高中物理 第一章 静电场 4 电势能和电势课件 新人教版选修3-1

第一章 静电场 4电势能和电势 课前预习 1 特点在静电场中移动电荷时 静电力做的功与电荷的 位置和 位置有关 与电荷经过的路径 2 适用范围该结论对于匀强电场和非匀强电场均适用 静电力做功的特点 起始 终止 无关 1 概念电荷在 叫做电势能 可用Ep表示 2 大小电荷在某点的电势能 等于静电力把它从该点移动到 时所做的功 电势能 电场中的势能 零势能位置 3 与电场力做功的关系静电力做的功等于电势能的 用公式表示WAB 电场力做正功 电势能 电场力做负功 电势能 4 相对性电势能的数值大小与 的选取有关 通常把离场源电荷 或 的电势能规定为零 减少量 EPA EPB 减小 增加 零势能点 无穷远处 地球表面 1 定义电荷在电场中某一点的 与它的 的比值 叫做这一点的电势 3 单位 符号是V 电势 电势能 电荷量 伏特 4 特点 1 相对性 电场中各点电势的高低 与所选取的 的位置有关 2 标量性 电势是标量 只有大小 没有方向 但有 5 判断电势高低的办法 1 在电场中沿着电场线的方向 电势逐渐 2 在电场力作用下 静止的正电荷从 移向 电势零点 正负 降低 高电势 低电势 1 定义在电场中 叫做等势面 2 等势面特点 1 等势面上各点电势相等 在等势面上移动电荷电场力 2 等势面一定跟电场线 而且电场线总是由电势较高的等势面指向 的等势面 3 规定 画等势面时 相邻两等势面间电势差相等 这样 在等势面密处电场强度 在等势面疏处 电场强度 等势面 电势相等的点组成的面 不做功 垂直 电势较低 较大 较小 判一判 1 电势能既有正值 也有负值 是矢量 2 计算电势能时 不一定选取大地表面为零势能面 3 电场力做功是电势能变化的原因 电场力做正功 电势能增加 4 在电势越高的地方 同一正电荷的电势能越大 5 电场线与等势面可能不垂直 6 两个等势面可以相交 B 解析 沿着电场线电势降低 所以电势 A B 电场线越密的地方电场强度越大 所以场强EA EB 选项A错误 选项B正确 正电荷从A点移到B点 电场力对正电荷的作用力方向向右 做正功 选项C错误 根据Ep q 知 A点的电势高 则负电荷在A点的电势能小 选项D错误 综上本题选B 解析 不同等势面电势不相等 若两等势面相交 则在交点处电势就有两个值 这与实际相矛盾 所以两等势面不相交 课内探究 探究一对静电力做功 电势能的理解 提示 电场力做正功 或负功 时 其电势能减小 或增大 1 对静电力做功特点的理解 1 静电力对电荷所做的功 与电荷的初末位置有关 与电荷经过的路径无关 该结论适用于任何静电场 2 无论带电体在电场中做直线运动还是做曲线运动 无论带电体只受静电力作用还是受多个力作用 无论静电力做正功还是做负功 静电力做功的特点不变 2 电势能的特点 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 我们习惯上说成电荷的电势能 2 电势能是标量 有正负但没有方向 其正负表示大小 3 电势能是相对的 其大小与选定的参考点有关 确定电荷的电势能 首先应确定参考点 也就是零势能点的位置 3 电势能增减的判断方法 1 做功判断法无论正 负电荷 只要电场力做正功 电荷的电势能一定减小 只要电场力做负功 电荷的电势能一定增大 2 电场线判断法正电荷顺着电场线的方向移动时 电势能逐渐减小 逆着电场线的方向移动时 电势能逐渐增大 负电荷顺着电场线的方向移动时 电势能逐渐增大 逆着电场线的方向移动时 电势能逐渐减小 4 电势能与重力势能的比较 解题指导 涉及到能量转化题时 要找准功能对应关系 如电势能的变化看电场力做的功 弹性势能的变化 看弹力做的功 机械能的变化 看重力以外的力做的功 动能的变化 看合外力做的功 D 解析 滑块受到的电场力是两个电荷对它作用力的合力 在PQ的中点 两个电荷对滑块作用力的合力为0 从M向右电场力先减小 过PQ的中点 电场力又增大 但不知道N点是否在中点右侧 故不能确定具体变化 故A错误 若N点在中点右侧 则在PQ中点的左侧所受电场力向右 在PQ中点的右侧 