第4节 电势能和电势1.pptx

1 4电势能和电势 从能量的角度认识电场 一 静电力做功的特点 b m a f q 把正电荷沿不同路径从a点移到b电场力做功 甲 乙 丙 e 一 静电力做功的特点 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 重力做功与路径无关 由初末位置的高度差来决定 重力做功的过程是重力势能转化动能的过程 那么电场力做功的过程是什么能转化为什么能呢 做功的过程是一个能量转化的过程 正电荷从a点移到b点时 静电力做正功 电荷的电势能减少 正电荷从b点移到a点时 静电力做负功 即电荷克服静电力做功 电荷的电势能增加 二 电势能 电势能是电荷在电场中所具有的能量 二 电势能 1 电荷在电场中具有与其位置有关的能量叫电势能 2 电场力对电荷做正功 电荷的电势能减小 电场力对电荷做负功 电荷的电势能增大 电场力做的功等于电势能的减少量 例1 如图 在场强e 103n c的匀强电场中 点电荷q 1c从a移动到b ab相距l 1m 电场力做功为多少 电势能如何变化 电势能减少 电荷在b点具有的电势能多大 物体在b点具有的重力势能多大 mg a b 设a点的重力势能 wab epa epb 103j 重力势能为负表示的物理意义是什么 设物体在重力作用下从 运动到b重力做功 例1 如图 在场强e 103n c的匀强电场中 点电荷q 1c从a移动到b ab相距l 1m 电场力做功为多少 电势能如何变化 电荷在b点具有的电势能多大 wab epa epb 103j 电势能减少 设a点的电势能 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 电荷在某点的电势能 等于静电力把它从该处移动到零势能位置所做的功 wab epa ep0 epa wab 电势能为负表示电荷在该处的电势能比零还要小 4 电势能是电荷和电场所共有的 具有系统性 3 电势能是相对的 与零电势能面有关 5 电势能是标量 重力势能和电势能类比 重力场中 重力 地球和物体之间存在的吸引力 电场中 电场力 电荷之间的作用力 有重力就有重力势能ep mgh 有电场力就有相应的能 叫电势能ep ep由物体和地面间的相对位置决定 ep由电荷间的相对位置决定 w重 ep1 ep2 w电 epa epb 3 一个电荷只在电场力作用下从电场中的a点移到b点时 电场力做了5 10 6j的功 那么 a 电荷在b处时将具有5 10 6j的电势能b 电荷在b处将具有5 10 6j的动能c 电荷的电势能减少了5 10 6jd 电荷的动能增加了5 10 6j cd 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 电势能小结 1 电场力能够对放入其中的电荷做功 所以电荷位于电场中具有能 这和能为电势能 3 电势能具有相对性 5 电场力做正功 电势能减少 电场力做负功 电势能增大 4 电势能是标量 但有正负 2 电势能由电荷和电荷在电场中的相对位置决定 取o点的电势能为零 则 epa qelcos 电荷电场中在某一点的电势能与它的电荷量的比值 1v 1j c 三 电势 1 定义 2 公式 3 单位 伏特 v 计算时要代入正负号 对电势概念的理解 1 电势是表征电场中某点能的性质的物理量 仅与电场中某点性质有关 与电场力做功的值及试探电荷的电荷量 电性无关 2 与电势能的情况相似 应先确定电场中某点的电势为零 通常取离场源电荷无限远处或大地的电势为零 3 电势是标量 只有大小 没有方向 负电势表示该处的电势比零电势处电势低 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 求a点的电势 解 设场外一点p的电势为 电场中两点电势高低的判断方法 1 根据电场力做功来判断 2 根据电荷电势能的变化来判断 1 在两点间移动正电荷 电场力做正功电势降 做负功电势升 2 在两点间移动负电荷 电场力做正功电势升 做负功电势降 1 在两点间移动正电荷 电势能增加电势升 电势能减小电势降 电场中两点电势高低的判断方法 3 根据电场线方向来判断 2 根据电荷电势能的变化来判断 1 在两点间移动正电荷 电势能增加电势升 电势能减小电势降 2 在两点间移动负电荷 电势能增加电势降 电势能减小电势升 电场线指向电势降低的方向 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 如图所示 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 电势升高 b 把正电荷从a移到b 电场力做负功 电荷的电势能增加 电势降低 c 把负电荷从a移到b 电场力做正功 电荷的电势能减少 电势升高 d 把负电荷从a移到b 电场力做负功 电荷的电势能增加 电势降低 d a b 1 定义 电场中电势相同的各点构成的面叫做等势面 2 等势面是为了形象描述电场中各点电势面人为画出的曲面 四 等势面 四 等势面 3 等势面的特点 1 沿着同一等势面移动电荷时静电力不做功 2 两个电势不同的等势面不能相交 3 