物理人教选修31课件第一章静电场第4节.ppt

第4节电势能和电势,起始位置,一、静电力做功的特点1.静电力做功：在匀强电场中，静电力做功WqElcos。其中为电场力与位移之间的夹角。2.特点：在静电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷的和有关，与电荷无关。以上结论不仅适用于匀强电场，而且也适用于非匀强电场。,终止位置,经过的路径,电场,二、电势能1.概念：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，即WAB。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位置时静电力所做的功。4.零势能点：电场中规定的电势能为的位置，通常把离场源电荷或的电势能规定为零。,减少量,EpAEpB,零势能,零,无限远处,大地表面上,电势能,三、电势1.定义：电荷在电场中某一点的与它的电荷量的比值。2.公式：。3.单位：，符号是V。4.特点(1)相对性：电场中各点电势的高低，与所选取的电势零点的位置有关。(2)标量性：电势是标量，只有大小，没有方向，但有正、负。5.与电场线的关系：沿电场线方向电势逐渐。,伏特,降低,思考判断1.电场线密集处场强大，电势高()2.某点的场强为零，电荷在该点的电势能一定为零()3.某点的电势为零，电荷在该点的电势能一定为零()4.某一点的电势为零，其场强一定为零()5.电场力做功，电势能一定变化(),电势相等,四、等势面1.定义：电场中的各点构成的面。2.等势面的特点(1)在同一等势面上移动电荷时静电力。(2)电场线跟等势面，并且由电势的等势面指向电势的等势面。(3)两个不同的等势面永不。,不做功,垂直,高,低,相交,3.熟悉下面几种常见电场等势面的特点,静电力做功与电势能变化的关系,要点归纳,1.静电力做功(1)在匀强电场中，电场力做的功为WqEd，其中d为沿电场线方向的位移。(2)电场力和瞬时速度方向的夹角为锐角时电场力做正功，夹角为钝角时做负功。2.电场力做功与电势能变化的关系,精典示例例1将带电荷量为6106C的负电荷从电场中的A点移到B点，克服电场力做了3105J的功，再从B移到C，电场力做了1.2105J的功，则：(1)电荷从A移到B，再从B移到C的过程中电势能改变了多少？(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？(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？,解析(1)WACWABWBC(31051.2105)J1.8105J。可见电势能增加了1.8105J。(2)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EpBEpAWAB0WAB3105J。同理，C点的电势能为EpCEpAWAC0WAC1.8105J。(3)如果规定B点的电势能为零，则该电荷在A点的电势能为EpAEpBWAB0WAB3105J。C点的电势能为EpCEpBWBC0WBC1.2105J。答案(1)增加了1.8105J(2)3105J1.8105J(3)3105J1.2105J,电势能的性质(1)系统性：电势能由电场和电荷共同决定，但我们习惯说成是电场中的电荷所具有的电势能。(2)相对性：电势能是一个相对量，其数值与零势能点的选取有关。(3)标量性：电势能是标量，有正负、无方向。电势能为正值表示电势能大于在零势能点的电势能，电势能为负值表示电势能小于在零势能点的电势能。,针对训练1地球表面附近某区域存在大小为150N/C、方向竖直向下的电场。一质量为1.00104kg、带电量为1.00107C的小球从静止释放，在电场区域内下落10.0m。对此过程，该小球的电势能和动能的改变量分别为(重力加速度大小取9.80m/s2，忽略空气阻力)()A.1.50104J和9.95103JB.1.50104J和9.95103JC.1.50104J和9.65103JD.1.50104J和9.65103J,解析对带电小球进行受力分析，考虑到忽略空气的阻力，小球受到向下的重力和向上的电场力，下落10.0m时，小球克服电场力做功，小球的电势能增大，EpEqh1501.0010710.0J1.50104J；根据动能定理可知小球下落10.0m时的动能为EkWGWEmghEqh1.001049.810.0J1.50104J9.65103J，所以选项D正确。答案D,电势及其高低的判断,要点归纳,2.