4.电势能电势与电势差.docVIP

江苏省高邮中学高二物理备课组学案第四节： 电势能 电势与电势差【教学目标】1、 掌握电势和电势能的概念； 2 知道如何计算电势差。【教学重点和难点】1、 能够从能量的角度去计算电势能的变化；2、 练习电场力做的功与电势能的关系。3、电势及电势能的计算。【课前检测】1、在如图所示的四种典型电场的情况中，指出其中哪种电场中a、b两点的电场强度相同（ ） A平行板电容器带电时，极板间除边缘附近外的任意两点a、bB两个等量异号点电荷的连线上，与连线中点O等距的任意两点a、bC离点电荷等距的任意两点a、bD两个等量同号点电荷的连线的中垂线上，与连线中点O等距的任意两点a、b2、把质量为m的点电荷q在电场中释放，在它运动过程中，如果不计重力，只考虑电场力。下列说法中正确的是（ ）A点电荷运动轨迹必和电场线重合B若电场线是直线，则点电荷运动轨迹必和电场线重合C点电荷的速度方向必定和点所在的电场线的切线方向一致D点电荷的加速度方向必定和点所在的电场线的切线方向在一直线上3、图中AB是某点电荷电场中一条电场线，在电场线上P处自由释放一个负检验电荷时，它沿直线向B点处运动，对此现象下列判断正确的是（ ）（不计电荷重力）A、电荷向B作匀加速运动B、电荷向B作加速度越来越小的运动C、电荷向B作加速度越来越大的运动D、电荷向B作加速运动，加速度的变化情况不能确定【学习内容】要点一、静电力做功的特点在电场中将电荷q从A点移动到B点，静电力做功与路径无关，只与A、B两点的位置有关.说明：（1）静电力做功的特点不仅适用于匀强电场，而且适用于任何电场；（2）只要初、末位置确定了，移动电荷q做的功就是WAB就是确定值.要点二、电势能 (1)定义电荷在电场中具有的势能叫电势能.类似于物体在重力场中具有重力势能.用表示.(2)静电力做功与电势能变化的关系静电力做的功就等于电势能的减少量,即.即静电力做多少正功,电荷电势能一定减少多少；静电力做多少负功,电荷电势能一定增加多少.（3）电势能的大小零势点及选取和计算重力势能一样，电势能的计算必须取参考点，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.电势能的计算设电荷的电场中某点A的电势能为，移到参考点O电场力做功为WAO，即，规定O为参考点时，就有，也就是说电荷在电场中某点的电势能等于将这个电荷从电场中的该点移到零势点的过程电场力所做的功.(4)电势能与重力势能的类比重力势能电势能（1）重力做功与路径无关，只与始末位置有关，引出了重力势能（1）电场力做功与路径无关，只与始末位置有关，引出了电势能（2）重力做功是重力势能转化为其他形式的能的量度（2）电场力做功是电势能转化为其他形式的能的量度（3）（3）（4）重力势能的数值具有相对性，可以是正值，也可以是负值.（4）电势能的数值具有相对性，可以是正值，也可以是负值要点三、电势(1)定义:电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值,叫做这一点的电势,用表示. 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）定义式: （3）单位：电势的单位是伏特（V），1V=1J/C（4）电势高低与电场线的关系：沿电场线方向，电势降低.要点四、等势面 (1)定义:电场中电势相同的各点构成的面,叫做等势面.（2）等势面的特点： 在同一等势面上各点电势相等，所以在同一等势面上移动电荷，电场力不做功；电场线跟等势面一定垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面；等势面越密，电场强度越大；等势面不相交，不相切.（3）几种电场的电场线及等势面孤立正点电荷： 等量异种电荷：等量同种电荷: 匀强电场:注意：等量同种电荷连线和中线上连线上：中点电势最小中线上：由中点到无穷远电势逐渐减小，无穷远电势为零.等量异种电荷连线上和中线上连线上：由正电荷到负电荷电势逐渐减小.中线上：各点电势相等且都等于零.要点五、电势差1定义：电荷q在电场中A、B两点间移动时，电场力所做的功WAB跟它的电荷量q的比值，叫做A、B间的电势差，也叫电压2.公式：3.单位：伏(V)4电势差与电势的关系：，电势差是标量，可以是正值，也可以是负值.【典型例题】类型一、静电力做功的特点例1、如图所示，在场强为E的匀强电场中有相距为L 的A、B两点，连线AB与电场线的夹角为，将一电荷量为q的正电荷从A点移到B点.若沿直线AB移动该电荷，电场力做的功W1_；若沿路径ACB移动该电荷，电场力做的功W2_；若沿曲线ADB移动该电荷，电场力做的功W3_.由此可知，电荷在电场中移动时，电场力做功的特点是_.【变式】如图所示，光滑绝缘细杆竖直放置，它与以正电荷为圆心的某一圆周交于B、C两点，质量为m，带电量为-q的有孔小球从杆上A点无初速度下滑,AB=BC=h,到B点时的速度大小为.求:（1）小球由A到B过程中电场力做的功；（2）AC两点的电势差.