电势能和电势.ppt

1 复习回顾 1 功的计算 2 重力做功有什么特点 1 与路径无关 由初末位置的高度差来决定 2 WG与重力势能的关系 3 重力势能是相对的 有零势能面 人为选定 重力势能具有系统性 功是能量转化的量度 2 一 静电力做功的特点 正电荷q在电场强度为E的匀强电场中由A运动到M电场力做功吗 做了多少功 q A M W qE AM F 3 求试探电荷 q沿直线AB移动到B时电场力做的功 F 4 M 5 结论 在匀强电场中移动电荷时 静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关 但与电荷经过的路径无关 对于非匀强电场也适用 6 将 q由A移到B的过程静电力对电荷做功为 将 q由A移到B的过程 静电力对电荷做功为 做功的过程是一个能量转化的过程 那么静电力做功的过程是什么能转化为什么能呢 7 二 电势能 静电力做功与电势能有什么关系 联系重力做功与重力势能的关系 电荷在电场中具有的与电荷位置有关的能 叫电势能 物体被举高具有重力势能 1 电荷在电场中具有电势能 重力对物体做正功 物体的重力势能减小 2 静电力对电荷做正功 电荷的电势能减小 重力对物体做负功 物体的重力势能增大 3 静电力对电荷做负功 电荷的电势能增大 8 重力做多少功 物体重力势能就变化多少 4 静电力做多少功 电荷电势能就变化多少 重力势能是相对的 与零势能面有关 5 电势能是相对的 与零电势能面有关 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 9 重力势能是物体和地球所共有的 具有系统性 6 电势能是电荷和电场所共有的 具有系统性 7 电势能是标量 由此可见 静电力做功与重力做功 电势能与重力势能都很相似 所以大家在学习电势能过程中应该多联系重力做功与重力势能的关系帮助理解电势能 10 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 静电力 电荷之间的作用力 有重力就有重力势能Ep mgh 有静电力就有相应的能 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 11 尽管重力做功与静电力做功很相似 但还是存在很大差异 正电荷顺着电场线移动 静电力做正功 电势能减少负电荷顺着电场线移动 静电力做负功 电势能增加正电荷逆着电场线移动 静电力做负功 电势能增加负电荷逆着电场线移动 静电力做正功 电势能减少 存在两种电荷 12 例1 右图中MN为电场中某一条电场线方向向右 在线上取两点a b今将一电荷 q从a移到b则 A 静电力做正功 q的电势能增加 B 静电力做负功 q的电势能增加 C 静电力做正功 q的电势能减少 D 静电力做负功 q的电势能减少 C 13 例2 A和B为电场中某条电场线上的点 如图 将q 4 10 9的正电荷从A点移到B点需克服静电力做功5 10 7J 则 电场方向由A B还是B A 电荷在哪点时电势能大 大多少 A B 14 电场的力的性质我们必须用场强E来描述 那么电场的能的性质我们又应该用什么物理量来描述呢 能否用 电势能 呢 问题1 同样的电荷处在电场中不同位置 具有的电势能相同吗 问题2 不同的电荷放在电场中同一点 具有的电势能相同吗 不同的电荷在电场中同一点具有的电势能不同 但电场中同一点的电场的能的性质是一定的 故不能用 电势能 来描述电场的能的性质 我们引入一个新的物理量 电势 来表示它 15 该比值是一个与q无关 仅与电场及A点的位置有关的量 三 电势 设EP0 0 该比值称为A点的电势 零势能参考点 16 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 1 定义 2 公式 3 单位 伏特 V 计算时要代入正负号 4 标量 有正负 5 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 17 例3 试探电荷q1放在电场中的A点 电势能为E 规定无限远处电势能为零 A点的电势为 若把试探电荷q1换成试探电荷q2放在电场中的A点 A点的电势为 仍规定无限远处电势能为零 18 