电场能的性质.ppt

1、电场力做功与电势能,第一节,从能量的角度认识电场,第二章 电势能与电势差,复习回顾,1、功的计算：,2、重力做功的特点：,(1)与路径无关,由初末位置的高度差来决定.,(2)重力做功WG与重力势能变化的关系,(3)重力势能是相对的,须选定零势能参考面,功是能量转化的量度！,重力做正功，重力势能减少 重力做负功，重力势能增加,一个试探电荷在匀强电场中某点由静止释放,将如何运动?动能如何变化？（不计重力）,在电场力作用下电荷做加速运动,一段时间后获得一定的速度,试探电荷的动能增加.,问题:从动能增加,我们会想到什么呢?,一、电场力做功的特点,在匀强电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷经过的路径无关

2、,只与电荷的起始位置和终止位置有关，。,对于非匀强电场也适用,WAB = F|AB|cos=qE|AM|,把正电荷沿不同路径从A点移到B电场力做功？,做功的过程是一个能量转化的 过程，那么电场力做功的过程是 什么能转化为什么能呢？,电势能与其他形式能量互相转化,二、电势能,1、电荷在电场中而具有且与其位置有关的能量就叫电势能。,（电势能与重力势能类似，所以必须选择零势能点，）,2、零势能选取：零势能点可以任意选，通常选地表面或无穷远地方做为零势能点,电势能为负表示电荷在该处的电势能比零还要小.,3、电势能是相对的，与零电势能面有关,5、电势能是电荷和电场所共有的，具 有系统性,4、电势能是标量

3、。正负表示大小，只表示比零大还是比零小。,电势能为负表示电荷在该处的电势能比零还要小.,5、电势能是电荷和电场所共有的，具 有系统性,3、电势能是相对的，与零电势能面有关,4、电势能是标量。正负表示大小，只表示比零大还是比零小。,三、电场力做功与电势能的变化关系,1、电场力对电荷做正功，电荷的电势能减小,电场力对电荷做负功，电荷的电势能增大,电场力做的功等于电势能的减少量,2.电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该处移到零势能位置所做的功,WAB电 = EPA-EPB=-EP,正电荷从A点移到B点时,静电力做正功,电荷的电势能减少.,正电荷从B点移到A点时,静电力做负功,即电荷克服静电力做功,

4、电荷的电势能增加.,如果是负电荷情况如何？,四、重力势能和电势能类比,重力场中，重力：地球和物体之间存在的吸引力,电场中，电场力：电荷之间的作用力,有重力就有重力势能Ep= mgh,有电场力就有相应的能，叫电势能EP,Ep由物体和地面间的相对位置决定,EP由电荷间的相对位置决定,W重 = EP1-EP2=-EP,W电 = EPA-EPB=-EP,例1. 如图,在场强 的匀强电场中,点电荷q=+1c从A移动到B,AB相距L=1m,电场力做功为多少?电势能如何变化?,电荷在B点具有的电势能多大？,电势能减少,A,B,设A点的电势能,WAB = EPAEPB =103J,电势能为负表示的物理意义是什

5、么？,+,若设B点的电势能EPB=0， 电荷在A点的电势能又多大？,课堂训练,1、将带电量为610-6C的负电荷从电场中的A点移到B点，克服电场力做了310-5J的功，再从B移到C，电场力做了1.210-5J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？ （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？,增加了1.810-5J.,EPC=1.810-5 J,EPC=-1.210-5 J,EPB=310-5 J,EPA= -310-5 J,小结,一、静电力做功的特点： 与路

