【优化方案】高二物理 第1章第四节电势能 电势与电势差课件 教科版.ppt

第四节电势能电势与电势差 课标定位 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第四节电势能电势与电势差 课前自主学案 课前自主学案 一 电场力做功的特点在匀强电场中 电场力做功只与移动电荷的 以及 的位置有关 而与 无关 该结论也适用于任意静电场 二 电势能1 电势能 电荷在 中具有的势能叫做电势能 电荷量 起点和终点 路径 电场 2 静电力做的功与电势能变化的关系 静电力做的功等于电势能的 量 若用wab表示电荷从a点移动到b点的过程中静电力做的功 epa和epb分别表示电荷在a点和b点的电势能 公式表达为 减少 wab epa epb 3 电势能等于什么 电荷在某点的电势能 等于静电力把它从该点移动到 位置时所做的功 4 电势能零点的规定 通常把电荷在离场源电荷 处的电势能规定为零 或把电荷在 上的电势能规定为零 零势能 无限远 大地表面 能 单位正电荷 该点 参考点 零电势点 伏特 4 相对性 与电势能一样具有相对性 规定了零势点之后 才能确定电场中各点的电势 在物理学的理论研究中常取离场源 或 的电势为零 5 标量 只有大小没有方向 但有正负值 比零点高为 值 比零点低为 值 6 判断电势高低的方法 指向电势降低的方向 无限远处 大地上 正 负 电场线 2 电势差 1 定义 电场中两点间 的差值 2 电场中两点间的电势差与零电势点的选择 3 公式uab a b uba b a 可见uab uba 4 电势差是 可以是正值 也可以是负值 也叫 5 电势差的单位是 符号是 电势 无关 标量 电压 伏特 v 电势差 路径 核心要点突破 一 电势能和重力势能的对比理解 特别提醒 静电力做功和重力做功尽管有很多相似特点 但因地球产生的重力场只会对物体产生引力 但电场对电场中的电荷既可产生引力 也可产生斥力 所以计算电场力的功时要注意电荷的电性 移动的方向 场强的方向等 以便确定功的正负和电势能的变化情况 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 带电粒子以速度v0沿竖直方向垂直进入匀强电场e中 如图1 4 1所示 经过一段时间后 其速度变为水平方向 大小仍为v0 则一定有 图1 4 1 a 电场力与重力大小相等b 粒子运动的水平位移大小等于竖直位移大小c 电场力所做的功一定等于重力所做的功d 电势能的减少量一定等于重力势能的增加量 解析 选abd 带电粒子在竖直方向只受重力作用 向上做匀减速直线运动 水平方向上受电场力作用 向右做匀加速直线运动 由于速度变化量和时间相等 故位移和力的大小相等 a b正确 电场力做正功 重力做负功 大小相等 所以c错 电场力做正功时 电势能减少 重力做负功时 重力势能增加 且变化量大小相等 d正确 可知应选a b d 二 对电势的理解1 电势的相对性 1 电势是相对的 只有先确定了零电势的位置 才能确定其他点的电势 2 电场中某点的电势跟零电势位置的选择有关 3 实际问题中 常选取无限远处电势为零 还常取大地电势为零 2 电势是标量 1 电势是标量 只有大小 没有方向 2 电势有正 负 正值表示该点电势比零电势高 负值表示该点电势比零电势低 3 当规定了无限远处为零电势时 正电荷产生的电场中各点的电势均为正值 且越靠近正电荷的地方电势越高 负电荷形成的电场则相反 3 电势和电场强度的关系 特别提醒 当涉及 ep q三者关系的问题时 一定要考虑三者的正负号问题 4 电势和电势能的区别和联系 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 如图1 4 2所示 关于电场中的a b两点 下列说法中正确的是 图1 4 2 a 电势 a b 场强ea ebb 电势 a b 场强ea