优品课件之第4节电势能和电势

1、优品课件 第4节电势能和电势 第4节电势能和电势.要点一判断电势高低的方法电场具有力 的性质和能的性质，描述电场的物理量有电势、电势能、静电力、静 电力做功等，为了更好地描述电场，还有电场线、等势面等概念，可 以从多个角度判断电势高低.1 .在正电荷产生的电场中，离电荷越 近电势越高，在负电荷产生的电场中，离电荷越近，电势越低.2 .电 势的正负.若以无穷远处电势为零，则正点电荷周围各点电势为正， 负点电荷周围各点电势为负.3 .利用电场线判断电势高低.沿电场 线的方向电势越来越低.4 .根据只在静电力作用下电荷的移动情况 来判断.只在静电力作用下，电荷由静止开始移动，正电荷总是由电 势高的点

2、移向电势低的点；负电荷总是由电势低的点移向电势高的 点.但它们都是由电势能高的点移向电势能低的点.要点二 理解等 势面及其与电场线的关系1 .电场线总是与等势面垂直的（因为如果 电场线与等势面不垂直，电场在等势面上就有分量，在等势面上移动 电荷，静电力就会做功），因此，电荷沿电场线移动，静电力必定做 功，而电荷沿等势面移动，静电力必定不做功.2 .在同一电场中， 等差等势面的疏密也反映了电场的强弱，等势面密处，电场线密，电 场也强，反之则弱.3 .已知等势面，可以画出电场线；已知电场线， 也可以画出等势面.4 .电场线反映了电场的分布情况，它是一簇带 箭头的不闭合的有向曲线，而等势面是一系列的

3、电势相等的点构成的 面，可以是封闭的，也可以是不封闭的.要点三 等势面的特点和应 用1 .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）在空间没有电荷的地方两等势面不相交.（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，为描述电场的性质而假想的 面.2 .应用（1）由等势面可以判断电场中各点电势的高低及差 别.（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

4、确定电场大体分布.（4）由等差等势面的疏密，可以 定性地确定某点场强的大小. 1.重力做功和静电力做功的异同点如何？重力做功 静电力做 功 相似点 重力对物体做正功，物体重力势能减少，重力对物体做负 功，物体重力势能增加.其数值与路径无关，只与始末位置有关静 电力对电荷做正功，电荷电势能减少，静电力对电荷做负功，电荷电 势能增加.其数值与路径无关，只与始末位置有关 不同点 重力只有 引力，正、负功比较容易判断.例如，物体上升，重力做负功由于 存在两种电荷，静电力做功和重力做功有很大差异.例如：在同一电 场中沿同一方向移动正电荷与移动负电荷， 电荷电势能的变化是相反 的，静电力做功的正负也是相反

5、的 应用 由重力做功的特点引入重力 势能 由静电力做功的特点引入了电势能 2.电势和电势能的区别和 联系是什么？ 电势电势能Ep物理 意义 反映电场的能的性质 的物理量，即已知电势就可以知道任意电荷在该点的电势能电荷在 电场中某点所具有的能量 相关 因素 电场中某一点的电势的大 小，只跟电场本身有关，跟检验电荷 q无关 电势能大小是由点电荷 q和该点电势共同决定的 大小 正负 电势沿电场线逐渐下降，取 定零电势点后，某点的电势高于零者，为正值；某点的电势低于零者， 为负值 正点电荷(+ q):电势能的正负跟电势的正负相同.负点电荷 (q):电势能的正负跟电势的正负相反 单位伏特V焦耳J联系 =

6、 Epq Ep= q 3.常见电场等势面和电场线的图示应该怎样画？ (1)点电荷电场：等势面是以点电荷为球心的一簇球面，越向外越稀 疏，如图1 4 5所示.图1 4 5 等量异种点电荷的电场： 是两簇对称曲面，两点电荷连线的中垂面是一个等势面.如图1 4 6所示.在从正电荷到负电荷的连线上电势逐渐降低， A A; 在中垂线上 B= B.图1 4 6 等量同种点电荷的电场：是 两簇对称曲面，如图1 4 7所示，在AA线上0点电势最低；在 中垂线上0点电势最高，向两侧电势逐渐降低， A A和B、B对 称等势.图1 4 7 (4)匀强电场：等势面是与电场线垂直、间隔 相等、相互平行的一簇平面，如图1

7、 4 8所示. 图1 4-8 一、电势能 【例1】下列关于电荷的电势能的说法正确 的是（）A.电荷在电场强度大的地方，电势能一定大 B .电荷在 电场强度为零的地方，电势能一定为零 C .只在静电力的作用下，电 荷的电势能一定减少D.只在静电力的作用下，电荷的电势能可能增 加，也可能减少 答案 D解析 电荷的电势能与电场强度无直接关 系，A B错误；如果电荷的初速度为零，电荷只在静电力的作用下， 做加速运动，电荷的电势能转化为动能，电势能减少，但如果电荷的 初速度不为零，电荷可能在静电力的作用下，先做减速运动，这样静 电力对电荷做负功，电荷的动能转化为电势能，电势能增加，所以C 错误，D正确.

8、二、判断电势的高低 【例2】在静电场中，把一个 电荷量为q = 2.0 X 10 5 C的负电荷由M点移到N点，静电力做功 6.0 X 10 4 J,由N点移到P点，静电力做负功1.0 X 10 3 J,则M N P三点电势高低关系是 .答案 N M冯P解析首先 画一条电场线，如上图所示.在中间位置附近画一点作为 M点.因为由 M2N静电力做正功，而负电荷所受静电力与场强方向相反，则可确定 N点在M点左侧.由NHP静电力做负功，即沿着电场线移动，又因 1.0 X 10 3 J6.0 X 10 4 J，所以肯定移过了 M点，即P点位于M 点右侧.这样，M N、P三点电势的高低关系是 N M P.

