高中物理电场专题ppt课件

第2课时电势电势差电势能 1 电势差UAB 1 定义 电荷在电场中 由一点A移动到另一点B时 所做的功与电荷量的比值WAB q 叫做A B两点间的电势差 用UAB表示 2 定义式 UAB 3 单位 1V 1J C 4 矢标性 但有正负 正负表示电势的高低 电场力 移动电荷 WAB q 伏特 标量 2 电势 1 定义 电势实质上是和标准位置的电势差 即电场中某点的电势 在数值上等于把从某点移到 零电势点 时电场力所做的功 2 定义式 A UA 3 单位 4 矢标性 但有正负 电势的正负表示该点电势比零电势点高还是低 电势差 电势 功 电荷量都是标量 但均有正 负 说一说各自正 负的意义 单位正电荷 标准位置 WA q 伏特 标量 思考 提示 电势差的正负说明了两点的电势高低 电势的正负说明了比零电势点 标准位置 的电势高低 功的正负说明了是动力做功还是阻力做功 电荷量的正负表示了电荷的电性 1 UAB A B 2 电势具有相对性 它与零电势点的选取有关 电势差无相对性 它与零电势点的选取无关 1 电势差的理解 1 从能量的角度反映了电场的性质电场力做功WAB与q成正比 与A到B的路径无关 所以既与q无关 又与A B间的路径无关 由于做功是能量转化的量度 因此是从能的角度反映了电场的性质 2 电场力做功有正负之分 电场力做正功 WAB 0 电场力做负功 WAB 0 电荷量也有正负之分 对正电荷取q 0 对负电荷取q 0 利用UAB 计算时 要注意到WAB q及UAB的正负 2 如何理解电势和电场强度的关系 1 电势与电场强度的大小没有必然的联系 某点的电势为零 电场强度不一定是零 反之亦然 2 电势与电场强度都由电场本身的因素决定 与试探电荷无关 3 沿着电场线的方向电势越来越低 电场线的方向是电势降落最快的方向 电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面 1 将一正电荷从无限远处移入电场中M点 静电力做功W1 6 10 9J 若将一个等量的负电荷从电场中N点移向无限远处 静电力做功W2 7 10 9J 则M N两点的电势 M N 有如下关系 A M N 0B N M 0C N M 0D M N 0解析 对正电荷 M 对负电荷 N 即 N 而W2 W1 0 且和均大于0 则 N M 0 正确答案选C 答案 C 1 电场力做功 1 特点 电场力做功与路径 仅取决于两点间的电势差和要移送的电荷 2 公式WAB qUAB 2 电势能 1 定义 电荷在电场中具有的能 它与电场和电荷都有关 不能描述电场 2 特点 电势能是相对的 与选取有关 电势能是标量 但有之分 无关 零势能点的 正负 1 电场力做功与电势能的变化关系 1 电场力做功与路径无关 与重力做功十分相似 2 电场力对电荷做正功时 电荷的电势能减少 电场力对电荷做负功时 电荷的电势能增加 电势能增加或减少的数值等于电场力做功的数值 即 Ep W 2 电场中的功能关系 1 只有电场力做功 电势能和电荷的动能之和保持不变 2 只有电场力和重力做功 电势能 重力势能 动能三者之和保持不变 图9 2 12 如图9 2 1所示 在绝缘的斜面上方 存在着匀强电场 电场方向平行于斜面向上 斜面上的带电金属块在平行于斜面的力F作用下沿斜面移动 已知金属块在移动的过程中 力F做功32J 金属块克服电场力做功8J 金属块克服摩擦力做功16J 重力势能增加18J 则在此过程中金属块的 A 动能减少10JB 电势能增加24JC 机械能减少24JD 内能增加16J 解析 由动能定理可知 Ek 32J 8J 16J 18J 10J A正确 克服电场力做功为8J 则电势能增加8J B错误 机械能的改变量等于除重力以外的其他力所做的总功 故应为 E 32J 8J 16J 8J C错误 物体内能的增加量等于克服摩擦力所做的功 D正确 答案 AD 1 等势面的概念 电场中的各点构成的面叫等势面 2 几种常见电场的等势面 见课本 1 点电荷电场 2 等量异号电荷的电场 3 等量同号电荷的电场 4 匀强电场 