高考物理总复习 第6章 2讲 电场能的性质课件 新人教版.ppt

第二讲电场能的性质 1 知道电势 电势能 电势差 并理解这些量之间的关系 2 知道等势面 并能用来解决问题 3 理解电场力做功与电势能间的关系 一 电势 等势面和电势差1 电势 1 定义 试探电荷在电场中某点具有的与的比值 2 定义式 3 矢标性 电势是 其大小有正负之分 其正 负 表示该点电势比高 低 4 相对性 电势具有 同一点的电势因选取的不同而不同 电势能ep 电荷量q 标量 零电势 相对性 零势点 电场中的零电势应如何选择 提示 电场中零电势点的选择是任意的 一般选无限远的电势为零 或者以大地的电势为零 2 等势面 1 定义 电场中的各点组成的面 2 特点 等势面一定与电场线 即跟场强的方向 在上移动电荷时电场力不做功 电场线总是从的等势面指向的等势面 等差等势面越密的地方电场强度 反之 电势相等 垂直 垂直 同一等势面 电势高 电势低 越大 越小 二 电势差1 定义 电荷在电场中 由一点a移到另一点b时 与的比值 2 定义式 3 电势差与电势的关系 uab 4 影响因素 电势差uab由决定 与移动的电荷q及电场力做功wab 与零电势点的选取 电场力做的功wab 移动电荷电荷量q a b 电场本身的性质 无关 无关 1 电势 电势能 电势差都有正负 但电势 电势能的正负表示的是大小 电势差的正负表示两点电势的高低 2 电势 电势能具有相对性 但电势差是绝对的 三 电场力做功和电势能1 电场力的功 1 特点 电场力做功和路径无关 只与有关 2 计算方法 w qed 只适用于 其中d为沿方向的位移 wab 适用于任何形式的电场 初 末位置 匀强电场 电场线 quab 2 电势能 1 定义 电荷在电场中具有的势能 等于静电力把它从该点移到位置时所做的功 2 静电力做功与电势能变化的关系静电力做的功等于 即wab 零势能 电势能的减少量 epa epb 电势能是相对的 与零电势点的位置有关 但电势能的改变量是绝对的 与零电势点的位置无关 一 几种常见的典型电场的等势面比较 友情提示 注意等势面和电场线的关系 1 电场线与等势面是垂直的 2 电场线密集的地方 等差等势面也密集 电场线稀疏的地方 等差等势面也稀疏 3 电场线与等势面都是虚拟的 2012广东联考 p q两电荷的电场线分布如图所示 a b c d为电场中的四点 一个离子从a运动到b 不计重力 轨迹如图所示 则下列判断正确的是 a p带负电b c d两点电势相等c 离子在运动过程中受到p的吸引力d 离子从a到b 电场力做正功 思维点拨 解答本题应注意以下两点 1 根据电场线与等势面的关系分析各点电势 2 根据电场力与轨迹关系分析电场力做功 自主解答 沿电场线方向电势降低 则p是正电荷 q是负电荷 且 c d 选项a b均错 离子受电场力的方向应该指向曲线的凹侧 故可以判断出离子在运动过程中受到p的吸引力 即离子带负电 选项c正确 离子从a到b 电场力做负功 电势能增加 选项d错误 答案 c 1 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 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两处为负电荷 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 d正确 答案 cd 二 电场强度 电势 电势差 电势能的比较与联系 物理量 物理量 友情提示 注意标量的正负与矢量不同 矢量的正负有固定的含义 表示方向 但标量正负的意义要有具体的物理量确定 如电势 电势能的正负表示大小 而电势差就不是 功和电荷量的正负也都不表示大小 它们都有各自的意义 a b c两点的电势差ubc 3vb a点的电势低于b点的电势c 负电荷由c点移到a点的过程中 电势能增加d 该电场的场强为1v m 错源探究 对电场强度与电势差的关系不明确导致错误 错因分析 错解1 对电场力做功的计算不规范 没有代入 号计算 导致错选a b项 错解2 对电场力做功与电势能的变化关系不明确 认为电场力对正电荷做功 正电荷电势能减少 对负电荷做功 负电荷电势能增加 从而错选c项 状元笔记 在由电荷电势能变化和电场力做功的关系判断电场中电势 电势差和场强方向的问题中 先由电势能的变化和电场力做功的关系判断电荷移动的各点间的电势差 再由电势差判断各点电势高低 从而确定等势面 最后由电场线总是垂直于等势面确定电场线的方向 由此可见 电场力做功与电荷电势能的变化关系具有非常重要的意义 计算时一定要代入表示电荷电性和电势高低的 号 2 2012徐州模拟 如图所示 a b c d e f为匀强电场中一个边长为10cm的正六边形的六个顶点 a b c三点电势分别为1v 2v 3v 正六边形所在平面与电场线平行 下列说法错误的是 a 通过cd和af的直线应为电场中的两条等势线b 匀强电场的场强大小为10v mc 匀强电场的场强方向为由c指向ad 将一个电子由e点移到d点 电子的电势能将减少1 6 10 19j解析 a b c三点的电势分别为1v 2v 3v 