6、径无关，只与起点和终点的位置有关 二、电势能：电荷在电场中具有的能量（势能） 1、静电力做的功等于电势能的减少量： WAB=EPA-EPB 静电力做正功，电势能减少 静电力做负功，电势能增加 2、电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移动到零势能位置时所做的功 3、电势能是相对的，须建立零势能参考面。 电势能有正负之分，负值表示比零还要小,(3)除重力之外，其他各力对物体做的功等于物体机械能的变化 (4)所有力对物体所做的功等于物体动能的变化,（1）.只有电场力做功，则电势能与动能之和不变，为什么？,（2）.只有电场力和重力做功时，则电势能、重力势能与动能之和不变，为什么？,五.电场中的功能

7、关系,【典例1】 如图213所示，在静电场中，一个负电荷q受到一个非静电力作用，由A点移动到B点，则下列说法不正确的是() ,A非静电力和电场力做功之和等于电荷电势能增量和动能增量之和 B非静电力做功等于电势能增量和动能增量之和 C电荷克服电场力做功等于电势能的增量 D非静电力做功和电场力做功之和等于电荷动能的增量,A,A非静电力和电场力做功之和等于电荷电势能增量和动能增量之和 B非静电力做功等于电势能增量和动能增量之和 C电荷克服电场力做功等于电势能的增量 D非静电力做功和电场力做功之和等于电荷动能的增量 解析根据动能定理，合外力对电荷所做的功等于电荷动能的增量，对电荷和电场组成的系统而言，

8、非静电力是外力，非静电力对电荷做了多少正功，系统能量(电势能和电荷动能)就增加多少据电场力做功与电势能变化的关系(WFE)，及电场力对电荷做负功，得电荷克服电场力做功等于电荷电势能的增量所以B、C、D对,答案BCD 借题发挥功是能量转化的量度，但要理解并区别电场力的功与电势能变化的关系、合外力的功与动能变化的关系(动能定理)，即搞清功与能的变化的对应关系,答案B,图13,D,答案D,【变式1】 如果把q1.0108 C的电荷从无穷远处移到电场中的A点，需要克服电场力做功W1.2104 J，那么： (1)q在A点的电势能和A点的电势各是多少？ (2)q在未移入电场前A点的电势是多少？,(2)A点

9、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在移入电场前，A点的电势仍为1.2104 V. 答案(1)1.2104 J1.2104 V(2)1.2104 V,A若把一正的点电荷从N点沿直线移到M点， 则静电力对该电荷做正功，电势能减小 B若把一正的点电荷从M点沿直线移到N点， 则该电荷克服静电力做功，电势能增加 C若把一负的点电荷从M点沿直线移到N点， 则静电力对该电荷做正功，电势能减小 D若把一负的点电荷从M点沿直线移到N点，再从N点沿不同路径移回到M点，则该电荷克服静电力做的功等于静电力对该电荷所做的功，电势能不变,D,解析由点电荷产生的电场的特点可知，M点的电势高，N点的电

10、势低，所以正电荷从M点到N点，静电力做正功，电势能减小，故A对、B错；负电荷由M点到N点，克服静电力做功，电势能增加，故C错；静电力做功与路径无关，负点电荷又回到M点，则整个过程中静电力不做功，电势能不变，故D对 答案AD,4下列说法中正确的是 () 无论是正电荷还是负电荷，从电场中某点移到无穷远处时，电场力做的正功越多，电荷在该点的电势能越大 无论是正电荷还是负电荷，从电场中某点移到无穷远处时，电场力做的正功越少，电荷在该点的电势能越大 无论是正电荷还是负电荷，从无穷远处移到电场中某点时，克服电场力做功越多，电荷在该点的电势能越大,无论是正电荷还是负电荷，从无穷远处移到电场中某点时，电场力做

11、功越多，电荷在该点的电势能越大 AB C D,答案：A,解析：无穷远处的电势能为零，电荷从电场中某处移到无穷远处时，若电场力做正功，电势能减少，到无穷远处时电势能减为零，电荷在该点的电势能为正值，且等于移动过程中电荷电势能的变化，也就等于电场力做的功，因此电场力做的正功越多，电荷在该点电势能越大，正确，错误；电荷从无穷远处移到电场中某点时，若克服电场力做功，电势能由零增大到某值，此值,就是电荷在该点的电势能值，因此，电荷在该点的电势能等于电荷从无穷远处移到该点时克服电场力所做的功，故正确，错误。故选项A正确。 答案：A,图213,5如图213所示，匀强电场E中 有一绝缘棒长为L，棒两端分别有

