《电场的能的性质》PPT课件.ppt

第2节电场的能的性质 一 电势差 电势 等势面 电势能等概念1 电势差 电荷在电场中两点间移动时 的比值 叫做这两点间的电势差 表达式 是标量 由电场本身决定 2 电势 电场中某点的电势在数值上等于 是标量 描述的性质 由电场本身决定 电场力所 做的功与它的电荷量 单位正电荷 由该点移到电势零点时电场力所做的功 电场的能 3 电势能 电荷在电场中某点具有的电势能等于 它是由电荷和电场共同具有的 4 电势能 电势具有性 与零电势点的选取关 电势能的改变 电势差与零电势点的选取关 5 等势面 电场中点构成的面叫等势面 它的电荷量与该点电势的乘积 相对 有 无 电势相等的 二 电场力做功与电势能改变的关系电场力对电荷做正功 电势能减少 电场力对电荷做负功 电势能增加 且电势能的改变量等于电场力做功的多少 即W电 E 三 匀强电场中电势差与电场强度的关系沿匀强电场场强方向 两点间的电势差等于场强和这两点间距离的乘积 即U E d 四 常见电场等势面分布图 五 等势面的性质1 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 2 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 3 等势面越密 电场强度越大 4 等势面不相交 不相切 5 电场线的方向是电势降低的方向 6 沿匀强电场中任何一条直线 等势面除外 电势都是均匀变化的 题型一 电势高低与电势能大小的比较例1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OM MN P点在y轴右侧 MP ON 则 A M点的电势比P点的电势高B 一负电荷在O点处的电势能大于其在P点处的电势能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的粒子 该粒子将沿y轴做直线运动 思路点拨 熟悉电场的性质 电场线与电势的关系 电场力做功与电势能的变化关系是解题的关键 解析 由于MP ON 等势面垂直于电场线 故过M点的等势面在P点下方 M点的电势比P点的电势高 A项正确 若将负电荷从O点移至P点 负电荷所受电场力与电场强度方向相反 与OP方向成大于90 的角 电场力做负功 其电势能应增加 故负电荷在O点处的电势能应小于其在P点处的电势能 B项错误 由于沿OMN方向电场强度变小 由U Ed可判断UOM UMN C项错误 在O点静止释放一带正电的粒子 粒子所受电场力始终沿y轴正方向 因此粒子沿y轴做直线运动 D正确 答案 AD 方法与知识感悟 1 比较电势高低的方法 1 沿电场线方向 电势越来越低 2 判断出UAB的正负 再由UAB A B 比较 A B的大小 若UAB 0 则 A B 若UAB 0 则 A B 3 取无穷远处为零电势点 正电荷周围电势为正值 且离正电荷近处电势高 负电荷周围电势为负值 且离负电荷近处电势低 2 电势能大小的比较方法 1 做功判断法电场力做正功时电势能减小 电场力做负功时电势能增大 对正 负电荷都适用 2 依据电势高低判断正电荷在电势高处具有的电势能大 负电荷在电势低处具有的电势能大 3 电势与电势能比较 思路点拨 找出ab连线上与c点电势相等的点 确定一个等势面 再根据等势面与电场线的关系确定电场线方向是解题的关键 答案 B 2 已知电场中几点的电势 如果要求某点的电势时 一般采用 等分法 在电场中找与待求点电势相同的等势点 等分法也常用在画电场线的问题中 3 在匀强电场中 相互平行的相等长度的线段两端间的电势差相等 应用这一点可求解电势 题型三 电场力做功的计算及电场中的功能关系问题例3如图所示 虚线表示等势面 相邻两等势面间的电势差相等 有一带正电的小球在电场中运动 实线表示该小球的运动轨迹 小球在a点的动能等于20eV 运动到b点时的动能等于2eV 若取c点为电势零点 则当这个带电小球的电势能等于 6eV时 不计重力和空气阻力 它的动能等于 A 16eVB 14eVC 6eVD 4eV 思路点拨 正确理解电场力与路径无关及其与电势能的变化关系 运用能量守恒定律是解题的关键 