高中物理 第一章 静电场 4 电势能和电势课件 新人教版选修31(1).ppt

第一章静电场 4电势能和电势 学习目标1 知道静电力做功的特点 掌握静电力做功与电势能变化的关系 2 理解电势能 电势的概念 能根据电场线判断电势高低 3 知道什么是等势面 并能理解等势面的特点 内容索引 知识探究 题型探究 达标检测 知识探究 1 一 静电力做功的特点 1 如图1所示 试探电荷q在电场强度为e的匀强电场中 沿直线从a移动到b 静电力做的功为多少 若q沿折线amb从a点移动到b点 静电力做的功为多少 静电力f qe 静电力与位移夹角为 静电力对试探电荷q做的功w f ab cos qe am 在线段am上静电力做的功w1 qe am 在线段mb上静电力做的功w2 0 总功w w1 w2 qe am 答案 图1 2 若q沿任意曲线从a点移动到b点 静电力做的功为多少 由此可得出什么结论 w qe am 电荷在匀强电场中从不同路径由a点运动到b点 静电力做功相同 说明静电力做功与路径无关 只与初 末位置有关 答案 静电力做功的特点 1 静电力做功的特点 静电力对某电荷所做的功 与该电荷的电荷量 填 有关 或 无关 与电荷经过的路径 填 有关 或 无关 该结论在任何电场中均成立 2 静电力做功与做功相似 只要初 末位置确定了 移动电荷q做的功就是确定值 有关 无关 重力 判断下列说法的正误 1 电荷从电场中的a点运动到b点 路径不同 电场力做功的大小就可能不同 2 电荷从电场中的某点开始出发 运动一段时间后 又回到了该点 则电场力做功为零 3 正电荷沿着电场线运动 电场力对正电荷做正功 负电荷逆着电场线运动 电场力对负电荷做正功 4 在匀强电场中 电场力做功与路径无关 在非匀强电场中 电场力做功与路径有关 二 电势能 1 物体从高处向低处运动 重力做什么功 物体的重力势能如何变化 重力做功和物体的重力势能变化有什么关系 答案 重力做正功重力势能减少wg ep1 ep2 2 正电荷顺着电场线移动 电场力做什么功 电荷的电势能如何变化 负电荷顺着电场线移动 电场力做什么功 电荷的电势能如何变化 电场力做功与电势能的变化有什么关系 答案 电场力做正功电势能减少电场力做负功电势能增加w电 ep1 ep2 静电力做正功 电势能 静电力做负功 电势能 1 电势能 电荷在中具有的势能 用ep表示 2 静电力做功与电势能变化的关系 静电力做的功等于电势能的 表达式 wab 减少量 增加 电场 epa epb 减少 3 电势能的大小 电荷在某点的电势能 等于把它从这点移动到 时静电力做的功 4 电势能具有相对性电势能零点的规定 通常把电荷在离场源电荷处或把电荷在上的电势能规定为零 零势 能位置 无限远 大地表面 判断下列说法的正误 1 电场力做正功 电荷的电势能减少 电场力做负功 电荷的电势能增加 2 正电荷和负电荷沿着电场线运动 电势能均减少 3 确定电荷在某点的电势能应先规定零势能点 4 因电势能有正负之分 所以电势能是矢量 三 电势 如图2所示的匀强电场 场强为e 取o点为零势能点 a点距o点为l ao连线与电场线的夹角为 把电荷量分别为q和2q的试探电荷由a点移到o点 电场力做功分别是多少 电荷q 2q在a点的电势能各为多少 电势能与电荷量的比值各是多少 答案 wao1 eqlcos wao2 2eqlcos 由epa wao知 电荷量为q和2q的试探电荷在a点的电势能分别为eqlcos 2eqlcos 电势能与电荷量的比值相同 都为elcos 图2 对电势的理解 1 定义及公式 电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的 即 单位为 符号为 2 电势高低的判断 沿着电场线的方向电势逐渐 3 电势的标量性 电势是量 只有大小 没有方向 但有正 负之分 电势为正表示比零电势 