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 求A点的电势 解 设场外一点P的电势为 点评 电势的确定首先要确定零电势处 且电势可以为负 19 沿着电场线方向 电势如何变化呢 4 沿着电场线的方向 电势越来越低如何确定电场中某点的电势呢 5 电势具有相对性 先规定电场中某处的电势为零 然后才能确定电场中其他各点的电势 通常取离场源电荷无限远处或大地的电势为零 20 对电势的理解 1 电势的相对性 某点电势的大小是相对于零点电势而言的 零电势的选择是任意的 一般选地面和无穷远为零势能面 2 电势的固有性 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 3 电势是标量4 计算时EP q 都带正负号 21 高度和电势 重力场中 同一物体在不同位置 Ep不同 电场中 同一电荷在电场中的不同位置 EP不同 不同物体在同一位置 Ep正比于质量m 不同电荷在同一位置 EP正比于电量q Ep m gh h只与相对位置有关 EP q叫做电势 只与相对位置有关 22 23 等势面 地理上 等高线表示地势的高低 在电场中常用等势面来表示电势的高低 电场中电势相同的各点构成的面叫做等势面 24 等势面的特点 1 等势面一定跟电场线垂直 在同一等势面上的任意两点间移动电荷 电场力不做功 2 电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面 任意两个等势面都不会相交 3 等差等势面越密的地方电场强度越大 等势面 25 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 26 2 等量异种点电荷电场中的等势面 两簇对称曲面 等势面 27 3 等量同种点电荷电场中的等势面 两簇对称曲面 等势面 28 5 匀强电场中的等势面 垂直于电场线的一簇平面 4 形状不规则的带电导体附近的电场线及等势面 等势面 29 30 1 2010广东理综 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点的电场强度解析 沿电场线方向电势降低 故A选项错误 由图中电场线分布知 此场为一负点电荷的电场线分布图 B项正确 电场线密集处场强大 C项错 D项正确 答案 BD 31 2 某静电场的电场线分布如下图所示 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 解析 P点处电场线分布的密集些 Q处电场线分布稀疏些 则EP EQ 图中 电场线的方向是由P指向Q 根据顺着电场线的方向 电势依次降落 有P点电势大于Q点电势 答案 A 32 3 在如图所示的四个电场中 均有相互对称分布的a b两点 其中a b两点电势和场强都相同的是 33 解析 本题考查电场的叠加 因为电势是标量 并在题中的四个电场中具有对称性 故四个电场中a b两点的电势都是相等的 而电场强度则是矢量 所以A图中点电荷的电场对称点的电场强度大小相等方向相反 B图中叠加后a点斜向右上方 b点斜向右下方 C图中叠加后都是水平向右 D图中叠加后a点向上 b点向下 因此只有选项C正确 答案 C 34 4 如右图所示 某区域电场线左右对称分布 M N为对称线上的两点 下列说法正确的是 A M点电势一定高于N点电势B M点场强一定大于N点场强C 正电荷在M点的电势能大于在N点的电势能D 将电子从M点移动到N点 电场力做正功 35 解析 沿电场线方向 电势降低 所以M点电势一定高于N点电势 A正确 电场线的疏密程度表示电场的强弱 由题图可知 M点场强一定小于N点场强 B错 正电荷q在M点的电势能EpM q M 在N点的电势能EpN q N 由于 M N 所以EpM EpN C正确 电子在电场中受电场力的方向沿NM指向M 故从M移动到N 电场力做负功 D错误 答案 AC 36 练规范 练技能 练速度 37 1 如图所示 虚线a b和c是某静电场中的三个等势面 它们的电势分别为 和 一带正电粒子射入电场中 其运动轨迹如实线KLMN所示 由图可知 A 粒子从K到L的过程中 静电力做负功B 粒子从L到M的过程中 静电力做负功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 