物理电场第四节电势和电势差课件选修三.ppt

四 电势和电势差 复习回顾 1 功的计算 2 重力做功 1 与路径无关 由初末位置的高度差来决定 2 重力做功wg与重力势能变化的关系 重力做正功 重力势能减少重力做负功 重力势能增加 一个试探电荷在电场中某点由静止释放 将如何运动 在电场力作用下电荷做加速运动 一段时间后 试探电荷的动能增加 是什么能转化为电荷的动能呢 2 电场力做功的特点 在匀强电场中移动电荷时 静电力做的功与电荷经过的路径无关 只与电荷的起始位置和终止位置有关 对于非匀强电场也适用 wab f ab cos qe am 把正电荷沿不同路径从a点移到b电场力做功 一 电势能 1 定义 电荷在电场中所具有的与电荷位置有关的势能叫电势能 3 电场力做功与电势能的变化关系 重力做正功 重力势能减小 电场力做正功 电势能减小 重力做负功 重力势能增加 电场力做负功 电势能增加 电场力做的功等于电势能的减少量 wab a b 正电荷从a点移到b点时 电场力做正功 电荷的电势能怎么变化 负电荷从a点移到b点时 静电力做功 该电荷在点的电势能较大 负 b 思考 减小 电势能为负表示电荷在该处的电势能比零还要小 5 电势能是电荷和电场所共有的 具有系统性 4 电势能是相对的 与零电势能面有关 6 电势能是标量 通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为零 或把电荷在大地表面上电势能规定为零 例1 将带电量为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 3 如果规定b点的电势能为零 则该电荷在a点和c点的电势能分别为多少 增加了1 8 10 5j epc 1 8 10 5j epc 1 2 10 5j epb 3 10 5j epa 3 10 5j 势差 1 wab g wab g 恒量hab 1 wab q wab q 恒量uab 2 比值定义法 高度差hab wg g 2 比值定义法 电势差uab wab q hab与g无关 只取决于始 末的位置 uab与q 包括大小 正负 无关 只取决于始 末的位置 1 定义 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q的比值wab q 叫做a b两点间的电势差 两点间的电势差也叫这两点间的电压 3 单位 伏特 v 4 是标量 二 电势差 1v 1j c 2 定义式 正负代表一点比另一点电势高或低 电场中a b两点间的电势差uab 在数值上等于单位正电荷由a点移动到b点时 电场力所做的功wab 2 wab uabq 6 电场力做功 5 决定因素 wab跟路径无关 uab也是跟路径无关 且跟wab和q都无关 只是由电场本身和两点位置有关 例2 如图所示的电场中 a b两点间的电势差uab 20v 将点电荷q 2 10 9c 由a点移到b点 静电力所做的功是多少 wab 4 0 10 8j 将uab和q的正负号代入计算 例3 在如图所示的电场中 把点电荷q 2 10 11c 由a点移到b点 电场力做功wab 4 10 11j a b两点间的电势差uab等于多少 b a两点间的电势差uba等于多少 uab 2vuba 2v 势 高度是特殊的高度差 电势是特殊的电势差 高度差hab ha hb ha hao ha ho ha hao wao g uab a b a uao a o a uao wao q 一般取地面或最低点为参考点 一般取无穷远处或电场中的接地点为参考点 1 定义 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 三 电势 4 单位 伏特 v 3 标量 正负代表高低 5 电势差和电势的关系 uab a b 计算时要代入正负号 想一想 1 高度差 高度与零高度点的选择有关吗 2 电势差 电势与零电势点的选择有关吗 a b c d 0v 1v 2v 3v 结论 电势和高度都具有相对性 与参考点的选择有关 而电势差和高度差与参考点的选择无关 e 0v 1v 2v 1v 6 电势具有相对性 确定电势 应先规定电场中某处的电势为零 通常规定离场源电荷无限远处或大地的电势为零 7 电势的决定因素 