学鲁科版选修31 2.2电势与等势面 课件（3）（53张）.ppt

第2节电势与等势面 目标导航1 知道电势的概念 重点 2 知道等势面的概念 知道常见电场的等势面的分布情况 重点 难点 3 了解尖端放电现象 知道避雷针的原理 培养运用物理知识解决实际问题的能力 一 电势1 定义 电荷在电场中某点的 跟 的比值 叫做该点的电势 2 公式 3 物理意义 电势是描述 的性质的物理量 电势能 电荷量 电场能 4 单位 国际单位制中 电势的单位是 符号为v 1v 1j c 5 相对性 电场中各点电势的高低 与所选取的 的位置有关 一般情况下取 或 为零电势位置 6 矢标性 电势是标量 只有大小 没有 但有 伏特 参考点 地球 无穷远处 方向 正 负 想一想1 电场中某点的电势与电荷在该点的电势能成正比 与电荷量成反比吗 提示 电场中某点的电势由电场本身决定 与电势能 电荷量无关 二 等势面1 定义 我们把电场中电势 的点构成的面叫做等势面 2 由于在等势面上电荷受到的电场力与等势面 电荷在任何一个等势面上运动时电场力都 相等 垂直 不做功 3 几种常见电场的等势面 1 点电荷电场的等势面是一系列以 为球心的 如图中虚线所示 点电荷 同心球面 2 等量异种电荷的电场的等势面 如图所示 过两点电荷连线中点的 是一个等势面 垂线 3 等量同种正电荷的电场的等势面 如图所示 4 匀强电场的等势面是与电场线垂直的 间隔 且相互 的一簇平面 如图所示 相等 平行 想一想2 电荷在同一等势面上移动时电势能如何变化 提示 由于在同一等势面上移动电荷时 电场力方向与等势面垂直 所以电场力不做功 因此电荷的电势能不变 三 尖端放电1 定义 带电较多的导体 在 部位 场强可以大到使周围空气发生 而引起 的程度 这就是尖端放电现象 2 应用 避雷针就是应用 的原理来防止雷击造成危害的 它所放出的电荷就可以 云层中的部分电荷 更主要的是把云层中的大量 可以通过避雷针直接引入地下 尖端 电离 放电 尖端放电 中和 电荷 想一想3 在雷雨天有不少人喜欢到大树底下避雨 这种做法合适吗 提示 不合适 因为在雷雨天气 大树容易发生尖端放电现象 从而使人遭到雷击 要点一对电势的理解 学案导引1 电势有正负 电势是矢量吗 2 有些同学习惯于不选参考点而直接说某点电势是多少伏 这样做你认为合理吗 3 你能想到哪些方法来判断各点电势的高低 1 对电势的三点理解 1 电势是相对的 只有先确定了某点的电势为零以后 才能确定电场中其他点的电势 电场中某点的电势跟零电势位置的选择有关 在理论计算中 对不是无限大的带电体产生的电场 选择无穷远处为零电势位置 在实际处理问题时 常取地球为零电势位置 3 电势是标量 电势是只有大小 没有方向的物理量 在规定了零电势后 电场中各点的电势可以是正值 也可以是负值 正值表示该点电势高于零电势 负值表示该点电势低于零电势 所以在同一电场中正电势一定高于负电势 显然 电势的符号只表示大小 不表示方向 2 电势高低的判断方法 1 电场线法 顺着电场线的方向电势越来越低 所以 当规定无穷远处电势为零后 正电荷产生的电场中各点的电势为正值 负电荷产生的电场中各点的电势为负值 且越靠近正电荷的地方电势越高 越靠近负电荷的地方电势越低 2 由电势和电势能的关系来判断 先由电场力做功情况判断电势能的变化 再由电势和电势能之间的关系判断电势的升降情况 需记住的是 对正电荷 电势越高电势能越大 电势越低电势能越小 对负电荷 电势越高电势能越小 电势越低电势能越大 3 根据场源电荷的电场来判断 在正电荷产生的电场中 离它越近电势越高 在负电荷产生的电场中 情况恰好相反 3 等量同种点电荷和等量异种点电荷连线上和中垂线上电势的变化规律 1 等量正点电荷连线的中点场强最小 中垂线上该点的电势却为最高 从中点沿中垂线向两侧 电势越来越低 连线上和中垂线上关于中点的对称点等势 等量负点电荷的电势分布是 连线上是中点场强最小 中垂线上该点的电势最低 从中点沿中垂线向两侧电势越来越高 连线上和中垂线上关于中点的对称点等势 2 等量异种点电荷的连线上 从正电荷到负电荷电势越来越低 中垂线是一等势线 若沿中垂线移动电荷至无穷远处 电场力不做功 因此若取无穷远处电势为零 则中垂线上各点的电势也为零 因此从中垂线上某点不沿中垂线移动电荷到无穷远处 电场力做功仍为零 特别提醒 在等量同种电荷和等量异种电荷电场中 要注意区分连线上 中垂线上场强变化规律及电势的变化规律 下列关于电势和电势能的说法中正确的是 a 