解析 由动能定理可知 小球由a到b的过程中 动能减少20eV 2eV 18eV 故电场力做功Wab 18eV 小球电势能增加量 Epab 18eV 选C点为零电势点 则a点电势能Epa 12eV 又因小球重力不计 只有电场力做功 故小球运动过程中 电势能与动能的和不变 由Epa Eka 12eV 20eV 8eV可知 当小球电势能为 6eV时 它的动能为14eV B正确 答案 B 方法与知识感悟 1 电场力做功的计算方法 1 由公式W Flcos 计算 此公式只适用于匀强电场 可变形为W qElcos 2 由W qU来计算 此公式适用于任何形式的静电场 3 由动能定理来计算 W电场力 W其他力 Ek 4 由电势能的变化计算 W电场力 Ep1 Ep2 2 电场中的功能关系 1 若只有电场力做功 电势能与动能之和保持不变 2 若只有电场力和重力做功 电势能 重力势能 动能之和保持不变 3 除重力之外 其他各力对物体做的功等于物体机械能的变化 4 所有力对物体所做的功 等于物体动能的变化 1 关于静电场 下列结论普遍成立的是 A 电场强度大的地方电势高 电场强度小的地方电势低B 电场中任意两点之间的电势差只与这两点的场强有关C 在正电荷或负电荷产生的静电场中 场强方向都指向电势降低最快的方向D 将正点电荷从场强为零的一点移动到场强为零的另一点 电场力做功为零 C 解析 电势的高低与电场强度的大小无关 A错 电场中任意两点的电势差不仅与这两点的场强有关 还与这两点沿电场线方向的距离有关 B错 在D项中 初 末位置场强为零 中间某段场强可能不为零 电场力做功不一定为零 D错 只有C项正确 2 如图所示 实线为电场线 虚线为等势线 且AB BC 电场中的A B C三点的场强分别为EA EB EC 电势分别为 A B C AB BC间的电势差分别为UAB UBC 则下列关系中正确的有 A A B cB EC EB EAC UAB UBCD UAB UBC ABC 解析 考查静电场中的电场线 等势面的分布知识和规律 A B C三点处在一根电场线上 沿着电场线的方向电势降低 故 A B C A正确 由电场线的密集程度可看出电场强度大小关系为EC EB EA B对 电场线密集的地方电势降落较快 故UBC UAB C对 D错 BD 解析 本题考查势能大小和机械能守恒 由于电场力做正功 故小球与弹簧组成的系统机械能增加 机械能不守恒 故A选项错误 重力做功是重力势能变化的量度 由题意知重力做负功 重力势能增加 故B选项正确 小球增加的机械能在数值上等于除重力和弹力外 外力所做的功即W2 故C选项错误 根据电场力做功是电势能变化的量度 电场力做正功电势能减少 电场力做负功电势能增加 故D选项正确 4 电荷量q 2 0 10 5C的电荷在匀强电场中由A点移动至B点时电场力做的功为6 0 10 4J 若把它从A点移至电场中的C点 电场力做的功为 3 0 10 4J 已知A B连线与A C连线夹角为120 AB 9 0cm AC 4 5cm 求A B两点的电势差和电场强度 夯实基础 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具有的电势能就大B 电荷在电场中电势越高的地方 它的电荷量越大 所具有的电势能也越大C 在正点电荷电场中的任意一点处 正电荷所具有的电势能一定大于负电荷所具有的电势能D 在负点电荷电场中的任意一点处 正电荷所具有的电势能一定大于负电荷所具有的电势能 C 解析 对于A B选项 电荷具有的电势能大小取决于它在电场中的位置 电势的高低 和该电荷的电性 对于C D选项 由于点电荷形成的电场无穷远处的电势为零 只要将电荷从电场中向无穷远处移动 再根据电场力做功与电势能改变的关系来判断 所以C选项正确 2 如图是某一点电荷的电场线分布图 下列表述正确的是 A a点的电势高于b点的电势B 该点电荷带负电C a点和b点电场强度的方向相同D a点的电场强度大于b点的电场强度 BD 解析 在点电荷的电场中 以点电荷为球心的球面是等势面 又由于顺着电场线方向电势降低 故a点电势低于b点电势 A选项错误 由电场线的分布可知该点电荷带负电 