电场中某点的电势的大小是由电场本身的性质决定的 与放不放电荷及放什么电荷无关 即与ep q无关 8 沿电场线方向电势降低 如以无穷远处电势为零 则 1 正电荷 q 形成的电场中各点的电势均为正值 且离场源近处电势大 2 负电荷 q 形成的电场中各点的电势均为负值 且离场源近处电势小 思考 怎么比较电场中两点电势高低呢 方法一 根据电场线方向来确定电势高低 沿着电场线的方向 电势逐渐降低 方法二 根据电势差定义式来判断 例4 将一电量为的点电荷从电场外一点p移至电场中某点a 电场力做功 以p点为零势点 求a点的电势 注意 计算电势首先要规定零电势处 且电势可以为负 四 等势面 1 等势面 电势相等的点所构成的面 通常相邻等势面之间的电势差相等 称为等差等势面 2 典型电场的等势面 点电荷的电场的等势线 等量异种电荷电场的等势面 等量同种电荷电场的等势面 匀强电场的等势面 带电导体周围电场的等势面 3 等势面的特点 1 在同一等势面上的任意两点间移动电荷 电场力不做功 2 电场线跟等势面垂直 且由电势较高的等势面指向电势较低的等势面 3 等势面密处场强大 电场线密 等势面疏处场强小 电场线疏 4 不同等势面在空间不相交 不相切 5 处于静电平衡状态的导体是一个等势体 其表面为一个等势面 匀强电场的等势面是一组相互平行的疏密均匀的平面 例6 关于等势面正确的说法是 a 电荷在等势面上移动时不受电场力作用 所以不做功b 等势面上各点的场强大小相等c 等势面一定跟电场线垂直d 两等势面不能相交 cd 小结 一 电势能 电场力做正功 电势能减小 电场力做负功 电势能增加 二 电势差 三 电势 a uao wao q 四 等势面 五 电场力的功 电势能 电势 电势差 等势面 电场线的关系 地球附近的引力场 存在于电荷周围的场 重力场强度g g m 方向 垂直于该点的切面向下 电场强度e f q 方向 正电荷在该点所受电场力方向 重力g mg 电场力f qe wab mghab只与始 末位置有关 与路径无关 wab quab只与始 末位置有关 与路径无关 高度差hab ha hb 与参考点选取无关 电势差uab a b 与参考点选择无关 构建知识结构 重力势能ep mgh 与参考平面选取有关 电势能 q 选学 与参考平面选取有关 重力做正功 重力势能减少 转化为其他形式的能 重力做负功 重力势能增加wab epa epb 电场力做正功 电势能减少 转化为其他形式的能 电场力做负功 电势能增加 wab a b 高度h与参考点的选取有关 具有相对性 电势 与参考点的选取有关 具有相对性 课堂训练 1 如图1所示 a b为某电场线上的两点 那么以下的结论正确的是 a 把正电荷从a移到b 电场力做正功 电荷的电势能减少b 把正电荷从a移到b 电场力做负功 电荷的电势能增加c 把负电荷从a移到b 电场力做正功 电荷的电势能增加d 从a到b电势逐渐降低 ad 课堂训练 2 有关电场中某点的电势 下列说法中正确的是 a 由放在该点的电荷所具有的电势能的多少决定b 由放在该点的电荷的电量多少来决定c 与放在该点的电荷的正负有关d 是电场本身的属性 与放入该点的电荷情况无关 d 练习 一负电荷仅受电场力的作用 从电场a点运动到b点 在此过程中 该电荷做初速度为零的匀加速直线运动 则a b两点电场强度ea eb及该电荷在a b两点的电势能epa epb之间的关系 ea ebeaepa 解析 负电荷在电场中只受电场力作用而做匀加速直线运动 可知电场是匀强电场 所以a对 所以d对 ad 练习 下列关于电势高低的判断正确的是 负电荷从a移动到b时 外力做正功 a点的电势一定较高 负电荷从a移动到b时 电势能增加 a点的电势一定较低 负电荷从a移动到b时 电势能增加 a点的电势一定较高 初速度为零的正电荷只在电场力的左右下从a移动到b a点的电势一定较高 cd 练习 如图 某电场中的一条直线 一电子在a点由静止释放 它将沿直线向b点运动 下列说法正确的是 该电场移动是匀强电场场强ea一定小于eb电子具有的电势能epa epba点的电势一定低于b的电势 cd 练习 如图 虚线a b c势某静电场中的三个等势面 它们的电势a最大 c最少 一带正电的粒子射入电场中 其运动轨迹如图实线klmn所示 由图可知 粒子从k到l的过程中 电场力做负功粒子从l到m的过程