电势为负表示比零电势 4 电势的相对性 零电势点的规定原则 一般选或处的电势为0 只有规定了电势零点才能确定某点的电势大小 5 电势描述电场能的性质 决定于本身 与试探电荷 填 有关 或 无关 比值 伏特 v 降低 标 低 大地 无限远 电场 无关 高 判断下列说法的正误 1 电势有正负之分 因而是矢量 2 电荷在电势高处具有的电势能大 3 场强为零处 电势一定为零 4 沿电场线方向电势降低 与试探电荷的电性无关 四 等势面 1 类比地图上的等高线 简述什么是等势面 答案 电场中电势相等的各点构成的面 2 当电荷从同一等势面上的a点移到b点时 电荷的电势能是否变化 电场力做功情况如何 答案 不发生变化电场力不做功 1 等势面的特点 1 在等势面上移动电荷时静电力 2 电场线跟等势面垂直 并且由电势的等势面指向电势的等势面 3 等势面密的地方 电场强度较 等势面疏的地方 电场强度较 4 任意两个等势面都不相交 不做功 低 高 强 弱 2 几种常见电场的等势面 1 点电荷的等势面是以点电荷为球心的一簇球面 2 等量异号点电荷的等势面 点电荷的连线上 从正电荷到负电荷电势越来越低 中垂线是一条等势线 3 等量同号点电荷的等势面 等量正点电荷连线的中点电势最低 中垂线上该点的电势最高 从中点沿中垂线向两侧 电势越来越低 等量负点电荷连线的中点电势最高 中垂线上该点的电势最低 从中点沿中垂线向两侧 电势越来越高 4 匀强电场的等势面是垂直于电场线的一簇平行等间距的平面 2 题型探究 一 静电力做功与电势能变化的关系 1 静电力做功的特点 1 静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关 但是与具体路径无关 这与重力做功特点相似 2 静电力做功的特点不受物理条件限制 不管静电力是否变化 是否是匀强电场 是直线运动还是曲线运动 静电力做功的特点不变 2 静电力做功与电势能变化的关系 1 wab epa epb 静电力做正功 电势能减小 静电力做负功 电势能增加 2 正电荷在电势高的地方电势能大 而负电荷在电势高的地方电势能小 例1将带电荷量为6 10 6c的负电荷从电场中的a点移到b点 克服静电力做了3 10 5j的功 再从b移到c 静电力做了1 2 10 5j的功 则 1 电荷从a移到b 再从b移到c的过程中电势能共改变了多少 答案 解析 见解析 2 如果规定a点的电势能为零 则该电荷在b点和c点的电势能分别为多少 答案 解析 见解析 如果规定a点的电势能为零 由公式得该电荷在b点的电势能为epb epa wab 0 wab 3 10 5j 同理 c点的电势能为epc epa wac 0 wac 1 8 10 5j 3 如果规定b点的电势能为零 则该电荷在a点和c点的电势能分别为多少 答案 解析 见解析 如果规定b点的电势能为零 则该电荷在a点的电势能为 epa epb wab 0 wab 3 10 5j c点的电势能为epc epb wbc 0 wbc 1 2 10 5j 针对训练1在电场中 把电荷量为4 10 9c的正点电荷从a点移到b点 克服静电力做功6 10 8j 以下说法中正确的是a 电荷在b点具有的电势能是6 10 8jb b点电势是15vc 电荷的电势能增加了6 10 8jd 电荷的电势能减少了6 10 8j 答案 解析 电荷在电场中某点的电势能具有相对性 只有确定了零势能点 b点的电势 电荷在b点的电势能才有确定的数值 故选项a b错误 由于电荷从a点移到b点的过程中克服静电力做功6 10 8j 故电荷电势能应该是增加了6 10 8j 选项c正确 选项d错误 二 对电势的理解及电势高低的判断 1 电势是反映电场性质的物理量 与放入的试探电荷无关 2 电势具有相对性 其大小与零电势的选取有关 常取无限远处或大地的电势为零 3 电势的定义式为 公式中的ep