一簇垂直电场线的平行平面 电势相同 1 等势面的特点 1 在同一等势面上移动电荷电场力不做功 2 等势面一定跟电场线垂直 3 等差等势面的疏密程度也能反映场强的强弱 即等势面越密的地方场强越强 等势面越疏的地方场强越弱 4 两个等势面不能相交 5 等势面的分布与零电势的选取无关 6 电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面 2 电场线 场强 电势 等势面的相互关系如何 1 电场线与场强的关系 电场线越密的地方表示场强越大 电场线上每点的切线方向表示该点的场强方向 2 电场线与电势的关系 沿着电场线方向 电势越来越低 3 等势面与电场线的关系 电场线总是与等势面垂直 且从高等势面指向低等势面 电场线越密的地方 等差等势面也越密 沿等势面移动电荷 电场力不做功 沿电场线移动电荷 电场力一定做功 4 场强数值与电势数值无直接关系 场强大 或小 的地方电势不一定大 或小 零电势可人为选取 而场强是否为零则由电场本身决定 图9 2 23 2009 上海单科 7 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9 2 2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 例1 如图9 2 3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 图9 2 3 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 由图可知 M点场强一定小于N点场强 B错 若把正电荷由M点移到N点电场力做正功 电荷的电势能减小 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 电场力做负功 D错 答案 AC 1 计算电场力做功常有哪些方法 1 WAB qUAB 普遍适用 2 W qE s cos 适用于匀强电场 3 WAB Ep 从能量角度求解 4 W电 W非电 Ek 由动能定理求解 2 电势能增减的判断方法做功法 无论电荷是正是负 只要电场力做正功 电荷的电势能就减少 电场力做负功 电荷的电势能就增加 3 电势高低的判断 1 据电场线的方向 沿电场线方向 电势越来越低 2 据电场力做功的方法 据定义式UAB 将WAB q的 代入 由UAB的 可判电势高低 图9 2 41 1 2009 天津 如图9 2 4所示 带等量异号电荷的两平行金属板在真空中水平放置 M N为板间同一电场线上的两点 一带电粒子 不计重力 以速度vM经过M点在电场线上向下运动 且未与下板接触 一段时间后 粒子以速度vN折回N点 则 A 粒子受电场力的方向一定由M指向NB 粒子在M点的速度一定比在N点的大C 粒子在M点的电势能一定比在N点的大D 电场中M点的电势一定高于N点的电势解析 由题意可知M N在同一电场线上 带电粒子从M点运动到N点的过程中 电场力做负功 动能减小 电势能增加 故选项A C错误 B正确 由于题中未说明带电粒子及两极板的电性 故无法判断M N两点的电势高低 选项D错误 答案 B 图9 2 5 例2 如图9 2 5所示 实线为方向未知的三条电场线 虚线分别为等势线1 2 3 已知MN NQ a b两带电粒子从等势线2上的O点以相同的初速度飞出 仅在电场力作用下 两粒子的运动轨迹如图中所示 则 A a一定带正电 b一定带负电B a加速度减小 b加速度增大C MN电势差 UMN 等于NQ两点电势差 UNQ D a粒子到达等势线3的动能变化量比b粒子到达等势线1的动能变化量小 解析 由带电粒子在运动轨迹 结合曲线运动的特点可知带电粒子所受的电场力方向 但因为电场线的方向不确定 故不能判断带电粒子带电的性质 A错 由电场线的疏密可知 a加速度将减小 b加速度将增大 B正确 因为是非匀强电场 故MN电势差并不等于NQ两点电势差 C错 但因为等势线1与2之间的电场强度比2与3之间的电场强度要大 故1 2之间的电势差要大于2 3之间的电势差 