类型二、电势高低及电势能大小的判断例2、 如图所示，xOy平面内有一匀强电场，场强为E，方向未知，电场线跟x轴的负方向夹角为，电子在坐标平面xOy内，从原点O以大小为v0方向沿x正方向的初速度射入电场，最后打在y轴上的M点电子的质量为m，电荷量为e，重力不计则（)A、O点电势高于M点电势B、运动过程中电子在M点电势能最大C、运动过程中，电子的电势能先减少后增加D、电场对电子先做负功，后做正功【变式1】关于电势与电势能的说法正确的是（ ）A、电荷在电场中电势高的地方电势能大B、在电场中的某点，电量大的电荷具有的电势能比电量小的电荷具有的电势能大C、正电荷形成的电场中，正电荷具有的电势能比负电荷具有的电势能大D、负电荷形成的电场中，正电荷具有的电势能比负电荷具有的电势能小【变式2】如图所示,固定在Q点的正点电荷的电场中有MN两点,已知,下列叙述正确的是( )A、若把一正的点电荷从M点沿直线移到N点,则电场力对该电荷做功,电势能减少B、把一正的点电荷从M点沿直线移到N点,则该电荷克服电场力做功,电势能增加C、把一负的点电荷从M点沿直线移到N点,则电场力对该电荷做功,电势能减少D、若把一负的点电荷从M点移到N点,再从N点沿不同路径移回到M点,则该电荷克服电场力做的功等于电场力对该电荷所做的功,电势能不变三、电场线与等势面的关系例3、 如图所示，实线为电场线，虚线为等势面，且AB=BC，电场中的A、B、C三点的场强分别为，电势分别为，AB、BC间的电势差分别为，则下列关系中正确的有( )A、 B、 C、 D、【变式1】某同学研究电子在匀强电场中的运动时，得到了电子由a点运动到b点的轨迹(虚线所示)，图中一组平行实线可能是电场线，也可能是等势面，则下列说法正确的是()A、不论图中实线是电场线还是等势面，a点的电势都比b点的电势低B、不论图中实线是电场线还是等势面，a点的场强都比b点的场强小C、如果图中实线是电场线，电子在a点动能较大D、如果图中实线是等势面，电子在b点动能较小【变式2】如图所示，一电场的电场线分布关于y轴(沿竖直方向)对称，O、M、N是y轴上的三个点，且OMMN. P点在y轴右侧，MPON.则()A、M点的电势比P点的电势高B、将负电荷由O点移动到P点，电场力做正功C、M、N两点间的电势差大于O、M两点间的电势差D、在O点静止释放一带正电粒子，该粒子将沿y轴做直线运动【变式3】如图所示的实线为一簇未标明方向的由点电荷产生的电场线，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.带电粒子在运动中只受电场力作用，根据此图可作出正确判断的是（ ）A带电粒子所带电荷的符号B带电粒子在a、b两点的受力方向C带电粒子在a、b两点的速度何处大D带电粒子在a、b两点的电势能何处大类型五、电场强度与电势的关系例4、 如图，P、Q是等量的正点电荷，O是它们连线的中点，A、B是中垂线上的两点，OAOB，用EA、EB和、分别表示A、B两点的电场强度和电势，则（ ）A、EA一定大于EB，一定大于 B、EA不一定大于EB，一定大于C、EA一定大于EB，不一定大于 D、EA不一定大于EB，不一定大于【变式1】在静电场中（）、电场处处为零的区域内，电势也一定处处为零、电场强度处处相同的区域内，电势也一定处处相同、电场强度的方向总是跟等势面垂直的、沿着电场强度的方向，电势总是不断降落【当堂检测】1、图中的实线表示电场线，虚线表示只受电场力作用的带正电粒子的运动轨迹.粒子先经过M点，再经过N点.可以判定（ ）A、M点的电势大于N点的电势B、M点的电势小于N点的电势C、粒子在M点受到的电场力大于在N点受到的电场力D、粒子在M点受到的电场力小于在N点受到的电场力2、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（ ）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、电势能的减小一定等于重力势能的增大3、电场中有A、B两点，A点的电势，B点的电势，一个电子由A点运动到B点的过程中，下列几种说法中正确的是（ ）A、电场力对电子做功20 eV，电子的电势能减少了20 eVB、电子克服电场力做功20 eV，电子的电势能减少了20 eVC、电场力对电子做功20 eV，电子的电势能增加了20 eVD、电子克服电场力做功20 eV，电子的电势能增加了20 eV4、将一正电荷从无穷远处移入电场中的M点，电势能减小了，若将另一等量的负电荷从无穷远处移入电场中的N点，电势能增加了，则下列判断正确的是（ ）A、 B、 C、 D、【课后作业】1、为使带负电的点电荷q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，如图所示若，A点的电势(不计负电荷受的重力)(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(2)求q在由A到B的过程中电势能的变化量2、如图所示，在场强的水平匀强电场中，有一根长的细线，一端固定在O点，另一端系一个质量、电荷量的带正电小球，当细线处于水平位置时，小球从静止开始释放，g取10 m/s2.求：(1)小球到达最低点B的过程中重力势能、电势能分别变化了多少？(2)若取A点电势为零，小球在B点的电势能、电势分别为多大？(3)小球到B点时速度为多大？绳子张力为多大？3、如图所示，在矩形ABCD的AD边和BC边的中点M和N各放一个点电荷，它们分别带等量的正、负电荷.E