高考物理 核心要点突破系列 第13章 第六节《等势面》课件 新人教版选修31.ppt

第六节等势面 目标概览学习目标 1 知道什么是等势面 知道等势面的特点 2 知道处于静电平衡状态的导体是等势体 导体表面是等势面 3 熟悉常见的几种等势面形状 4 知道实际中常取地球或与地球相连的导体作为零电势的参考位置 重点难点 1 重点 理解等势面的特点 2 难点 从等势面的分布来确定电场线的大致分布 学法指导 利用等势面 进一步形象地认识电场 注意联系电场线及电势 电势差的计算 第六节等势面 课堂互动讲练 随堂达标自测 课时活页训练 基础知识梳理 核心要点突破 基础知识梳理 一 等势面1 定义 电场中 的各点构成的面叫等势面 2 等势面的特点 1 等势面一定跟电场线 2 在同一等势面上移动电荷 电场力 3 电场线总是从 的等势面指向 的等势面 4 任意两个等势面 相交 电势相等 垂直 不做功 电势高 电势低 不 二 电场中常见的几种等势面的形状1 点电荷的电场的等势面是 的一簇球面 如图13 6 1所示 图13 6 1图13 6 2 以点电荷为中心 2 等量异种点电荷的电场的等势面如图13 6 2所示 两点电荷连线的 为一个等势面 3 等量同种点电荷的电场的等势面如图13 6 3所示 图13 6 3图13 6 4 垂直平分线 4 匀强电场的等势面是 的一簇平面 如图13 6 4所示 图13 6 55 形状不规则的带电导体附近的电场线及等势面 如图13 6 5所示 平行且间距相等 三 处于静电平衡状态的导体1 处于静电平衡状态的导体的电势特点 1 处于静电平衡状态的导体是一个 其表面为一 2 在导体上移动电荷 电场力 功 在表面上移动电荷 电场力也 功 3 处于静电平衡状态的导体上净电荷产生的电场 其电场线 导体表面 等势体 等势面 不做 不做 垂直 提示 1 电势为零的等势面上的电场强度一定为零吗 2 能根据等势面判断电场的方向和强弱吗 2 静电平衡下的地球及与之相连的导体是 所以实际中常取地球或与之相连的导体的电势为零 思考 提示 1 不一定 2 电场线垂直于等势面 电场线方向由电势高的等势面指向电势低的等势面 等差等势面的疏密表示电场的强弱 等势体 核心要点突破 一 电场线与等势面1 电场线反映电场的分布情况 是一组不闭合的有向曲线 既反映场强的大小 也反映场强的方向 而等势面 是电场中电势相等的点构成的面 可以是封闭的 也可以是不闭合的 2 在同一电场线上移动电荷 电场力要做功 在同一等势面上移动电荷 电场力不做功 3 电场线与等势面总是垂直的 并且电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面 特别提醒1 电场线密集的区域等势面也密集 反之亦然 2 可以通过等势面分布作出电场线分布帮助分析问题 二 等量同种 异种点电荷的等势面分布特点 特别提醒在等量异种电荷形成的电场中 若沿中垂线移动电荷至无穷远 电场力不做功 则若取无穷远处电势为零时 中垂线上各点的电势也为零 因此从中垂线上某点移动电荷到无穷远 电场力做功仍为零 即使应用如图13 6 6所示 在等量的异种点电荷形成的电场中 有a b c三点 a点为两点电荷连线的中点 b点为连线上距a点距离为d的一点 c点为连线中垂线距a点距离也为d的一点 则下面关于三点电场强度的大小 电势高低的比较 正确的是 图13 6 6 a ea ec eb ua uc ubb eb ea ec ua uc ubc eaub ua ucd 因为零电势点未规定 所以无法判断电势的高低解析 选b 点a b在同一条电场线上 ua ub 点a c在同一条等势线上 ua uc 但b点处的电场线较密 c点处的电场线较疏 故选项b正确 三 带电粒子在等势面之间的运动问题处理带电粒子在等势面之间的运动问题 常需分析带电粒子的运动轨迹及运动过程中的速度 动能及电势能的变化等 1 从轨迹分析带电粒子的速度方向和受力方向 利用合外力方向总指向曲线凹侧这一特点可以方便地判断带电粒子所受合外力的方向 2 在只有电场力做功的情况下 动能和电势能的总和不变 3 在同一等势面上移动电荷 或从某一等势面开始运动 最后再回到这一等势面 电场力做功为零 4 非同一等势面 在匀强电场中w qu eqd 第七节将讲到此公式 在非匀强电场中w qu 另外还可以利用动能定理 机械能守恒定律 能量转化和守恒定律 功能关系等来解决带电粒子在等势面之间的运动问题 如图13 6 7所示为一固定点电荷的电场中同一电场线上的三点 ab bc 则比较三点 1 场强大小 2 电势高低 3 uab ubc 4 正电荷在a b c三点的电势能 5 作出过a b c的等势面 课堂互动讲练 图13 6 7 解析 1 电场线越密 场强越大 ea eb ec 2 沿电场线方向电势逐渐降低 a b c 3 假设一正电荷从a b 电场力做功为w1 从b c 电场力做功为w2 因为在a b过程中的电场力小于b c过程中的电场力 故w1 w2 又w q u 所以uab ubc 4 正电荷由a b c 电场力始终做正功 电势能一直减小 a b c 5 等势面与电场线垂直 如图13 6 8所示 图13 6 8 答案 1 ea eb ec 2 a b c 3 4 a b c 5 如解析图所示 思维升华 要掌握运用电场线和等势面来判断电场的性质 要会根据电场线画等势面 或者根据等势面画电场线 如图13 6 9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 则下面的说法中正确的是 图13 6 9 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 解析 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 答案 cd 思维升华 判断带电粒子在电场中的运动情况 要注意结合等势面的分布与电场线或场强分布的关系 注意从粒子的轨迹中分析粒子受力情况及做功和能量转化 在同一等势面移动电荷 电场力总不做功 注意不要将等势面和电场线混淆 如图13 6 10所示 实线为电场线 虚线为等势面 相邻两等势面间的电势差相等 一个正电荷在等势面l3处时动能为20j 运动到等势面l1处时的动能为零 现取l2为零势能参考平面 则当此电荷的电势能为4j时 它的动能为 不计重力及空气阻力 图13 4 8 a 16jb 10jc 6jd 4j 解析 由于不计重力和空气阻力 正电荷在电场中仅受到电场力的作用 则此正电荷的电势能与动能之和保持不变 当正电荷运动到等势面l2时 由于电场为匀强电场 所以正电荷在等势面l2时动能为10j 电势能为零 即电势能与动能之和为10j 故当此电荷的电势能为4j时 它的动能为6j c正确 a b d错