等势面 38 等势面 2 如图所示 三个等差等势面上有a b c d四点 若将一个正电荷由c经a移动到d静电力做正功W1 若由c经b移动到d静电力做正功W2 则 39 如右图所示 a b为某电场线上的两点 那么以下结论正确的是 A 把正电荷从a移到b 静电力做正功 电荷的电势能减小B 把负电荷从a移到b 静电力做负功 电荷的电势能增加C 把负电荷从a移到b 静电力做正功 电荷的电势能增加D 不论正电荷还是负电荷 从a到b电势能逐渐降低 40 解析 答案 AB 41 如右图所示 真空中等量异种点电荷放置在M N两点 在MN的连线上有对称点a c MN连线的中垂线上有对称点b d 则下列说法正确的是 A a点场强与c点场强一定相同B a点电势一定小于c点电势C 负电荷在c点电势能一定大于在a点电势能D 正电荷从d点移到b点电场力不做功 42 解析 根据真空中等量异种点电荷电场线分布特点 在MN的连线上对称点a c场强一定相同 故A正确 因沿着电场线方向电势逐渐降低 但电场方向未知 则a点电势不一定小于c点电势 故B错误 电荷从a点移到c点 电场力做功正负未知 则不能判断电势能增减 负电荷在c点电势能不一定大于在a点电势能 故C错误 而MN连线的中垂线是等势线 其上的对称点b d电势相等 则正电荷从d点移到b点电场力不做功 故D正确 答案 AD 43 位于A B处的两个带有不等量负电的点电荷在平面内电势分布如右图所示 图中实线表示等势线 则 A a点和b点的电场强度相同B 正电荷从c点移到d点 电场力做正功C 负电荷从a点移到c点 电场力做正功D 正电荷从e点沿图中虚线移到f点电势能先减小后增大 44 解析 同一检验电荷在a b两点受力方向不同 所以A错误 因为A B两处有负电荷 所以 等势线由外向内表示的电势越来越低 将正电荷从c点移到d点 正电荷的电势能增加 电场力做负功 B错误 负电荷从a点移到c点 电势能减少 电场力做正功 C正确 正电荷沿虚线从e点移到f点的过程中 电势先降低再升高 电势能先减小后增大 答案 CD 45 46 如下图所示 在静电场中 一个负电荷q受到一个非静电力作用 由A点移动到B点 则下列说法正确的是 A 非静电力和电场力做功之和等于电荷电势能增量和动能增量之和B 非静电力做功等于电势能增量和动能增量之和C 电荷克服电场力做功等于电势能的增量D 非静电力做功和电场力做功之和等于电荷动能的增量 47 解析 根据动能定理 合外力对电荷所做的功等于电荷动能的增量 对电荷和电场组成的系统而言 非静电力是外力 非静电力对电荷做了多少正功 系统能量 电势能和电荷动能 就增加多少 据电场力做功与电势能变化的关系 WF E 及电场力对电荷做负功 得电荷克服电场力做功等于电荷电势能的增量 所以B C D对 答案 BCD 反思总结 功是能量变化的量度 但要理解并区别电场力的功与电势能变化的关系 合外力的功与动能变化的关系 动能定理 即搞清功与能的变化的对应关系 48 跟踪发散 1 1 如右图 光滑绝缘半圆环轨道放在竖直向下的匀强电场中 场强为E 在与环心等高处放有一质量为m 带电 q的小球 由静止开始沿轨道运动 下列说法正确的是 A 小球在运动过程中机械能守恒B 小球经过环的最低点时速度最大C 小球电势能增加EqRD 小球由静止释放到达最低点 动能的增加量等于mgR 49 解析 小球在运动过程中除重力做功外 还有电场力做功 所以机械能不守恒 A错 小球运动到最低点的过程中 重力与电场力均做正功 重力势能减少mgR 电势能减少EqR 而动能增加mgR EqR 到最低点时动能最大 所以速度最大 因此B正确 C D错误 答案 B 50 跟踪发散 2 1 2010山东理综 某电场的电场线分布如图所示 以下说法正确的是 A c点场强大于b点场强B a点电势高于b点电势C 若将一试探电荷 q由a点释放 它将沿电场线运动到b点D 若在d点再固定一点电荷 Q 将一试探电荷 q由a移至b的过程中 电势能减小 51 解析 电场线的疏密表示电场的强弱 A项错误 沿着电场线方向电势逐渐降低 B项正确 q在a点所受电场力方向沿电场线的切线方向 由于电场线为曲线 所以 q不沿电场线运动 C项错误 在d点固定一点电荷 Q后 a点电势仍高于b点 q由a移至b的过程中 电场力做正功 电势能减小 D项正确 答案 BD 5