q在运算时均需代入正 负号 1 2 10 4j1 2 104v 例2如果把电荷量为q 1 0 10 8c的电荷从无限远处移到电场中的a点 需要克服静电力做功w 1 2 10 4j 那么 1 q在a点的电势能和a点的电势各是多少 答案 解析 2 q未移入电场前 a点的电势是多少 答案 解析 1 2 104v a点的电势是由电场本身决定的 跟a点是否有电荷存在无关 所以q未移入电场前 a点的电势仍为1 2 104v 例3将一正电荷从无穷远处移入电场中m点 电势能减少了8 0 10 9j 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9 0 10 9j 则下列判断中正确的是a m n 0b n m 0c n m 0d m n 0 答案 解析 1 电荷在等势面上移动时 静电力不做功 电荷的电势能不变 2 由等势面可以确定电场线 因为电场线总和等势面垂直 所以已知等势面的形状分布 可以绘制电场线 从而确定电场大体分布 3 由等差势面的疏密 可以定性地确定场强的大小 等势面密处 场强较大 三 等势面的特点及应用 例4空间中p q两点处各固定一个点电荷 其中p点处为正电荷 p q两点附近电场的等势面分布如图3所示 a b c d为电场中的4个点 则a p q两点处的电荷等量同号b a点和b点的电场强度相同c c点的电势低于d点的电势d 负电荷从a到c 电势能减少 图3 答案 解析 根据题图可知 该电场是等量异号点电荷的电场 故a错误 根据电场的对称性 a b两点的电场强度大小相等 而方向不同 故b错误 c点所在等势面离p点 正电荷 较d点所在等势面离p点近 c点的电势较高 故c错误 负电荷从a到c 电场力做正功 所以电势能减少 故d正确 针对训练2 多选 如图4所示 实线表示一簇关于x轴对称的等势面 在轴上有a b两点 则a a点场强小于b点场强b a点场强方向指向x轴负方向c a点场强大于b点场强d a点电势高于b点电势 答案 图4 由于电场线与等势面总是垂直 所以b点电场线比a点密 b点场强大于a点场强 故a正确 c错误 电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面 故b错误 由图中数据可知d正确 解析 达标检测 3 1 多选 关于电势 下列说法正确的是a 电场中某点的电势大小等于单位正电荷从该点移动到零电势点时 电场力所做的功b 电场中某点的电势与零电势点的选取有关c 由于电势是相对的 所以无法比较电场中两点的电势高低d 电势是描述电场能的性质的物理量 答案 1 2 3 4 解析 1 2 3 4 由电势的定义可知a正确 由于电势是相对量 电势的大小与零电势点的选取有关 故b正确 虽然电势是相对的 但电势的高低是绝对的 因此c错误 电势与电势能相联系 它是描述电场能的性质的物理量 故d正确 2 关于静电场的等势面 下列说法正确的是a 两个电势不同的等势面可能相交b 电场线与等势面处处相互垂直c 同一等势面上各点电场强度一定相等d 将一负的试探电荷从电势较高的等势面移至电势较低的等势面 电场力做正功 答案 1 2 3 4 解析 1 2 3 4 若两个不同的等势面相交 则在交点处存在两个不同电势数值 与事实不符 a错 电场线一定与等势面垂直 b对 同一等势面上的电势相同 但电场强度不一定相同 c错 将一负电荷从电势较高的等势面移至电势较低的等势面 电场力做负功 故d错 3 如图所示 实线表示电场线 虚线表示带电粒子运动的轨迹 带电粒子只受电场力的作用 运动过程中电势能逐渐减少 它运动到b处时的运动方向与受力方向可能是 答案 解析 1 2 3 4 由于带电粒子只受电场力的作用 而且运动过程中电势能逐渐减少 可判断电场力做正功 即电场力方向与粒子速度方向夹角为锐角 且电场力方向沿着电场线指向轨迹凹侧 故d项