ebc 将 q电荷从a点移到b点静电力做了正功d 将 q电荷分别放在a b两点时具有的电势能epa epb 解析 选bc 由于b处电场线密集 所以场强ea eb 沿电场线电势降低 所以电势 a b b选项正确 将 q电荷从a点移到b点静电力做了正功 c选项正确 负电荷在电势高的a点具有的电势能反而少 所以epa epb d选项错误 三 对电势能的理解1 静电力做功与电势能变化的关系静电力对电荷做了功 电势能就发生变化 静电力对电荷做了多少功 就有多少电势能转化为其他形式的能 电荷克服静电力做了多少功 就有多少其他形式的能转化为电势能 也就是说 静电力做的功是电势能转化为其他形式的能的量度 静电力做的功等于电势能的减少量 即wab epa epb 即静电力做正功 电荷电势能一定减少 静电力做负功 电荷电势能一定增加 2 电势能的大小和计算重力势能一样 必须取参考点 也就是说 电势能的数值是相对于参考位置来说的 所谓参考位置 就是电势能为零的位置 参考位置的选取是人为的 通常取无限远处或大地为参考点 设电荷在电场中某点a的电势能为epa 移到参考点o电场力做功wao 即wao epa epo 规定o为参考点时 就有epo 0 所以epa wao 即电荷在电场中某点的电势能的大小等于把电荷从该点移到电势能为零的点的过程中电场力所做的功 3 电势能是标量 有正负 无方向 电势能为正值表示高于零电势能 负值表示低于零电势能 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 下列说法中正确的是 a 无论是正电荷还是负电荷 从电场中某点移到无穷远处时 电场力做的正功越多 电荷在该点的电势能就越大b 无论是正电荷还是负电荷 从电场中某点移到无穷远处时 电场力做的正功越少 电荷在该点的电势能越大 c 无论是正电荷还是负电荷 从无穷远处移到电场中某点时 克服电场力做功越多 电荷在该点的电势能越大d 无论是正电荷还是负电荷 从无穷远处移到电场中某点时 电场力做功越多 电荷在该点的电势能越大 解析 选ac 无穷远处的电势能为零 电荷从电场中某处移到无穷远时 若电场力做正功 电势能减少 到无穷远处时电势能减为零 电荷在该点的电势能为正值 且等于移动过程中电荷电势能的变化 也就等于电场力做的功 因此电场力做的正功越多 电荷在该点电势能越大 a正确 b错误 电荷从无穷远处移到电场中某点时 若克服电场力做功 电势能由零增大到某值 此值就是电荷在该点的电势能值 因此 电荷在该点的电势能等于电荷从无穷远处移到该点时 克服电场力所做的功 所以c正确 d错误 四 对电势差与电势关系的理解 特别提醒 1 讲电势差 必须明确是哪两点的电势差 a b间的电势差记为uab 而b a间的电势差记为uba uba b a a b uab 2 电势差的正负表示电场中两点电势的相对高低 若uab 0 则 a b 若uab 0 则 a b 电势的正负表示比零电势点的电势高还是低 a 0 说明a点电势高于零电势点电势 即时应用 即时突破 小试牛刀 4 在电场中 a b两点间的电势差uab 75v b c两点间的电势差为ubc 200v 则a b c三点电势高低关系为 a a b cb a a bd c b a 解析 选c 因为uab a b 75v 0 所以 a b 又ubc b c 200v 0 所以 b c 又uac uab ubc 75v 200v 125v 0 所以 a c 则 c a b 故正确答案为c 2 电场力做功的求解方法 1 wab quab 既适用于匀强电场 又适用于非匀强电场 2 w qed适用于匀强电场 公式中d表示初末位置间沿电场线方向的距离 3 wab epa epb ep 适用于任何电场 以上三个公式可以互相导出 应用时注意它们的适用条件 根据具体情况灵活选用公式 3 各物理量的符号问题 1 wab uab q均可正可负 wab取正号表示静电力做正功 