故B选项正确 a点电场线比b点密 因此Ea Eb a b两点的电场线的方向不同 故C选项错误 D选项正确 3 某静电场的电场线分布如图所示 图中P Q两点的电场强度的大小分别为EP和EQ 电势分别为 P和 Q 则 A EP EQ P QB EP EQ P QC EP EQ P QD EP EQ P Q A 解析 从图可以看出P点的电场线的密集程度大于Q点的密集程度 故P点的场强大于Q点的场强 因电场线的方向由P指向Q 而沿电场线的方向电势逐渐降低 P点的电势高于Q点的电势 故A正确 4 如图所示 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 解析 先由W qU 得AB间的电势差为20V 再由已知分析 向右移动正电荷做负功 说明电场力向左 因此电场线方向向左 可知B点电势高 因此 B 16V 能力提升 5 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 D 解析 由电子的运动轨迹知 电子受到的电场力方向斜向上 故电场方向斜向下 M点电势高于O点 A错误 电子在M点电势能最小 B错误 运动过程中 电子先克服电场力做功 后电场力对电子做正功 故C错误 D正确 6 如图甲所示 Q1 Q2为两个固定点电荷 其中Q1带正电 它们连线的延长线上有a b两点 一正试探电荷以一定的初速度沿直线从b点开始经a点向远处运动 其速度图象如图乙所示 则 A Q2带正电B Q2带负电C 试探电荷从b到a的过程中电势能增大D 试探电荷从b到a的过程中电势能减小 BC 解析 本题考查的是场强叠加 电场力做功与电势能的关系及读图能力 由速度 时间图象可知试探电荷从b点到a点过程速度减小 电场力做负功电势能增加 Q2带负电 过了a点后 速度增大 电场力做正功 电势能减小 故B C选项正确 B 8 图中虚线为匀强电场中与场强方向垂直的等间距平行直线 两粒子M N质量相等 所带电荷量的绝对值也相等 现将M N从虚线上的O点以相同速率射出 两粒子在电场中运动的轨迹分别如图中两条实线所示 点a b c为实线与虚线的交点 已知O点电势高于c点 若不计重力 则 A M带负电荷 N带正电荷B N在a点的速度与M在c点的速度大小相同C N从O点运动至a点的过程中克服电场力做功D M在从O点运动至b点的过程中 电场力对它做的功等于零 BD 解析 本题考查带电粒子在电场中的运动 图中的虚线为等势线 所以M从O点到b点的过程中电场力对粒子做功等于零 D正确 根据M N粒子的运动轨迹可知N受到的电场力向上M受到的电场力向下 电荷的正负不清楚但为异种电荷 A错误 a到O到的电势差等于O到c的电势差 而且电荷和质量大小相等 电场力都做正功 C错误 根据动能定理得N在a与M在c两点的速度大小相同 但方向不同 B正确 9 如图所示 绝缘杆两端固定带电小球A和B 轻杆处于水平向右的匀强电场中 不考虑两球之间的相互作用 初始时杆与电场线垂直 将杆右移的同时顺时针转过90 发现A B两球电势能之和不变 根据如图给出的位置关系 下列说法正确的是 A A一定带正电 B一定带负电B A B两球带电量的绝对值之比 qA qB 1 2C A球电势能一定增加D 电场力对A球和B球都不做功 B 解析 A B两球电势能的变化量的绝对值相同 即 qAE 2L qBE L 则有qA qB 1 2 故B项正确 由于无法判断A B两球的电势能是增加了还是减少了 故A B两球所带的电性无法判断 故A C D三项均错 10 空间有一沿x轴对称分布的电场 其电场强度E随x变化的图象如图所示 下列说法正确的是 A O点的电势最低B x2点的电势最高C x1和x1两点的电势相等D x1和x3两点的电势相等 C 解析 本题可辅助下列对称的电场线来解决 如图所示 沿电场强度方向电势降落最快 所以O点电势最高 A错误 B错误 根据U Ed 电场强度是变量 可用E x图象面积表示 O点到x1与到 x1点的电势降落相等 所以C正确 x1和x3两点电场强度大小相等 电势不相等 D错误 11 如图所示 一质量为m的塑料球形容器放在桌面上 它的内部有一劲度系数为k的轻弹簧 弹簧直立地固定于容器