电势与电势能的区别与联系,精典示例例2(2017漳州高二检测)将一正电荷从无穷远处移至电场中M点，电场力做功为6.0109J，若将一个等量的负电荷从电场中N点移向无穷远处，电场力做功为7.0109J，则M、N两点的电势M、N的关系为()A.MM0C.NN0,答案C,针对训练2如果把电荷量为q1.0108C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W1.2104J，那么：(1)q在A点的电势能和A点的电势各是多少？(2)q未移入电场前，A点的电势是多少？,答案(1)1.2104J1.2104V(2)1.2104V,等势面的特点及应用,要点归纳,1.等势面的特点(1)在同一等势面内任意两点间移动电荷时，静电力不做功。(2)空间两等势面不相交。(3)电场线总是和等势面垂直，且从电势较高的等势面指向电势较低的等势面。(4)在电场线密集的地方，等差等势面密集。在电场线稀疏的地方，等差等势面稀疏。(5)等势面是虚拟的，是为描述电场能的性质而假想的面。,2.等势面的应用(1)由等势面可以判断电场中各点电势的高低。(2)由等势面可以判断电荷在电场中移动时静电力做功的情况。(3)由于等势面和电场线垂直，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。(4)由等差等势面的疏密，可以定性地比较其中两点场强的大小。,精典示例例3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,解析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错误；电场线一定与等势面垂直，B正确；同一等势面上的电势相同，但电场强度不一定相同，C错误；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错误。答案B,等势面和电场线的应用(1)已知等势面的情况，可作等势面的垂线来确定电场线，并由“电势降低”的方向确定电场线方向。(2)已知电场线时，可作电场线的垂线来确定等势面，并由“沿电场线方向电势降低”确定等势面的电势高低。,针对训练3下列关于等势面的说法正确的是()A.电荷在等势面上移动时，由于不受电场力作用，所以说电场力不做功B.在同一个等势面上各点的场强大小相等C.两个不等电势的等势面可能相交D.若相邻两等势面的电势差相等，则等势面的疏密程度能反映场强的大小,解析等势面由电势相等的点组成，等势面处的电场线跟等势面垂直，因此电荷在等势面上移动时，电场力不做功，但并不是不受电场力的作用，A错误；等势面上各点场强大小不一定相等，等势面不可能相交，B、C错误；等差等势面的疏密反映场强的大小，D正确。答案D,1.(电场力做功的特点)(多选)下列说法正确的是()A.电荷从电场中的A点运动到了B点，路径不同，电场力做功的大小就可能不同B.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C.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D.电荷在电场中运动，因为电场力可能对电荷做功，所以能量守恒定律在电场中并不成立,解析电场力做功和电荷运动路径无关，所以选项A错误；电场力做功只和电荷的初、末位置有关，所以电荷从某点出发又回到了该点，电场力做功为零，B正确；正电荷沿电场线的方向运动，则正电荷受到的电场力和电荷的位移方向相同，故电场力对正电荷做正功，同理，负电荷逆着电场线的方向运动，电场力对负电荷做正功，C正确；电荷在电场中虽然有电场力做功，但是电荷的电势能和其他形式的能之间的转化满足能量守恒定律，D错误。答案BC,2.(电势能变化的理解)如图1所示，A、B、C为电场中同一电场线上的三点。设电荷在电场中只受电场力作用，则下列说法正确的是(),图1,A.若在C点无初速度地释放正电荷，则正电荷向B运动，电势能减少B.若在C点无初速度地释放正电荷，则正电荷向A运动，电势能增加C.若在C点无初速度地释放负电荷，则负电荷向A运动，电势能增加D.若在C点无初速度地释放负电荷，则负电荷向B运动，电势能减少,解析若在C点无初速度地释放正电荷，正电荷所受电场力向右，则正电荷向B运动，电场力做正功，电势能减少；若在C点无初速度地释放负电荷，负电荷所受电场力向左，则负电荷向A运动，电场力做正功，电势能减少。答案A,3.(电势的高低判断)关于静电场，下列说法正确的是()A.负电荷沿电场线方向移动时，电势能增加，电势降低B.负电荷沿电场线方向移动时，电势能减小，电势降低C.电场强度大的位置电势一定高，电场强度小的位置电势一定低D.电场强度为零的点，电势一定为零,答案A,4.(等势面的应用)如图2所示，实线表示一簇关于x