uab取正号表示 a b q取正号表示试探电荷为正电荷 wab取负号表示静电力做负功 uab 0表示 a b q取负号表示试探电荷为负电荷 2 涉及w u q三者关系的计算时 可将各量的正负号及数值一并代入进行计算 也可以各物理量都取绝对值 电场力做功的正负要根据电荷的移动方向及所受电场力的方向的具体情况来确定 电势差的正负要看在电场中的始末位置及场强方向 c 若将1c正电荷从a点移到b点 静电力做1j的功 则两点间的电势差为1vd 若电荷由a点移到b点的过程中 除受静电力外 还受其他力的作用 则电荷电势能的变化就不再等于静电力所做的功 如图1 4 3所示 某区域电场左右对称分布 m n为对称线上的两点 下列说法正确的是 图1 4 3 课堂互动讲练 a m点电势一定高于n点电势b m点场强一定大于n点场强c 正电荷在m点的电势能大于在n点的电势能d 将电子从m点移动到n点 电场力做正功 思路点拨 由电场线的分布和方向可以确定电场强度的大小和方向 电势的高低 结合试探电荷的电性及移动才能确定电势能的大小和电场力做功情况 精讲精析 沿电场线方向 电势降低 所以m点电势一定高于n点电势 a正确 电场线的疏密程度表示电场的强弱 由题图可知 m点场强一定小于n点场强 b错 正电荷q在m点的电势能epm q m 在n点的电势能epn q n 由于 m n 所以epm epn c正确 电子在电场中受电场力的方向沿nm指向m 故从m移动到n 电场力做负功 d错误 答案 ac 规律总结 电势高低及电势能增减的判断方法 1 沿电场线方向电势越来越低 2 电场力做正功电势能减小 电场力做负功电势能增加 变式训练1如图1 4 4所示 a b c为电场中同一电场线上的三点 设电荷在电场中只受电场力作用 则下列说法中正确的是 图1 4 4 a 若在c点无初速地释放正电荷 则正电荷向b运动 电势能减少b 若在c点无初速地释放正电荷 则正电荷向b运动 电势能增加c 若在c点无初速地释放负电荷 则负电荷向a运动 电势能增加d 若在c点无初速地释放负电荷 则负电荷向a运动 电势能不变 解析 选a 若在c点释放正电荷 由于它只受到向右的电场力 故电荷在电场力作用下沿直线由c向b运动 电场力做正功 电势能减少 a对 b错 若从c点释放负电荷 电荷在向左的电场力作用下由c向a运动 电场力做正功 电势能减少 c d错 如果把q 1 0 10 8c的电荷从无穷远处移到电场中的a点 需要克服电场力做功w 1 2 10 4j 那么 1 q在a点的电势能和a点的电势各是多少 2 q在未移入电场前a点的电势是多少 思路点拨 由w ep epa 可计算出epa 根据a点的电势能可求出a点的电势 答案 1 1 2 10 4j1 2 104v 2 1 2 104v 规律总结 1 电势和电势能都具有相对性 与零势面的选择有关 2 由 ep q求电势时可得各量的 直接代入计算 这样更直接 更方便 变式训练2将带电荷量为6 10 6c的负电荷从电场中的a点移到b点 克服电场力做了3 10 5j的功 再从b移到c 电场力做了1 2 10 5j的功 则 1 电荷从a移到b 再从b移到c的过程中电势能共改变了多少 2 如果规定a点的电势能为零 则该电荷在b点和c点的电势能分别为多少 b点和c点的电势分别为多少 解析 1 wac wab wbc 3 10 5 1 2 10 5 j 1 8 10 5j 可见电势能增加了1 8 10 5j 2 如果规定a点的电势能为零 由公式得该电荷在b点的电势能为epb epa wab 0 wab 3 10 5j 同理 c点的电势能为epc epa wac 0 wac 1 8 10 5j 答案 1 增加了1 8 10 5j 2 epb 3 10 5j epc 1 8 10 5j b 5v c 3v 在电场中把一个电荷量为 6 10 8c的点电荷从a点移到b点 电场力做功为 3 10 5j 将此电荷从