高中物理 2.2 《研究电场的能的性质(一)》课件 沪科版选修31.ppt

2 2研究电场的能的性质 一 目标导航1 理解电场力做功的特点 掌握电场力做功与电势能的关系 重点 2 理解电势能 电势差的概念 重点 难点 一 研究电场力做功的特点1 电场力做功的大小 在匀强电场中任意两点间移动电荷时 电场力做的功为w l为两点沿 方向的距离 2 电场力做功的特点 在任意静电场中 电场力对电荷所做的功跟移动电荷的路径 qel 电场 无关 二 研究电荷在电场中的功能关系1 电势能 1 定义 电荷在 中具有的势能叫做电势能 用ep表示 2 大小 电荷在电场中某点的电势能等于电荷从这点移动到选定的参考点的过程中 所做的功 电场 电场力 3 相对性 电荷在电场中具有的电势能具有 性 规定了 也就是电势能零点 才有具体值 通常取 或 的电势为零 2 电场力做功与电势能的关系 1 关系 电荷在电场中从a点移动到b点的过程中 电场力所做的功等于电势能的减少量 用公式表示为 we 相对 参考点 无穷远处 大地 epa epb 2 特点 电场力对电荷做正功 则电势能一定 电场力做负功时 电势能一定 减少 增加 想一想重力做功与重力势能的变化有什么关系 你能通过类比 得出电场力做功与电势能变化的关系吗 提示 重力做正功 重力势能减少 重力做负功重力势能增加 电场力做功的特点与重力做功特点类似 故电场力做功与电势能变化的关系也与重力做功与重力势能变化关系类似 三 电势差1 定义 在电场中a b两点间移动电荷 电场力对电荷做的功wab跟电荷的电荷量q的 叫做这两点间的电势差 也叫 2 公式 uab 或wab 3 单位 在国际单位制中 电势差的单位是 简称伏 符号是 如果1c的正电荷在电场中由一点移动到另一点 电场力所做的功为1j 这两点间的电势差就是1v 比值 电压 wab q quab 伏特 v 即 1v 4 电势差是 量 电场力的功可以是正功也可以是负功 两点间的电势差可以是正值 也可以是负值 5 电子伏特 ev 如果电场中两点间的电压为1v 若电场力把一个电子由一点移动到另一点 电场力所做的功等于1ev 1ev 1j c 标 1 6 10 19j 要点1电场力做功与电势能变化 学案导引1 电场力做功的特点是什么 电场力做功与电势能变化有何关系 2 什么是电势能 如何判断电势能的高低 1 电场力做功与电势能变化的关系功是能量转化的量度 电场力做功与电势能变化的关系是电场力做功量度了电势能的变化 1 电场力做功一定伴随着电势能的变化 电势能的变化只有通过电场力做功才能实现 与其他力是否做功及做了多少功无关 2 电场力做的功等于电势能变化的负值 即wab epb epa 若电场力对电荷做正功 则电荷的电势能减少 电场力做了多少正功 电势能就减少多少 若电荷克服电场力做功 则电荷的电势能增加 克服电场力做了多少功 电势能就增加多少 3 wab epa epb的三点说明 适用范围 既适用于匀强电场 也适用于非匀强电场 既适用于正电荷 也适用于负电荷 静电力做功只能决定电势能的变化量 而不能决定电荷的电势能数值 动能或其他形式的能可以转化为电势能 减少的电势能也可以转化为电荷的动能或其他形式的能 能量之间的转化遵守能量守恒定律 2 判断电势能大小的方法 1 做功判定法 无论是哪种电荷 只要是电场力做了正功 电荷的电势能一定是减少的 只要是电场力做了负功 克服电场力做功 电势能一定是增加的 2 电场线法正电荷顺着电场线的方向移动 电势能一定减少 逆着电场线的方向移动 电势能一定增加 负电荷顺着电场线的方向移动 电势能一定增加 逆着电场线的方向移动 电势能一定减少 3 电性判定法同种电荷相距越近电势能越大 相距越远电势能越小 异种电荷相距越近电势能越小 相距越远电势能越大 有一带负电的点电荷 从电场中的a点移到b点时 克服电场力做功6 10 4j 从b点移到c点 电场力做功9 10 4j 问 1 若以a为零势能点 b c两点的电势能各为多少 a c间的电势能之差为多少 2 若以b为零势能点 a c两点的电势能各为多少 a c间的电势能之差为多少 思路点拨 求解本题应把握以下三点 1 电场力做正功w 电势能一定减少w 2 电场力做负功w 电势能一定增加w 3 某点电势能与零势能点的选取有关 精讲精析 1 从a点移到b点 克服电场力做功6 10 4j 电势能增加6 