由于匀强电场中任一直线上的电势分布都是均匀的 连接ac 则ac中点g的电势为2v 所以be连线为一条等势线 因此平行于be的cd af为等势线 a项中说法正确 答案 b 三 电势高低及电势能大小的比较方法1 比较电势高低的几种方法 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 取无穷远处为电势零点 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 4 依据电势能高低判断 正电荷的电势能大处的电势高 而负电荷电势能大处的电势低 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 电场线判断法 正电荷顺着电场线的方向移动时 电势能逐渐减小 逆着电场线的方向移动时 电势能逐渐增大 负电荷顺着电场线的方向移动时 电势能逐渐增大 逆着电场线的方向移动时 电势能逐渐减小 4 场源电荷判断法 离场源正电荷越近 试探正电荷的电势能越大 试探负电荷的电势能越小 离场源负电荷越近 试探正电荷的电势能越小 试探负电荷的电势能越大 友情提示 1 电势 电势能的正负能表示大小关系 电势差的正负表示两点电势的相对高低 2 同一电荷在高电势处电势能不一定大 其电势能的大小还与电荷的电性有关 如图甲是某一点电荷形成的电场中的一条电场线 a b是电场线上的两点 一负电荷q仅在电场力作用下以初速度v0从a运动到b过程中的速度图线如图乙所示 则以下说法中正确的是 a a b两点的电场强度是ea ebb a b两点的电势是 a bc 负电荷q在a b两点的电势能大小是epa epbd 此电场一定是负电荷形成的电场 答案 abd 方法归纳 若电荷在电场中运动且只有电场力做功 则电荷的动能与电势能之和保持不变 3 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 解析 从a到b再到c是顺着电场线的方向 电势应逐渐降低 所以 a b c 故a正确 a b c三点中a处电场线最疏 c处电场线最密 所以ea eb ec 故b正确 尽管ab bc 但ea eb ec 所以uab ubc 故c正确 d错误 答案 abc 四 电场中的功能关系1 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 2 电场力做功的计算方法 1 由公式w flcos 计算 此公式只适合于匀强电场中 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 ep1 ep2 3 带电粒子在电场中做曲线运动时正负功的判断 1 粒子速度方向一定沿轨迹的切线方向 粒子受力方向一定沿电场线指向轨迹凹侧 2 电场力与速度方向间夹角小于90 电场力做正功 夹角大于90 电场力做负功 友情提示 利用w qu计算电场力做的功时 可将q u的正负号一起代入 计算出的w也有正负之分 能表示电场力做正负功 也可以只代q u的绝对值 然后根据电场力的方向和电荷移动方向判断功的正负 如图所示 一根长l 1 5m的光滑绝缘细直杆mn 竖直固定在场强为e 1 0 105n c 与水平方向成 30 角的倾斜向上的匀强电场中 杆的下端m固定一个带电小球a 电荷量q 4 5 10 6c 另一带电小球b穿在杆上可自由滑动 电荷量q 1 0 10 6c 质量m 1 0 10 2kg 现将小球b从杆的上端n静止释放 小球b开始运动 静电力常量k 9 0 109n m2 c2 g取10m s2 1 小球b开始运动时的加速度为多大 2 小球b的速度最大时 距m端的高度h1为多大 3 小球b从n端运动到距m端的高度h2 0 61m时 速度为v 1 0m s 求此过程中小球b的电势能改变了多少 方法归纳 解答此类问题时要注意受力分析 弄清小球受到的力的情况 并能分析出各力做功情况及能量转化情况 这是解题的关键 答案 bd 图中虚线所示为静电场中的等势面1 2 3 4 相邻的等势面之间的电势差相等 其中等势面3的电势为0 一正的点电荷在静电力的作用下运动 经过a b点时的动能分别为26ev和5ev 当这一点电荷运动到某一位置 其电势能变为 8ev时 它的动能应为a 8evb 13evc 20evd 34ev 解析 设相邻的等势面之间的电势差为u 电荷从a点运动到b点 动能减少 电势能增加 电场力对电荷做负功 设点电荷的带电荷量为q 电场力对点电荷做功w 3qu由动能定理可得 3qu ekb eka 所以qu 7ev当电荷从a运动到等势面3时 有 2qu ek3 eka则ek3 eka 2qu 26ev 2 7ev 12ev所以电荷在等势面3上的总能量e3 ek3 ep3 12ev 又因为电荷在运动过程中 只有电场力对其做功 其动能与电势能之和保持不变 当电荷运动到某一位置时 其电势能为 8ev 总能量为12ev 则其动能为20ev 故c正确 答案 c 如图所示为静电除尘原理示意图 除尘器由金属管a和悬挂在管中的金属丝b组成 在m n两点接入高压电源时 金属管内空气电离的电子在电场力作用下运动