人教版选修31 1.4电势能和电势 课件 课件（54张).ppt

1 4 电势能和电势 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 把正试探电荷从a点移到b点 ab长l 与场强方向的夹角为 试分析沿不同路径静电力做的功 w1 qe lcos 1 沿直线ab移动 2 沿折线amb移动 w2 wam wmb qe lcos 0 qe lcos 3 沿曲线路径呢 w3 qe lcos l 结论 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点位置有关 什么力做功还有这个特点 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 求试探电荷 q沿直线ab移动到b时电场力做的功 f m 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 将 q由a移到b的过程电场力对电荷做功为 将 q由a移到b的过程 电场力对电荷做功为 做功的过程是一个能量转化的过程 那么电场力做功的过程是什么能转化为什么能呢 重力做功与重力势能变化的关系 重力做正功 重力势能减少 重力做负功 重力势能增加 重力做的功等于重力势能的减少量 电荷在电场中具有的势能 叫做电势能 用ep表示 静电力做功与电势能变化的关系 静电力做正功 电势能减少 静电力做负功 电势能增加 静电力做功等于电势能的减少量 别忘了 选取无限远或大地为零势能点呦 f 电荷在某点的电势能 等于把它从这点移动到零势能位置时静电力做的功 例1 如图匀强电场中的一根电场线 电场强度为e 1 5n c a b两点的距离为l 10cm 把q1 2 10 9c的正试探电荷从电场中的a点移动到b点 1 求静电力做的功 2 若移动的电荷为q2 2 10 9c静电力做功多少 ep1 3 10 10j ep3 6 10 10j w1 q1el 3 10 10j q1 2 10 9c q3 4 10 9c w2 q2el 3 10 10j 同样从a点到b点 移动正电荷和负电荷 电势能的变化是相反的 3 若规定b点为电势能零点 求电荷q1在a点的电势能 4 若把q3 4 10 9c的电荷放在a点 电势能为多少 二 电势能 电场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 电场力对电荷做正功 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 电场力对电荷做负功 电荷的电势能增大 重力做多少功 物体重力势能就变化多少 4 电场力做多少功 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 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 电场力做功与重力做功 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 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 尽管重力做功与电场力做功很相似 但还是存在很大差异 正电荷顺电场线移动 电场力做正功 电势能减少负电荷顺电场线移动 电场力做负功 电势能增加正电荷逆电场线移动 电场力做负功 电势能增加负电荷逆电场线移动 电场力做正功 电势能减少 存在两种电荷 例1 右图中mn为电场中某一条电场线方向向右 在线取两点a b今将一电荷 q从a移到b则 a 电场力做正功 q的电势能增加 b 电场力做负功 q的电势能增加 c 电场力做正功 q的电势能减少 d 电场力做负功 q的电势能减少 c 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点需克服电场力做功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 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 电场的能的性质也是电场本身的一种属性 它只能由场源本身所决定 而与电场中有无放入试探电荷无关 而电势能的大小是与试探电荷的电量q有关的 因q越大 其所受电场力就越大 具有的做功本领大 电势能也就大 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 电势 描述电场的能的性质的物理量 如图所示 设想把一试探电荷 q放在电场中某处a或b 它们在电场力f的作用下均移至无限远处 则有 wa wb 那么怎样去衡量电场的能的性质 怎样去定义 电势 呢 epa 0 epb 0 同理可知 若试探电荷为 q 也有 也就是说 比值epa q的大小与试探电荷的正负及电量q均无关 只与电场中该点在电场中的位置有关 故其可衡量电场的性质 三 电势 取o点的电势能为零 则 epa qelcos 讨论电势能与电荷的比值 电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值 2 公式 3 单位 伏特符号为v 1v 1j c 三 电势 1 定义 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 1 沿着电场线方向 电势将怎样变化 1 电场线指向电势降低的方向 2 如何确定电场中某点的电势 提示 类比于电势能的确定 1 电场线指向电势降低的方向 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 例3 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 重力做功与重力势能变化的关系 重力做正功 重力势能减少 重力做负功 重力势能增加 重力做的功等于重力势能的减少量 电荷在电场中具有的势能 叫做电势能 用ep表示 静电力做功与电势能变化的关系 静电力做正功 电势能减少 静电力做负功 电势能增加 静电力做功等于电势能的减少量 别忘了 选取无限远或大地为零势能点呦 f 电荷在某点的电势能 等于把它从这点移动到零势能位置时静电力做的功 例1 如图匀强电场中的一根电场线 电场强度为e 1 5n c a b两点的距离为l 10cm 把q1 2 10 9c的正试探电荷从电场中的a点移动到b点 1 求静电力做的功 2 若移动的电荷为q2 2 10 9c静电力做功多少 ep1 3 10 10j ep3 6 10 10j w1 q1el 3 10 10j q1 2 10 9c q3 4 10 9c w2 q2el 3 10 10j 同样从a点到b点 移动正电荷和负电荷 电势能的变化是相反的 3 若规定b点为电势能零点 求电荷q1在a点的电势能 4 若把q3 4 10 9c的电荷放在a点 电势能为多少 公式 电势 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 电势反映电场本身的性质 与q无关 在电场中的某一点 如果电荷量为1c的电荷在这点的电势能是1j 这一点的电势就是1v q 1c ep 1j 国际单位制电势的单位 伏特 v 思考 沿一条电场线 把正试探电荷q从a移动到b 再到c ab bc l试分析 1 静电力做什么功 2 q的电势能如何变化 3 比较a b c三点的电势高低 epa epb epc a b c 沿着电场线电势降低 同样的 选取无限远或大地为零电势点 地图中常用等高线来表示地势的高低 电场中 电势相等的点构成等势面 在同一等势面上移动电荷 静电力不做功 电场线与等势面垂直 并指向电势低的等势面 等势面的应用 描绘电场中的等势面 a b c 操作要领 1 一探针接触基准点 另一探针在导电纸上轻轻试触 2 当电流计指针不偏转时 两探针接触点电势相等 3 稍用力按压探针 该点就会由复写纸印在下面的白纸上 4 用同样方法探测其它等势点 5 每个基准点由近及远探测六个等势点 几种常见的等势面 等量同种正点电荷 一头大一头小的导体 带等量异号电荷的平行板 孤立正点电荷 孤立负点电荷 3 电势为负数时 负号表示方向吗 1 电场线指向电势降低的方向 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 思考 在上面关于电势能和电势的讨论及插图中 我们一直把试探电荷q当作正电荷处理 请把q当做负电荷 重复以上讨论 其结果与上面的结果是否一致 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 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 等势面 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 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 等势面 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 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 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 等势面 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电场力做正功w1 若由c经b移动到d电场力做正功w2 则 1 如图所示 a b c d为某电场中的等势面 一带正电粒子飞入电场后只在电场力作用下沿m点到n点的虚线运动 由图可知 四个等势面电势ua ub uc ud由高到低的排列顺序是 带电粒子在m n两点中 电势能较大的是 点 能力提升