但两粒子的带电量大小不确定 故无法比较动能变化量的大小 D错误 答案 B 图9 2 62 1某同学研究电子在匀强电场中的运动时 得到了电子由a点运动到b点的轨迹 如图9 2 6虚线所示 图中一组平行实线可能是电场线 也可能是等势面 则下列说法正确的是 A 不论图中实线是电场线还是等势面 a点的电势都比b点的电势低B 不论图中实线是电场线还是等势面 a点的场强都比b点的场强小C 如果图中实线是电场线 电子在a点动能较大D 如果图中实线是等势面 电子在b点动能较小解析 如果实线是电场线 由运动轨迹判断 电子受水平向右的电场力 场强方向水平向左 a点的电势低于b点的电势 电子在a点动能较小 如果实线是等势面 由运动轨迹判断 电子受竖直向下的电场力 场强方向竖直向上 a点的电势高于b点的电势 电子在b点动能较小 答案 D 例3 18分 如图9 2 7所示 水平绝缘光滑轨道AB的B端与处于竖直平面内的四分之一圆弧形粗糙绝缘轨道BC平滑连接 圆弧的半径R 0 40m 在轨道所在空间存在水平向右的匀强电场 电场强度E 1 0 104N C 图9 2 7 现有一质量m 0 10kg的带电体 可视为质点 放在水平轨道上与B端距离x 1 0m的位置 由于受到电场力的作用带电体由静止开始运动 当运动到圆弧形轨道的C端时 速度恰好为零 已知带电体所带电荷q 8 0 10 5C 取g 10m s2 求 1 带电体在水平轨道上运动的加速度大小及运动到B端时的速度大小 2 带电体运动到圆弧形轨道的B端时对圆弧轨道的压力大小 3 带电体沿圆弧形轨道运动过程中 电场力和摩擦力对带电体所做的功各是多少 解析 1 设带电体在水平轨道上运动的加速度大小为a 根据牛顿第二定律有qE ma 2分 解得a qE m 8 0m s2 1分 设带电体运动到B端时的速度大小为vB 则 1分 解得vB 4 0m s 1分 2 设带电体运动到圆弧形轨道B端时受轨道的支持力为FN 根据牛顿第二定律有FN mg 3分 解得FN mg 5 0N 1分 根据牛顿第三定律可知 带电体对圆弧形轨道B端的压力大小FN 5 0N 1分 3 因电场力做功与路径无关 所以带电体沿圆弧形轨道运动过程中 电场力所做的功W电 qER 0 32J 2分 设带电体沿圆弧形轨道运动过程中摩擦力所做的功为W摩 对此过程根据动能定理有W电 W摩 mgR 0 4分 解得W摩 0 72J 2分 1 利用力和运动的关系 牛顿运动定律和匀变速直线运动规律的结合 即 受力和初速决定运动 运动反映受力 一切力学问题的分析基础 特适于恒力作用下的匀变速运动 2 利用功 能关系 动能定理及其他力的功能关系 如重力 电场力 摩擦力等 及能的转化守恒 即 做功引起并量度了能的改变 无论恒力作用 变力作用 直线运动 曲线运动皆可 3 利用动量观点 动量定理和动量守恒定律 图9 2 83 1如图9 2 8为一匀强电场 某带电粒子从A点运动到B点 在这一运动过程中克服重力做的功为2 0J 电场力做的功为1 5J 则下列说法正确的是 A 粒子带负电B 粒子在A点的电势能比在B点少1 5JC 粒子在A点的动能比在B点多0 5JD 粒子在A点的机械能比在B点少1 5J 解析 粒子从A点运动到B点 电场力做正功 且沿着电场线 故粒子带正电 所以选项A错 粒子从A点运动到B点 电场力做正功 电势能减少 故粒子在A点的电势能比在B点多1 5J 故选项B错 由动能定理 WG W电 Ek 2 0J 1 5J EkB EkA 所以选项C对 由其他力 在这里指电场力 做功等于机械能的增加 所以选项D对 答案 CD 如图9 2 9所示 带正电小球质量为m 1 10 2kg 带电荷量为q 1 10 6C 置于光滑绝缘水平面上的A点 当空间存在着斜向上的匀强电场时 该小球从静止开始始终沿水平面做匀加速直线运动 当运动到B点时 测得其速度vB 1 5m s 此时小球的位移为s 0 15m 求此匀强电场场强E的取值范围 g 10m s2 图9 2 9 设电场方向与水平面之间夹角为 由动能定理qEscos 0得 由题可知 0 所以当E 7 5 104V m