浙江省高三物理复习 第6章 第3讲 电场能的性质课件 新人教版.ppt

第3讲电场能的性质 一 电势能1 定义 因电场对电荷有作用力而产生的由电荷相对位置决定的能量叫电势能 2 电势能具有相对性 通常取无穷远处或大地为电势能的零点 3 电势能大小 电荷在电场中某点的电势能在数值上等于把电荷从这点移到电势能为零处电场力所做的功 4 电场力做功是电势能变化的量度 电场力对电荷做正功 电荷的电势能减少 电荷克服电场力做功 电荷的电势能增加 电场力做功的多少和电势能的变化数值相等 这是判断电荷电势能如何变化的最有效方法 二 电势电势 电场中某点的电势 等于单位正电荷由该点移动到参考点 零电势点 时电场力所做的功 电势用字母 表示 三 等势面 电场中电势相等的点构成的面1 意义 等势面表示电势的高低 2 典型电场的等势面 1 匀强电场 2 点电荷电场 3 等量的异种点电荷电场 4 等量的同种点电荷电场 3 等势面的特点 1 同一等势面上的任意两点间移动电荷电场力不做功 2 等势面一定跟电场线垂直 电场线总是从电势较高的等势面指向电势较低的等势面 四 电势差1 电势差 电荷q在电场中由一点a移动到另一点b时 电场力所做的功wab与电荷量的q的比值 电势差由电场的性质决定 与零电势点选择无关 2 电场力做功 在电场中ab两点间移动电荷时 电场力做功等于电量与两点间电势差的乘积 wab q uab注意 1 该式适用于一切电场 2 电场力做功与路径无关 3 利用上述结论计算时 均用绝对值代入 而功的正负 借助于力与移动方向间关系确定 五 电势差与电场强度关系1 电场方向是电势降低最快的方向 在匀强电场中 电势降低是均匀的 2 匀强电场中 沿场强方向上的两点间的电势差等于场强和这两点间距离的乘积 u e d注意 1 该式只适用于匀强电场 2 d是沿电场方向上的距离 一 比较电场中电势的高低例1 图6 3 1中a b中为竖直向上的电场线上的两点 一带电粒子在a点由静止释放 沿电场线向上运动 到b点时恰好速度为零 下列说法中正确的是 a 带电粒子在a b两点所受的电场力都是竖直向上的b a点的电势比b点的电势高c 带电粒子在a点的电势能比在b点的电势能小d a点的电场强度比b点的电场强度大 图6 3 1 ad 解析 粒子从a点静止释放 到b点速度又变为零 运动过程为先加速后减速 由于粒子受到重力和电场力作用 且a b在同一电场线上 因此电场力方向均竖直向上 故a正确 在a点电场力大于重力 在b点电场力小于重力 说明a点的场强大于b点场强 d正确 且电场力做正功 电势能减小 所以带电粒子在a点电势能大 在b点电势能小 故c错 由于电场方向不确定 粒子的电性也不确定 因此不能判定a b电势的高低 b错 故答案为ad 点评 比较电场中电势的高低常用的方法有 1 根据电场线的方向 沿电场线的方向电势降低 2 根据电势同电势差的关系uab a b 若uab 0 a b 若uab 0 则 a b 3 根据电势同电势能的关系 分别将电势能和电荷带符号代入 根据电势的结果判断 变式训练1 将一个电荷量为q 3 10 10c的点电荷从电场中的a点移到b点的过程中 克服电场力做功6 10 9j 已知a点的电势为 a 4v 求b点的电势 二 电场力做功与电势能的改变例2 为使带负电的点电荷q 不计重力 在一匀强电场中沿直线匀速地由a运动到b 必须对该电荷施加一个恒力f 如图6 3 2所示 若ab 0 4m 37 q 3 10 7c f 1 5 10 4n a点电势 a 100v 1 在图中用实线画出电场线 用虚线画出通过a b两点的等势线 并标明它们的电势值 2 求q在由a到b的过程中电势能改变了多少 图6 3 2 点评 电场力做功的求法 主要有四种方法 1 用功的定义式w eqx求 只适用于匀强电场 2 wab uabq计算 适用于一切电场 3 根据电场力做功与电势能改变量的关系 即w ep 4 由动能定理得w电 w非电 ek电场力做功与电势能变化的关系可类比于重力做功与重力势能变化的关系 变式训练2 2010 