第4节电势能和电势素材.ppt

1、第4节电势能和电势,自主学习,课堂探究,课堂达标,自主学习,目标导航,(教师参考) 情境链接 如图(甲)所示,我们知道物体的高度降低,重力做正功,其重力势能减小;高度升高,重力做负功,其重力势能增大.那么电场中,当带正电的粒子的运动情景如图(乙)所示时,带正电的粒子沿电场线方向移动,静电力做功的正负性如何?带正电的粒子逆着电场线方向移动,静电力做功的正负性又如何?带正电的粒子从B运动到A,类比重力做功与重力势能的变化关系,猜想其与静电力做功对应的势能是怎样变化的? 信息 1.带正电的粒子沿电场线方向移动,静电力做正功; 2.带正电的粒子逆着电场线方向移动,静电力做负功; 3.带正电的粒子从B运

2、动到A,与静电力做功所对应的“势能”是增加的.,教材梳理,一、静电力做功的特点 静电力做的功只与电荷的 位置和 位置有关,与电荷经过的 无关.以上结论适用于匀强电场和非匀强电场. 二、电势能 1.概念:电荷在电场中具有的势能. 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 ,用公式表示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 位置时静电力做的功. 4.零势能点:通常把电荷在离场源电荷 的电势能规定为0,或把电荷在 上的电势能规定为0.,起始,终止,路径,EpA-EpB,减少量,零势能,无限远处,大地表面,电势能,2.单位: ,符号是V. 3.特点:

3、 (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. 4.与电场线的关系:沿电场线方向电势逐渐 . 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.,伏特,降低,电势相同,不做功,垂直,高,低,自主检测,1.思考判断 (1)静电力做功虽然与电荷经过的路径无关,但与电荷移动的速度有关.() (2)无论正、负电荷,只要静电力做正功,电荷的电势能一定减少.() (3)负电荷顺着电场线的方向移动,电势能

4、减少.() (4)因为沿电场线方向电势降低,所以电势降低的方向就是电场线的方向.() (5)等势面上各点的电场强度也是相同的.(),答案: (1)(2)(3)(4)(5),2.外力克服静电力对电荷做功时() A.电荷的动能一定增大 B.电荷的动能一定减小 C.电荷一定从电势能大处移到电势能小处 D.电荷一定从电势能小处移到电势能大处,解析:外力克服静电力对电荷做功时,由于不知道合力做功的正、负,无法确定电荷动能的增减,故选项A、B错误.外力克服静电力做功,即静电力对电荷做负功,电荷的电势能增大,故选项C错误、D正确.,答案:D,解析:由点电荷电场线分布以及电势与电场线的关系可知选项A正确.,答

5、案:A,4.(多选)某静电场中的一条电场线与x轴重合,其电势的变化规律如图所示.在O点由静止释放一电子,电子仅受静电力的作用,则在-x0 x0区间内() A.该静电场是匀强电场 B.该静电场是非匀强电场 C.电子运动的加速度逐渐减小 D.电子运动的加速度逐渐增大,答案:BC,5.一个电荷在某电场中运动了一段路程,静电力对该电荷一定做功吗?,答案:不一定.当电荷运动了一段路程又回到出发点或者是运动过程中电荷的速度方向始终与静电力方向垂直时,静电力对该电荷不做功.,课堂探究,电势能的概念理解及大小确定,要点一,要点突破,(教师备用) 【问题导引】 在如图所示的匀强电场中,试探电荷q在从A到B的过程

6、中,可能会沿多种路径,各种可能的路径中,静电力做功具有怎样的特点?,答案:沿直线从A移动到B,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|. (2)若q沿折线AMB从A点移动到B点,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|. (3)若q沿任意曲线从A点移动到B,把路径分为很多小段,分别看作直线运动,所做的总功仍然为W=qE|AM|.由以上的计算结果说明了静电力做功与路径无关,只与初、末位置有关.,思路探究 (1)如何确定电荷的电势能的变化量? 答案:静电力对电荷做多少正功,

7、电荷的电势能减小多少;静电力对电荷做多少负功,电荷的电势能增大多少. (2)如何确定电荷在电场中某点的电势能的大小? 答案:电荷在某点的电势能等于把电荷从该点移到零电势能处静电力所做功.,【例1】 将带电荷量为610-6 C的负电荷从静电场中的A点移到B点,克服静电力做了310-5 J的功,再从B点移到C点,静电力做了1.210-5 J的功,则 (1)电荷从A点移到B点,再从B点移到C点的过程中电势能共改变了多少? (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?,解析: (1)电荷从A点移到B点克服静电力做了310-5 J的功,电势能增加了310-5 J; 从B点移到