12、正、负电荷，带电荷量均为q，若 要将两个电荷颠倒一下位置，电场 力做功为 () A0BEqL CEqL D2EqL,答案：D,解析：要颠倒两电荷位置，而电荷在力的方向上都有位移。又电场力做功与路径无关，只由初末位置来决定，所以对q：电场力方向与位移方向相同，电场力做正功WEqL；对q：电场力方向与位移方向也相同，电场力做正功WEqL，所以W合WW2EqL，故选项D正确。 答案：D,【典例2】 如图214所示，一个质量为m、带有电荷量为q的小物体，可以在水平轨道Ox上运动，O端有一与轨道垂直的固定墙轨道处于匀强电场中，场强大小为E，方向沿Ox轴正方向，小物体以速度v0从A点沿Ox轨道运动，运动时

13、受到大小不变的摩擦力f的作用，且fqE；设小物体与墙碰撞时不损失机械能，且电荷量保持不变，求它在停止运动前所通过的总路程s.,思路点拨：由题给条件确定物体最终状态及所受各力做功情况，选择合适的规律列式求解,借题发挥电场力做功与力学知识的综合问题，仍然是力学中牛顿第二定律、动能定理、能量守恒定律的应用，其解题思路和解题步骤与力学中的完全相同，要灵活应用电场力做功与路径无关这一重要特点,【变式2】 如图215所示，实线是一个电场中的电场线，虚线是一个负的试探电荷在这个电场中仅在电场力作用下运动的轨迹，若电荷是从a处运动到b处，以下判断正确的是 () A电荷从a到b加速度减小 B电荷在b处电势能大

14、C电场方向沿电场线向下 D电荷在b处速度大,B,解析由题图可知b处的电场线比a处的电场线密，说明b处的场强大于a处的场强，电荷在b处受到的电场力大于a处的电场力根据牛顿第二定律，试探电荷在b处的加速度大于在a处的加速度，A选项错由图可知，电荷做曲线运动，受到的电场力的方向应沿电场线指向运动轨迹弯曲的方向因为试探电荷带负电，所以电场强度方向沿电场线向上，C选项错误根据试探电荷的位移与所受电场力的夹角大于90，可知电荷由a到b过程中电场力对试探电荷做负功，可判断由a到b过程中电荷的电势能增加，B选项正确又因电场力做功与路径无关，系统的能量守恒，电势能增加则动能减小，即速度减小，D选项正确 答案BD

15、,2、如图所示，光滑绝缘细杆竖直放置，细杆右侧距杆0.3m处有一固定的点电荷Q，A、B是细杆上的两点，点A与Q、点B与Q的连线与杆的夹角均为37。一中间有小孔的带电小球穿在绝缘细杆上滑下，通过A 点时加速度为零，速度为3m/s，取g=10m/s2，求小球下落到B点时的加速度和速度的大小。,a=2g=20 m/s2 vB=5 m/s,3如图218所示，A、B两点各放一电荷量均为Q的等量异种电荷，有一竖直放置的光滑绝缘细杆在两电荷连线的垂直平分线上，a、b、c是杆上的三点，且abbcl，b、c关于两电荷连线对称质量为m、带正电荷q的小环套在细杆上，自a点由静止释放， 则(),A,答案AD,4(20

