的点构成的面是等势面 而电场线上每一点的切线方向就是该点的场强方向 二者既有区别又有联系 具体关系如下 如2 3 2图所示 虚线a b c表示电场中的三个等势面与纸平面的交线 且相邻等势面之间的电势差相等 实线为一带正电荷粒子仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹 m n是这条轨迹上的两点 则下面说法中正确的是 图2 3 2 a 三个等势面中 a的电势最高b 对于m n两点 带电粒子通过m点时电势能较大c 对于m n两点 带电粒子通过m点时动能较大d 带电粒子由m运动到n时 加速度增大 思路点拨 解此题应注意以下几点 1 等势面一定与电场线垂直 2 电场线总由电势高的等势面指向电势低的等势面 3 同一等势面上移动电荷电场力不做功 精讲精析 由于带电粒子做曲线运动 所受电场力的方向必定指向轨道的凹侧 且和等势面垂直 所以电场线方向是由c指向b再指向a 根据电场线的方向是指电势降低的方向 故 c b a 选项a错 带正电荷粒子若从n点运动到m点 场强方向与运动方向成锐角 电场力做正功 即电势能减少 若从m点运动到n点 场强方向与运动方向成钝角 电场力做负功 电势能增加 故选项b错 根据能量守恒定律 电荷的动能和电势能之和不变 故粒子在m点的动能较大 选项c正确 由于相邻等势面之间电势差相等 因n点等势面较密 则en em 即qen qem 由牛顿第二定律知 带电粒子从m点运动到n点时 加速度增大 选项d正确 答案 cd 方法指引 对于等势面和带电粒子运动相结合的问题 首先要根据粒子的运动轨迹判断受力情况 以便研究电场力对运动电荷的做功情况 若电荷从电场中某一等势面出发 最后又回到该等势面 电场力做的总功为零 但在运动过程中存在电场力做功 变式训练2 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2 3 3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 图2 3 3 d 正电荷从e点沿图中虚线移到f点 电势能先减小后增大解析 选cd a点的等势面比b点的稀疏 故a点的场强比b点的小 a错 c点电势低于d点 正电荷从c点移到d点 即正电荷向高电势处移动 电场力做负功 b错 a点电势低于c点 从a到c 把负电荷移向高电势 电场力做正功 c对 从e到f 电势先变低后变高 故沿此方向移动正电荷 电场力先做正功 后做负功 电势能先减小后增大 d对 要点3电势差与电场强度的关系 学案导引1 电场强度越大 两点间的电势差越大吗 2 公式u e d的适用条件是什么 d指的是什么 1 电势差与电场强度的区别与联系 2 利用u ed计算时应注意 1 该公式只适用于匀强电场 2 公式中的d为场强方向上两点间的距离 在场强为4 0 103n c的匀强电场中有相距5 0cm的a b两点 两点连线与场强方向成30 角 求a b两点间的电势差 思路点拨 根据公式u ed中d的意义求解 精讲精析 图2 3 4 答案 1 7 102v 规律总结 1 用匀强电场的场强与电势差的关系解题时 一定要注意d应该是沿场强方向的距离 另外要注意必须使用国际单位 2 通过此题可以看出场强方向是电势降落最快的方向 即是通过相同距离电势降落最大的方向 这个结论对非匀强电场也成立 变式训练3 如图2 3 5所示是一个匀强电场的等势面 每两个相邻等势面相距2cm 由此可以确定电场强度的方向和数值是 a 竖直向下 e 100v mb 水平向左 e 100v mc 水平向左 e 200v md 水平向右 e 200v m 图2 3 5 应用功能关系解决电场问题 经典案例 12分 如图2 3 6所示 光滑绝缘细杆竖直放置 它与