所受电场力向左 可见电场力先做正功后做负功 电势能先减小后增大 故B错误 因水平面不光滑 知内能增加 则动能与电势能之和减小 故C错误 因水平面不光滑 PM间距不等于QN间距 在水平方向上除了受电场力以外 还受摩擦力 则运动到速度为0的位置在M对称点的左侧 所以PM QN 故D正确 提示 电势逐渐降低 不一定 探究二对电势的理解 1 电势的特点 1 电势具有相对性 电势是相对的 电场中某点的电势高低与零电势点的选取有关 通常将离场源电荷无穷远处 或是地球表面选为零电势点 2 电势是标量 电势是只有大小 没有方向的物理量 在规定了电势零点后 电场中各点的电势可能是正值 也可能是负值 正值表示该点的电势高于零电势 负值表示该点的电势低于零电势 显然 电势的正负只表示大小 不表示方向 2 电势高低的判断方法 1 电场线法 沿电场线方向 电势越来越低 2 场源电荷判断法 离场源正电荷越近的点 电势越高 离场源负电荷越近的点 电势越低 3 电势能判断法 对于正电荷 电势能越大 所在位置的电势越高 对于负电荷 电势能越小 所在位置的电势越高 3 电势能与电势的区别与联系 B 解题指导 解答本题时应按以下思路分析 解析 粒子与重原子核均带正电 二者之间存在斥力作用 且仅有斥力作用 故两者靠近时斥力做负功 动能减小 电势能增大 远离时斥力做正功 动能增大 电势能减小 综上可知 粒子在Q点时动能最大 速率也最大 A项错误 粒子在N点时电势能最大 B项正确 在正电荷的电场中 场源电荷处电势最高 距场源电荷越远电势越低 M点离O点较近 该点电势较高 C项错误 因在Q点时粒子的动能比在M点时的动能大 故在从M到Q的过程中电场力做的总功为正功 D项错误 AB 解析 电场线越密集 表示该处的电场强度越大 故a点的电场强度比b点的大 选项A正确 顺着电场线方向电势逐渐降低 故a点电势比b点的高 选项B正确 检验电荷 q从a点移到b点 电场力做负功 电势能增加 故选项C D错误 提示 1 实线是电场线 虚线是等势面 两者互相垂直 2 A点电势高 3 C点场强大 探究三对等势面的理解 1 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 2 几种常见的电场的等势面分布 特别提醒 1 已知等势面的情况时 可作等势面的垂线来确定电场线 并由 电势降低 的方向确定电场线方向 2 已知电场线时 可作电场线的垂线来确定等势面 并由 沿电场线方向电势降低 确定等势面的电势高低 AB 解题指导 根据电场线与等势面垂直的特点 判断出电场线的大致方向是解决该类问题的关键 解析 根据电场线与等势面垂直并指向电势低的等势面 可大致画出电场线的形状 粒子在静电力的作用下轨迹向下弯曲 根据曲线运动的特点 可以说明静电力指向轨迹内侧 与电场强度方向相反 所以粒子带负电 选项A正确 等势面先是平行等距 后变得稀疏 则电场先是匀强电场 后是非匀强电场 即静电力先不变 后变小 粒子的加速度先不变 后变小 选项B正确 从A到B静电力做负功 所以粒子的速度减小 选项C错误 静电力始终做负功 由功能关系可知 粒子的电势能始终增大 所以选项D错误 D 解析 由电场的等势面分布图可判断P Q为等量异种点电荷 Q带负电 选项A错误 电场强度是矢量 a b两点的电场强度方向不同 选项B错误 根据等势面可画出电场线的分布 沿电场线方向电势降低 可判c点电势高于d点的电势 选项C错误 负电荷由a到c 电场力做正功 电势能将减少 选项D正确 素养提升 误区1 在电场强度越大的地方 同一个点电荷具有的电势能也越大 点拨 电场强度的大小与点电荷的电势能大小并无必然的联系 电场强度小的地方 所放点电荷的电势能可能大 误区2 电势能是一种能量 不可能为负值 点拨 电势能是相对量 在规定了电势能的零位置 例如A位置 后 如果某电荷在电场中B位置的电势能小于在A位置的电势能 则该电荷在B位置的电势能便是负值 误区3 比较电场强度大小的方法与比较电势能大小的方法相同 点拨 电场强度是矢量 比较电场强度的大小是比较其绝对值的大小 电势能是标量 比较电势能的大小与代数中比较大小的方法一样 CD 解析 由点电荷