克服电场力做功时 电荷的电势能减少b 电荷在电场中某点的电势能与其电荷量的比值 叫做这一点的电势c 逆着电场线的方向 电势逐渐降低d 电荷在电场中电势为正值的地方 电势能必为正值 思路点拨 1 根据电场力做功判断电势能如何变化 2 根据电势的定义确定电势能的正负 3 根据电场线的方向确定电势的升 降 答案 b 变式训练1 下列关于电场的说法中正确的是 a 静电场中沿电场线方向的各点电势一定降低 场强大小一定相等b 静电场中某点的电势高 试探电荷在该点的电势能一定大 c 静电场中某点的场强为零 试探电荷在该点的电势能一定为零d 静电场中某点的电势为零 试探电荷在该点的电势能一定为零 要点二对等势面的正确理解 学案导引1 除电场线外 形象地描述电场还有其它方法吗 2 能用等势面描述场强的大小吗 3 电势的高低与电场的方向有关吗 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 等势面的应用 1 由等势面可以判断电场中各点电势的高低及差值 2 由等势面可以判断静电力对移动电荷做功的情况 3 已知等势面的形状分布 可以绘制电场线 4 由等差等势面的疏密 可以比较不同点场强的大小 3 等势面与电场线的区别与联系 4 处于静电平衡状态的导体是等势体 导体表面是等势面因为处于静电平衡状态的导体内部电场强度处处为零 在导体内的任意两点间移动电荷电场力都不做功 表明导体内各点 包括表面 的电势都相等 所以整个导体是等势体 导体表面是等势面 如图所示 虚线同心圆是一簇某静电场中的等势面 其电势分别是 a b和 c 一带正电粒子射入电场中 运动轨迹如图中实线klmn所示 由图可知 a 粒子从k到l的过程中 静电力做正功 电势能减少b 粒子从l到m的过程中 静电力做负功 电势能增加c a b cd a b c 精讲精析 由等势面的分布规律可知 该电场为点电荷的电场 由运动轨迹可知 运动的正电荷跟场源电荷的相互作用规律是排斥 所以场源电荷是正电荷 根据电场线与等势面垂直 得电场的分布是呈发散状辐射向外的 正电荷从k到l受静电力的方向背离圆心 与移动方向相反 做负功 电荷的电势能增加 选项a错误 从l到m 可看做从跟轨迹有交点的 同一等势面的点到m 受到的静电力与移动方向相同 静电力做正功 电荷的电势能减少 选项b错误 根据电场线的方向是电势降低的方向可知选项d正确 答案 d 变式训练2 2012 哈尔滨高二期中 如图所示 虚线a b c表示o处点电荷的电场中的三个不同的等势面 设两相邻等势面的间距相等 一电子射入电场后 只受电场力作用 的运动轨迹如图中实线所示 其中1 2 3 4表示运动轨迹与等势面的交点 由此可以判定 a o处的点电荷一定带正电b 电子运动过程中 动能先减小后增大c a b c三个等势面的电势高低关系是 a b cd 电子从位置1到2 3 4过程中电场力先做正功再做负功 解析 选b 由等势面的形状可知 此电场是点电荷产生的电场 由轨迹可知 运动的电子受斥力作用 故场源电荷带负电 a错 电子运动过程中 由1到2 3 4过程 电场力先做负功再做正功 电势能先增大后减小 动能先减小后增大 b对 d错 由于电场线由无穷远处指向负电荷 所以 c b a c错 思路点拨 求解本题时可以从以下几个方面分析 1 电场力做功可根据wab epa epb 2 由于是变力做功 可应用动能定理 规律总结 1 电荷在同一等势面上各点的电势能相等 2 应用wab epa epb时要注意解析顺序要一致 关于势能我们知道 重力做功与路径无关 电场力跟重力一样 做功也与路径无关 任何做功与路径无关的力都叫做保守力 从场的观点来看 叫做保守力场或势场 对于保守力或保守力场 可以引入势或者势能的概念 例如在力学中 重力做功与路径无关 即重力场是保守力场 我们引入了重力势能的概念 同理 电场力做功与路径无关 所以静电场也是保守力场 从而我们可以引入电势能的概念 处于重力场中的所有物体都具有重力势能 同样 处于电场中的电荷都具有电势能 势能亦称 位能 由相互作用的物体之间的相对位置 或由物体内部各部分之间的相对位置所确定的能叫做 势能 按作用性质的不同 可以分为引力势能 弹性势能 电势能和核势能等 力学中势能有引力势能 重力势能和弹性势能 势能不是单独物体所具有的 而是相互作用的物体所共有的 在相互作用力是 耗散力 如摩擦力 时 设物体由a点 假设 移到b点克服它做的功为w 当物体由b点回到a点时 它并不能对物体做功 故不能说由于耗散力存在使物体具有了势能