【立体设计】高考生物理 第6章 第2讲 电场能的性质的描述知识研习 新人教版选修31.ppt

1 静电力做功的特点和电势能 1 在电场中移动电荷时 静电力做的功与电荷的和位置有关 与电荷经过的无关 2 静电力做的功等于电势能的量 用公式表示为 3 电荷在某点具有的电势能 等于静电力把它从该点移动到位置时所做的功 即电势能是相对的 通常把电荷在离场源电荷的电势能规定为零 或把电荷在大地表面上的电势能规定为零 起始 终止 路径 减少 wab epa epb 零势能 无限远处 2 电势 1 定义 电势能跟电荷量的比值 对于电场中的某一点来说 是一个 这个常量的大小跟电荷 反映了的一种性质 叫做电场的 2 电势的定义公式 单位是 符号是v 3 电场线指向电势的方向 电势也是相对的 电势可以是正值 也可以是负值 只有大小 没有方向 因此是 定值 无关 该点 电势 伏 降低 标量 3 等势面 1 电场中构成的面叫做等势面 2 等势面的特点 在同一等势面上移动电荷时静电力 电场线跟等势面 并且由电势高的等势面电势低的等势面 4 电势差 1 电场中两点间的差值叫做电势差 2 电场中各点电势的大小与零势点的选取 但电场中两点的电势差与零势点的选取 电势相同的点 不做功 垂直 指向 电势 有关 无关 5 电势差与电场强度的关系 1 在匀强电场中 电场强度与电势差的关系可表示为 e 2 电场中 场强方向指向电势降低最的方向 在匀强电场中 场强在数值上等于沿方向每单位距离上的电势 技巧提示 u表示a b两点间的电势差 d表示a b两点沿电场方向的距离 或两点在电场线上的投影间的距离 此式只适用于匀强电场 快 电场 降低 即时巩固解析为教师用书独有 考点一电势和等势面1 电势高低的判断 1 依据电场线方向判断 沿电场线的方向电势降低 电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面 3 根据电势能判断 正电荷在电势较高处电势能较大 负电荷在电势较低处电势能较大 4 依据点电荷位置判断 取无穷远处电势为零 正电荷周围电势为正值 靠近正电荷处电势高 负电荷周围电势为负值 靠近负电荷处电势低 2 等势面的应用 1 利用等势面可以形象地描述电场的能的性质 2 由等势面来绘制电场线 实际中测量电势比测定场强容易 所以常用等势面研究电场 先测绘出等势面的形状和分布 再根据电场线与等势面相互垂直 绘出电场线分布 这样就知道了所研究的电场 3 静电感应的结果是使导体达到静电平衡状态 处于静电平衡状态的导体是一等势体 其表面为一等势面 案例1 2010 上海高考 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 解析 由图可以看出a处电场线更密 所以ea eb 根据对称性 a处的电势应与右侧负电荷附近对称点的电势相等 再根据沿电场线方向电势降低可以判定 b a 故c项正确 答案 c 即时巩固1 如图所示 曲线表示电场中关于x轴对称的等势面 在x轴上有a b两点 则 a a点的场强小于b点的场强b a点的场强等于b点的场强c a点的场强大于b点的场强d a点的场强方向与x轴同向 解析 电场强度的大小由电场线疏密程度决定 电场线密的地方 电场强度大 电场线垂直等势面 在三个等势线上画出电场线 会发现b处电场线密集 a正确 a点电势 a 0 6v b点电势 b 0 2v 且沿电场线方向电势降低 d正确 答案 a d 考点二电场强度 电势 电势差 电势能的比较1 如下表所示 技巧提示 电势 电势能的正 负表示大小 而电势差的正 负表示两点电势的相对高低 