10 4j 由于a点的电势能为零 故b点电势能为6 10 4j 从b点移到c点 电场力做功9 10 4j 电势能减少9 10 4j 故c点电势能为 3 10 4j 由于a为零势能点 故a c间的电势能之差为3 10 4j 2 以b点为零势能点 电荷从a点移到b点 电势能增加6 10 4j 故a点电势能为 6 10 4j 从b点移到c点 电势能减少9 10 4j 故c点电势能为 9 10 4j a c间的电势能之差为3 10 4j 答案 1 6 10 4j 3 10 4j3 10 4j 2 6 10 4j 9 10 4j3 10 4j 规律总结 1 电势能具有相对性 与零势面的选取有关 电势能的改变量与零势能面的选取无关 2 研究电势能变化一定要通过分析电场力做功完成 这一点可类比重力势能变化与重力做功的关系 变式训练1 一个电荷只在电场力作用下从电场中的a点移到b点时 电场力做了5 10 6j的正功 那么 a 电荷在b处时将具有5 10 6j的电势能b 电荷在b处将具有5 10 6j的动能c 电荷的电势能减少了5 10 6jd 电荷的动能增加了5 10 6j 解析 选cd 电场力对电荷做了正功 表明电荷的电势能减少了 但由于不知道零势能点的位置 所以电荷在a b点的电势能无法确定 因为电荷仅在电场力作用下运动 电场力做正功 电势能转化为动能 故c d选项正确 要点2电势差与电势能 学案导引 1 电势差与电场力做功的关系 1 电势差是表示电场的能的性质的物理量 只由电场本身的性质决定 电场中的电势是相对的 而电势差是绝对的 只将绝对值代入公式计算 计算结果的正负可根据电场力的方向和位移的方向间的夹角来判断 4 在匀强电场中电势差的计算可直接利用uab e l 其中l是沿场线的长度 5 电势差的决定因素 由电场本身性质决定 与wab q无关 2 电势差与电势能的比较 如图2 2 1所示的是一匀强电场 场强e 2 102n c 现让一个电荷量q 4 10 8c的电荷沿电场方向从m点移到n点 mn间的距离l 30cm 试求 1 电荷从m点移到n点电势能的变化 2 m n两点间的电势差 图2 2 1 思路点拨 根据电场力做功与电势能变化关系及电势差的计算公式分析求解 精讲精析 1 电荷克服静电力做功为w fl qel 4 10 8 2 102 0 3j 2 4 10 6j 即电荷电势能增加了2 4 10 6j 答案 1 电荷电势能增加了2 4 10 6j 2 m n两点间的电势差为60v 变式训练2 电场中有a b两点 一个点电荷在a点的电势能为1 2 10 8j 在b点的电势能为0 8 10 8j 已知a b两点在同一条电场线上 如图2 2 2所示 该点电荷的电荷量为1 0 10 9c 那么 a 该点电荷为负电荷b 该点电荷为正电荷 图2 2 2 c a b两点的电势差大小uab 4 0vd a b两点的电势差大小无法求解 电场中的功能关系分析 经典案例 8分 如图2 2 3所示的电场中 把点电荷 q从a移动到无限远处 电场力做功为w1 图2 2 3 把点电荷 2q从a移动到无限远处 电场力做功为w2 把点电荷 nq从a移动到无限远处 电场力做功为wn 求 1 w1 w2 wn等于多少 2 q 2q nq在a点的电势能ep1 ep2 epn又是多少 3 由此可见 不同电荷在电场中同一点的电势能与电荷的带电荷量有怎样的关系 审题指导 解此题关键是掌握住从a到无限这处的电势差不变 解题样板 1 设从a点到无限远处的电势差为u 则移动三个电荷所做的功分别为 w1 qu w2 2qu w3 nqu 得 w1 w2 wn 1 2 n 3分 2 从a点移到无限远 电场力做正功 电势能减少 由于无限远处电势能为零 所以减少的电势能就等于电荷在a点的电势能 即 ep1 ep2 epn 1 2 n 3分 3 不同电荷在电场中同一点的电势能与它的电荷量成正比 2分 答案 1 w1 w2 wn 1 2 n 2 ep1 ep2 epn 1 2 n 3 不同电荷在电场中同一点的电势能与它的电荷量成正比 借题发挥 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 我们习惯上叫做电荷的电势能 电势能是标量 有正负但没方向 其正负表示大小 2 在正电荷产生的电场中 取无穷远处为零势能点 正电荷在任意一点具有