8、C点的过程中静电力做了1.210-5J的功,电势能减少了1.210-5 J,由A点到C点的整个过程电势能增加了310-5 J-1.210-5 J=1.810-5 J. (2)如果规定A点的电势能为零,电荷从电场中的A点移到B点,克服静电力做了310-5 J的功,电势能增加了310-5 J,所以电荷在B点的电势能为EpB=310-5 J;由A点到C点的整个过程电势能增加了1.810-5 J,所以电荷在C点的电势能为EpC=1.810-5 J.,答案: (1)增加了1.810-5 J (2)310-5 J1.810-5 J,规律方法 电势能增减的判断方法 (1)做功判断法:无论正、负电荷,只要静电

9、力做正功,电荷的电势能一定减小;反之亦然. (2)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.负电荷与之相反.,(教师备用) 变式:例1中,若规定B点的电势能为零,则电荷在A、C的电势能分别为多少?,答案: -310-5 J-1.210-5 J,解析:假设负电荷q由A点移到B点,因静电力吸引,所以静电力对负电荷做负功,因为静电力做负功,电势能增大,所以该负电荷在B点电势能较大.由于把该负电荷由A点(或B点)移到无穷远过程中,静电力做负功,电势能增大,到达无穷远时,电势能为零,因此负电荷在这个正点电荷的电场中的电势能为负值.,例1-1:如图

10、所示,把负电荷q放在A、B点,它在哪一点的电势能较大?取无穷远处的电势能为零,负电荷q在这个电场中的电势是正值还是负值?,答案:B点负值,针对训练1:如图所示,带箭头的线表示某一电场的电场线.在静电力作用下,一带电粒子(不计重力)经A点飞向B点,径迹如图中虚线所示,下列说法正确的是() A.粒子带正电 B.粒子在A点加速度大 C.粒子在B点动能大 D.A、B两点相比,带电粒子在B点电势能较高,解析:电场线的方向向上,根据粒子的运动轨迹可以判断得出粒子受到的静电力的方向,与电场线的方向相反,所以该粒子带负电,选项A错误;电场线密的地方电场强度大,所以粒子在B点受到的静电力大,在B点时的加速度较大

11、,所以选项B错误.从A到B的过程中,静电力对粒子做负功,所以粒子的动能减小,电势能增加,所以选项C错误、D正确.,答案:D,电势的理解及高低判断,要点二,(教师备用) 【问题导引】 如图所示的匀强电场,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.电荷量分别为q、2q、3q的正的试探电荷在A点的电势能分别为多少?它们的电势能与其电荷量的比值有何关系?,答案:由WAO=Eqlcos ,知电荷量为q、2q、3q的正的试探电荷在A点的电势能分别为Eqlcos 、2Eqlcos 、3Eqlcos ;电势能与电荷量的比值均为Elcos ,说明该比值与试探电荷的电荷量无关.,答案:

12、A,规律方法 对电势的理解 (1)相对性:电场中某点的电势具有相对性,也就是说电场中某点的电势跟电势(能)零点位置的选取有关.常取离场源电荷无限远处的电势为零,在实际应用中常取大地的电势为零. (2)固有性:电势仅与电场中某点有关,与静电力做功的值及试探电荷的电荷量、电性无关. (3)标矢性:电势是标量,但具有正负,电势的正值表示该点的电势高于电势零点;负值表示该点的电势低于电势零点. (4)电势高低的判断方法 电场线法:沿电场线方向,电势越来越低; 电势能判断法:对于正电荷,电势能越大,所在位置的电势越高;对于负电荷,电势能越小,所在位置的电势越高.,(2)A点的电势是由电场本身决定的,跟A

13、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1.2104 V.,答案: (1)1.210-4 J1.2104 V (2)1.2104 V,答案: (1)30 J(2)-7 J(3)-3 700 V,答案:B,等势面与电场线,要点三,(教师备用) 【问题导引】 在电场中,电势相等的点构成的面叫做等势面,等势面与电场线类似,也可以反映电场的情况,那么电场线与等势面必然有一定的关系,即等势面一定跟电场线垂直,如何解释该结论?,答案:在同一等势面上移动电荷时,电势能不变,所以静电力不做功,即静电力方向与等势面垂直,如果不垂直,电场强度就有一个沿着等势面的分量,在等势面上移动电荷时静电力就要