2 电场中的功能关系 1 只有电场力做功 电势能和动能之和保持不变 2 只有电场力和重力做功 电势能 重力势能 动能三者之和保持不变 3 除重力之外 其他各力对物体做的功等于物体机械能的变化量 4 电场力做功的计算方法 由公式w flcos 计算 此公式只在匀强电场中使用 即w qelcos 用公式wab quab计算 此公式适用于任何形式的静电场 由动能定理计算 w电场力 w其他力 ek 案例2 2010 山东理综 某电场的电场线分布如图所示 以下说法正确的是 a c点场强大于b点场强b a点电势高于b点电势c 若将一试探电荷 q由a点释放 它将沿电场线运动到b点d 若在d点再固定一点电荷 q 将一试探电荷 q由a移至b的过程中 电势能减小 解析 电场线的疏密表示电场的强弱 a项错误 沿着电场线方向电势逐渐降低 b项正确 q在a点所受电场力方向沿电场线的切线方向 由于电场线为曲线 所以 q不沿电场线运动 c项错误 在d点固定一点电荷 q后 a点电势仍高于b点 q由a移至b的过程中 电场力做正功 电势能减小 d项正确 答案 b d 即时巩固2 2009 浙江理综 空间存在匀强电场 有一电荷量q q 0 质量m的粒子从o点以速率v0射入电场 运动到a点时速率为2v0 现有另一电荷量 q 质量m的粒子以速率2v0仍从o点射入该电场 运动到b点时速率为3v0 若忽略重力的影响 则 a 在o a b三点中 b点电势最高b 在o a b三点中 a点电势最高c oa间的电势差比bo间的电势差大d oa间的电势差比bo间的电势差小 解析 正电荷由o到a 动能变大 电场力做正功 电势能减小 电势也减小 o点电势较高 负电荷从o到b速度增大 电场力也做正功 电势能减小 电势升高 b点电势比o点高 所以b点最高 a对 答案 a d 案例3 2009 福建理综 如图甲 在水平地面上固定一倾角为 的光滑绝缘斜面 斜面处于电场强度大小为e 方向沿斜面向下的匀强电场中 一劲度系数为k的绝缘轻质弹簧的一端固定在斜面底端 整根弹簧处于自然状态 一质量为m 带电荷量为q q 0 的滑块从距离弹簧上端为x0处静止释放 滑块在运动过程中电荷量保持不变 设滑块与弹簧接触过程没有机械能损失 弹簧始终处在弹性限度内 重力加速度大小为g 1 求滑块从静止释放到与弹簧上端接触瞬间所经历的时间t1 2 若滑块在沿斜面向下运动的整个过程中最大速度大小为vm 求滑块从静止释放到速度大小为vm的过程中弹簧的弹力所做的功w 3 从滑块静止释放瞬间开始计时 请在乙图中画出滑块在沿斜面向下运动的整个过程中速度与时间关系v t图象 图中横坐标轴上的t1 t2及t3分别表示滑块第一次与弹簧上端接触 第一次速度达到最大值及第一次速度减为零的时刻 纵坐标轴上的v1为滑块在t1时刻的速度大小 vm是题中所指的物理量 本小题不要求写出计算过程 解析 本题考查的是电场中斜面上的弹簧类问题 涉及到匀变速直线运动 运用动能定理处理变力功问题 最大速度问题和运动过程分析 1 滑块从静止释放到与弹簧刚接触的过程中做初速度为零的匀加速直线运动 设加速度大小为a 则有qe mgsin ma 2 滑块速度最大时受力平衡 设此时弹簧压缩量为x1 则有mgsin qe kx1 从静止释放到速度达到最大的过程中 由动能定理得 即时巩固3 如图所示 倾角为 的斜面处于竖直向下的匀强电场中 在斜面上某点以初速度为v0水平抛出一个质量为m的带正电小球 小球在电场中受到的电场力与小球所受的重力相等 地球表面重力加速度为g 设斜面足够长 问 1 小球经多长时间落到斜面 2 从水平抛出至落到斜面的过程中 小球的电势能如何变化