电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面 4 等势面一定与电场线垂直 即跟场强方向垂直 5 等差等势体分布越密 场强越大 分布越疏 场强越小 等势面 几种典型电场的等势面 1 点电荷电场中的等势面 以点电荷为球心的一簇球面 等势面 2 等量异种点电荷电场中的等势面 两簇对称曲面 等势面 3 等量同种点电荷电场中的等势面 两簇对称曲面 带电导体周围的电场和等势面 匀强电场的等势面 小结 三 电势1 定义 2 单位 伏特v1v 1j c3 沿电场线方向电势降低4 电势和电势能都是相对的 且为标量 正负号均表示大小5 已知电势求电势能 计算带正负号 计算带正负号 1 等势面 电势相等的点所构成的面 2 典型电场的等势面 点电荷电场 等量同种 异种点电荷电场 带电导体的电场 匀强电场 四 等势面 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 一个点电荷 从静电场中的a点移至b点 其电势能的变化为零 则 a a b两点的场强一定相等b 该电荷一定沿等势面移动c 作用于该点电荷的电场力与其移动方向总是垂直的d a b两点的电势相等 d 如图所示 虚线a b c表示静电场中三个等势面 它们的电势分别是且 一带正电的粒子射入电场中 其运动轨迹如图中klmn所示 由图可知 a 粒子从k到l的过程中 电场力做负功b 粒子从l到m的过程中 电场力做负功c 粒子从k到l的过程中 电势能增加d 粒子从l到m的过程中 动能减少 ac 一负电荷仅受电场力的作用 从电场中的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及电荷在ab两点的电势能epa epb之间的关系为 a ea ebb eaepb ad 如图所示 三条平行等距直虚线表示电场中三个等势面 电势值分别为10v 20v 30v 实线是一带负电的粒子 不计重力 在该区域内的运动轨迹 对于轨迹上的a b c三点来说 a 粒子必先过a 再到b 然后到cb 粒子在三点受到的合力fa fb fcc 粒子在三点动能大小为ekaepb epc b a b c 30v 20v 10v 在静电场中 把一个电荷量q 2 0x10 5c的负电荷由m点移到n点 电场力做6 0x10 4j 由n点移到p点 电场力做负功1 0x10 3j 则m n p三点电势高低关系是 若以n点为零电势点 则m n p三点电势为 若以m点为零电势点 则m n p三点电势为 如图所示 a b c表示点电荷的电场中三个等势面 它们的电势分别为 一带电粒子从等势面a上某处由静止释放后 仅受电场力作用而运动 已知它以过等势面b时的速率为v 则它经过等势面c时的速率为 a b c 一匀强电场 场强方向是水平的 如图所示 一个质量为m的带正电的小球 从 点出发 初速度的大小为v0 在电场力与重力作用下 恰能沿与场强的反方向 角的直线运动 求小球运动到最高点时其电势能与在 点的电势能之差 e o v0 如图所示 在场强e 104n c的水平匀强电场中 有一根长l 15cm的细线 一端固定在o点 另一端系一个m 3g 带电荷量q 2x10 6c的小球 当细线处于水平位置时 小球从静止开始释放 则小球到达最低点b时的速度是 o a b e 若小球带电荷量为q 3x10 6c 从a点静止释放 则到达b时的速度 在哪个位置时速度最大 阿尔法alpha 贝塔beta 伽玛gamma 德尔塔delte 艾普西龙epsilon 捷塔zeta 依塔eta 西塔theta 艾欧塔iota 喀帕kappa 拉姆达lambda 缪mu 拗nu 克西xi 欧麦克轮omicron 派pi 柔rho 西格玛sigma 套tau 宇普西龙upsilon faiphi 器chi 普赛psi 欧米伽omega 如图所示 在等量正点电荷形成的电场中 它们连线的中垂面ab上 有一电子 从静止开始由a运动到b的过程中 a b相对o对称 下列说法正确的是 a 电子的电势能始终增多b 电子的电势能始终减少c 电子的电势能先减少后增加d 电子的电势能先增加后减少 c 如图所示 点电荷的静电场中电场线用实线表示 但其方向未标明 虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹 a b是轨迹上的两点 若带电粒子在运动中只受到电场力作用 根据此图可作出正确判断的是 a 带电粒子所带电荷的性质b 带电粒子在a b两点的受力方向c 带电粒子在a b两点的速度何处较大d 带电粒子在a b两点的电势能何处较大 e a b bcd 如图所示 是负点电荷产生的电场中的一条电场线 一个带正电的粒子 不计重力 从a到b穿越这条电场线的轨迹如图中虚线所示 则该带电粒子在a点的加速度一定在b点的加速度 带电粒子在a点的电势能一定在b点的电势能 填 大于 小于 式 等于 e n b a 小于 大于 f 一带电油滴在匀强电场e中的运动轨迹如图虚线所示 电场方向竖直向下 若不计空气阻力 则此带电油滴从a运动到b的过程中 能量变化情况为 a 动能减小b 电势能增加c 动能和电势能之和减少d 重力势能和电势能之和增