14、做功,所以等势面一定跟电场线垂直.,【思维导图】,【例3】 如图所示,虚线表示某电场的等势面.一带电粒子仅在静电力作用下由A运动到B的径迹如图中实线所示.粒子在A点的加速度为aA、电势能为EpA;在B点的加速度为aB、电势能为EpB.则下列结论正确的是() A.粒子带正电,aAaB,EpAEpB B.粒子带负电,aAaB,EpAEpB C.粒子带正电,aAaB,EpAEpB D.粒子带负电,aAaB,EpAEpB,解析:根据粒子轨迹的弯曲方向可知带电粒子受到的静电力是斥力,方向背离等势面的中心.从A到B,静电力对带电粒子做负功,电势能增加,则知B点电势能大,即EpAEpB.电场线与等势面垂直,

15、沿电场线方向电势降低,所以电场线指向等势面的中心,B点电场线比A点的密集,带电粒子在B点受到静电力较大,加速度也大,即aAaB.而静电力方向背离等势面的中心,所以粒子带负电.故选项D正确.,答案:D,规律方法 等势面和电场线的应用 (1)已知等势面的情况时,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.,答案:AC,例3-2:如图为一头大一头小的导体周围等势面和电场线(带有箭头的线为电场线)示意图,已知两个相邻等势面间的电势差相等,则() A.a点和d点的电场强度一定相同

16、 B.a点的电势一定低于b点的电势 C.将负电荷从c点移到d点,静电力做正功 D.将正电荷从c点沿虚线移到e点,电势能先减小后增大,解析:a点和d点的电场强度大小相等,方向不同,故选项A错误;根据沿着电场线的方向电势逐渐降低和同一等势面上的各点电势相等,可判断选项B正确;c点、d点在同一等势面上,将负电荷从c点移到d点,静电力不做功,故选项C错误;将正电荷从c点沿虚线移到e点,静电力先做负功再做正功,电势能先增大后减小,故选项D错误.,答案:B,答案:A,教材探究,1.教材P16“思考与讨论”,如果电荷沿不同路径移动时静电力做的功不一样,还能建立电势能的概念吗?为什么?,答案:由于移动电荷时静

17、电力做的功与移动的路径无关,所以电荷在某点的电势能才是确定的;如果电荷沿不同的路径移动时静电力做功不一样,则电荷从电场中某点移到电势能的零点时,静电力做功也就不同,电荷在该点的电势能也不是唯一确定的,电势能的概念也就无法建立了.,2.教材P18“思考与讨论”中关于电势能和电势的讨论及插图中,我们一直把试探电荷q当做正电荷处理,请把q当做负电荷,重复以上讨论,其结果与教材P18中的结果是否一致?,答案:结果一致.在教材P17图1.4-4所示中,q为正电荷时,正电荷在A点的电势能为正值,正电荷的电势能Ep与它的电荷量q的比值为正;q为负电荷时,负电荷在A点的电势能为负值,负电荷的电势能Ep与它的电

18、荷量q的比值仍为正,并且比值都是相同的常量,所以不管正电荷还是负电荷,电荷在A点的电势能Ep与它的电荷量q的比值都是不变的,即A点的电势与所移动电荷的正负无关.,课堂达标,1.(多选)如图所示,A、B为真空中的两个点电荷,O为A、B连线的中点,MN为A、B连线的中垂线,电场线的分布关于MN对称.以下判断正确的是() A.A、B为等量异种电荷 B.M点电势高于O点电势 C.M点场强小于O点场强 D.正检验电荷在M点的电势能大于在O点的电势能,1.AC解析:由电场线的分布可知A、B为等量异种电荷,选项A正确;M、N为等势线,M点电势等于O点电势,正检验电荷在M点的电势能等于在O点的电势能,选项B、D错误;由场强叠加可知,M点场强小于O点场强,选项C正确.,2.关于电势和电势能的说法正确的是( ) A.电荷在电场中电势越高的地方电势能也越大 B.电荷在电场中电势越高的地方,电荷量越大所具有的电势能也越大 C.在正点电荷电场中的任意一点处,正电荷具有的电势能一定大于负电荷具有的电势能 D.在负点电荷电场中的任意一点处,正电荷具有的电势能一定大于负电荷具有的电势能,3. (多选)如图所示在粗糙水平面上固定一点电荷Q,