9、 1.有一电场的电场线如图1 4 9所示，图1 4 9电场中A B 两点电场强度的大小和电势分别用 EA EB和 A、 B表示，则（） A. EAEB A B B. EAEB A B C. EA B D. EAEB A”“=”或“ ”).试分析静电力做功情况及相应的电势能变化 情况.答案(1)0 故 EpAEpB若 EpA= 0,则 EpB0.(2)甲中从 AB 移动负电荷，WAB0 EpAvEpB. 题型一 静电力做功和电势能变化之间的关系如图1所示，图1把 电荷量为一5X 10 9 C的电荷，从电场中的A点移到B点，其电势 能(选填“增加”、“减少”或“不变”)；若A点的电势 UA= 15

10、 V, B点的电势UB= 10 V,则此过程中静电力做的功为 J.思维步步高电势能变化和静电力做功有什么关系？负电荷从A点 移动到B,静电力做正功还是负功？静电力做功和电势能的变化在数 值上有什么关系？解析 将电荷从电场中的A点移到B点，静电力 做负功，其电势能增加；A点的电势能为EpA= qUA B点的电势能为 EpB= qUB静电力做功等于电势能变化量的相反数，即 W EpA EpB =2.5 X 10 8 J.答案 增加 2.5 X 10 8 J拓展探究如果把 该电荷从B点移动到A点，电势能怎么变化？静电力做功的数值是多 少？如果是一个正电荷从B点移动到A点，正电荷的带电荷量是5X 10

11、 9 C,电势能怎么变化？静电力做功如何？答案 减少 2.5 X 10 8 J 增加 2.5 X 10 8 J解析 如果把该电荷从B点移动到A 点，静电力做正功，电势能减少.静电力做功为 2.5 X 10 8 J ;女口 果电荷的带电性质为正电荷，从 B点移动到A点，静电力做负功，电 势能增加了，静电力做负功，数值为一2.5 X 10 8 J.电场中的功能 关系：静电力做功是电荷电势能变化的量度，具体来讲，静电力 对电荷做正功时，电荷的电势能减少；静电力对电荷做负功时，电荷 的电势能增加，并且，电势能增加或减少的数值等于静电力做功的数 值.电荷仅受静电力作用时，电荷的电势能与动能之和守恒. 电

12、荷仅受静电力和重力作用时，电荷的电势能与机械能之和守恒.题 型二 电场中的功能关系 质子和中子是由更基本的粒子即所谓“夸 克”组成的.两个强作用电荷相反(类似于正负电荷)的夸克在距离很 近时几乎没有相互作用(称为“渐近自由”)；在距离较远时，它们之 间就会出现很强的引力(导致所谓“夸克禁闭”).作为一个简单的模 型，设这样的两夸克之间的相互作用力 F与它们之间的距离r的关系 为 F= 0, 0rr1 , - F0, r1 r r2.式中 F0为大于零的 常量，负号表示引力.用U表示夸克间的势能，令U0= F0(r2 r1), 取无穷远为零势能点.下列 Ur图示中正确的是() 思维步步高零势能面

13、的规定有何用处？无穷远处的势能和r = r2处 的势能是否相同？当rr1之后势能怎么变化？解析 从无穷远处 电势为零开始到r = r2位置，势能恒定为零，在r = r2到r = r1过程 中，恒定引力做正功，势能逐渐均匀减小，即势能为负值且越来越小， 此过程图象为A、B选项中所示；rEBEC B. EAEBEC C EAECECEB案 AD 解析 点电荷在 仅受静电力作用的情况下，动能和电势能相互转化，动能最小时，电 势能最大，故EAEB EAEC A、D正确.2 .如图3所示电场中 A B两点，图3则下列说法正确的是()A .电势 A B,场 强EAEB B电势 A B,场强EAEpB答案

14、BC解析 场强是描述静电力的性质的物理量；电 势是描述电场能的性质的物理量， 二者无必然的联系.场强大的地方 电势不一定大，电势大的地方，场强不一定大，另根据公式Ep= q 知，负电荷在电势低的地方电势能反而大.3 .如图4所示，图4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，静电力做正功 答案 AC解析 由图示电场线的分 布示意图可知，MN所在直线的电场线方向由 M指向N,则M点电势一 定高于N点电势；由于N点所在处电场线分布

15、密，所以N点场强大于 M点场强；正电荷在电势高处电势能大，故在 M点电势能大于在N点 电势能；电子从M点移动到N点，静电力做负功.综上所述，A、C 选项正确.4.两个带异种电荷的物体间的距离增大一些时 （） A.静电力做正功，电势能增加B .静电力做负功，电势能增加C .静 电力做负功，电势能减少D.静电力做正功，电势能减少 答案 B解 析 异种电荷之间是引力，距离增大时，引力做负功，电势能增 加.5 .如图5所示，图5O为两个等量异种电荷连线的中点，P 为连线中垂线上的一点，比较 O P两点的电势和场强大小（） A . O= P, EOERB . O= P, EO= EPC. O P, EO= EPD. O = P, EOmgsin 0 + Ff,小球所受管壁弹力垂直管壁向下，作出受力分析如右图所示.小 球最终静止在“A”形顶端，设小球运动的总路程为x,由动能定理 知: qElsin 0 mglsin 0 口 (qEcos 0 mgcos 0 )x = 0, 解得 x =ltan 010.如图10所示，图10 一绝缘细圆环半径为r，其 环面固定在水平面上，场强为E的匀强电场与圆环平面平行，环上穿 有一电荷量+ q,质量为m的小球，可沿圆环做无摩擦的圆周运动， 若小球经A