浙江宁波期末 如图6 3 3所示的匀强电场e的区域内 由a b c d a b c d 作为顶点构成一正方体空间 电场方向与面abcd垂直 图6 3 3 下列说法正确的是 a ad两点间电势差uad与aa 两点间电势差uaa 相等b 带正电的粒子从a点沿路径a d d 移到d 点电场力做正功c 带负电的粒子从a点沿路径a d d 移到d 点 电势能减小d 同一带电粒子从a点沿对角线移到c 点与从a点沿路径a b b 移动到b 电场力做功相同 bd 三 依据带电粒子的轨迹和电场线来判断有关问题例3 如图6 3 4所示 虚线a b c是电场中的三个等势面 相邻等势面间的电势差相同 实线为一个带正电的质点仅在电场力作用下 通过该区域的运动轨迹 p q是轨迹上的两点 下列说法 图6 3 4 中正确的是 a 三个等势面中 等势面a的电势最高b 带电质点一定是从p点向q点运动c 带电质点通过p点时的加速度比通过q点时小d 带电质点通过p点时的动能比通过q点时小 d 解析 先画出电场线 再根据速度 合力和轨迹的关系 可以判定 质点在各点受的电场力方向是斜向左下方 由于是正电荷 所以电场线方向也沿电场线向右下方 答案仅有d 点评 解决此类问题应掌握以下几点 1 带电粒子运动轨迹的切线方向为该点处的速度方向 2 带电粒子所受合力 往往仅为电场力 应指向轨迹曲线的凹侧 再依据电场力与场强方向同向或反向 即可准确的确定力的方向 3 在运动过程中 若合力与速度方向的夹角小于直角 则合力做正功 动能增加 若合力与速度方向的夹角大于直角 则合力做负功 动能减少 若合力与速度方向夹角总等于直角 则动能不变 变式训练3 如图6 3 5所示 圆弧虚线表示正点电荷电场的等势面 相邻两等势面间的电势差相等 光滑绝缘直杆沿电场方向水平放置并固定不动 杆上套有一带正电的小滑块 可视为质点 滑块通过绝缘轻弹簧与固定点o相连 并以某一初速度从m点运动到n点 om on 若滑块在m n 图6 3 5 时弹簧的弹力大小相等 弹簧始终在弹性限度内 则 a 滑块从m到n的过程中 速度一直增大b 滑块从位置1到2的过程中 电场力做的功比从位置3到4的小c 在m n之间的范围内 可能存在滑块速度相同的两个位置d 在m n之间可能存在只由电场力确定滑块加速度大小的三个位置 c 解析 在n点如果电场力不小于弹簧弹力的分力 则滑块一直加速 在n点如果电场力小于弹簧弹力的分力 则滑块先加速后减速 就可能有两个位置的速度相同 a错误 c正确 1 2与3 4间的电势差相等 电场力做功相等 b错误 由于m点和n点弹簧的长度不同但弹力大小相等 说明n点时弹簧是拉伸的 在弹簧与水平杆垂直和弹簧恢复原长的两个位置滑块的加速度只由电场力决定 d错误 四 电场与功能关系的结合例4 如图6 3 6所示 一条长为l的细线 上端固定 下端拴一质量为m的带电小球 将它置于匀强电场中 电场强度大小为e 方向水平向右 已知当细线离开竖直位置的偏角为 时 小球处于平衡状态 现使小球拉紧细线 细线的形变可忽略且小球 图6 3 6 电荷量不变 从a点移至b点 然后将小球由静止释放 在小球从b点返回a点过程 小球动能的增量 ek与重力势能的增量 ep比较 下列判断中正确的是 a ek一定大于 epb ek一定小于 epc ek一定等于 epd ek可能等于 ep a 点评 要分析电荷在运动过程中电势能的变化 首先必须分析出电场力做功情况 因此首先需分析电荷在运动过程中所受到的电场力方向与速度方向间夹角的关系 确定电场力做功情况 解答此题除应用功能关系之外 关键要灵活地运用功的量度式计算恒力做功 例5 如图6 3 7所示 倾角为30 的直角三角形底边为2l 底边处在水平位置 斜边为光滑绝缘导轨 现在底边中点o处固定一正电荷q 让一个质量为m的带正电的电荷q从斜面顶端a沿斜面加速滑下 不脱离斜面 已测得它滑到斜边上的垂足d处的速度为v 加速度为a 方向沿斜面向下 问该质点滑到斜边底端c点时的速度和加速度各为多少 图6 3 7 点评 此题能巧妙地将牛顿第二定律与电场力做功的特