16、11天津模拟)如图6117所 示，半径为R的环形塑料管竖直放置，且管的内径远小于环的半径，ab为该环的水平直径，环的 ab及其以下部分处于水平向左的匀强电场中，管的内壁光滑现将一质量为m、带电荷量为q的小球从管中a点由静止释放，已知qEmg，下列说法正确的是 (),图6117,A小球释放后，到达b点时速度为零，并在bda间往复运 动 B小球释放后，第一次达到最高点c时对管壁无压力 C小球释放后，第一次和第二次经过最高点c时对管壁的 压力之比为15 D小球释放后，第一次和第二次经过最低点d和最高点c 时对管壁的压力之比为1 5,C,答案： D,答案C,电势与等势面,第二节,在场强为E的匀强电场中

17、，有A、B点且A、B两点的 距离为d，现有不同的电荷放在A点，求它们在A点 的电势能，并填入下列表中。（选B点为零电势能点）,2Ed,3Ed,-6Ed,Ed,Ed,Ed,EP/q,电荷q在电场中某一点（如A）的电势能（EPA）与它的电荷量（q）的比值,1 V = 1 J/C,一、电势,1. 定义:,2. 定义式:,3. 单位: 伏特(V),(计算时要代入正负号),5. 电势具有相对性：确定电势,应先规定电场中某处的电势为零.(通常规定离场源电荷无限远处或大地的电势为零.),6.电势的固有性：电场中某点的电势的大小是由电场本身的性质决定的，与放不放电荷及放什么电荷无关。即 与Ep、q无关,4.

18、是标量 (有正负),例1. 试探电荷q1放在电场中的A点,电势能为E(规定无限远处电势能为零),A点的电势为_,若把试探电荷q1换成试探电荷q2放在电场中的A点,A点的电势为_ (仍规定无限远处电势能为零).,沿着电场线方向,电势将怎样变化?,沿电场线方向电势降低且降得最快,思考：电势降低方向即为电场线方向吗？,1、等势面,电势相等的点所构成的面,2、典型电场的等势面,点电荷电场、,等量同种、异种点电荷电场,带电导体的电场,匀强电场、,二、等势面,2几种常见的典型电场的等势面比较,带电导体周围的电场和等势面,观察特点：,1、靠近导体表面,2、远离导体表面,点电荷与带电平板的电场中电场线的分布,

19、特点：,a、以点电荷向平板作垂线为轴电场线左右对称 b、电场线的分布情况类似于等量异种电荷的电场线分布，而带电平板恰为两电荷连线的垂直平分线,5.等势面的特点: (1)等势面一定和电场线垂直 (2)等势面上各点电势相等，在等势面上移动 电荷电场力不做功 (3)电场线总是由电势高的等势面指向电势低 的等势面 (4)电场线越密的地方，等差等势面越密场强越大。 (5)等势面不相交不相切，且等势面是虚拟的。,4、电场线与等势面的关系:电场线与等势面互相垂直.,3.在同一等势面上移动电荷，电场力不做功。,应用公式Ep/q，将Ep、q带符号代入计算比较； 根据沿电场线方向电势逐渐降低来判断； 根据场源电荷

20、判断，离正电荷近处电势高，离负电荷近处电势低,思考2：判断电势高低的方法：,是否电势越高，电势能就越大？,5.沿着电场线方向等势面的电势降低 6.等势面不相交 7.等势面越密处，电场线也越密，场强也越大,点电荷的电场的等势线,等量异种电荷电场的等势面,等量同种电荷电场的等势面,匀强电场的等势面,三、尖端放电,1、导体电荷分布特点：表面具有凸出尖端的带电导体， 在尖端处的电荷分布密度很大,2、尖端放电： 带电较多的导体，在尖端部位，场强可以大到使周围的 空气发生电离而引起放电的程度，这就是尖端放电现象,3、尖端放电的应用： 避雷针,例2、一个点电荷，从静电场中的a点移至b点，其电势能的变化为零，

21、则（）Aa、b两点的场强一定相等B该电荷一定沿等势面移动C作用于该点电荷的电场力与其 移动方向总是垂直的 Da、b两点的电势相等,D,例3、在匀强电场中有a、b、c三点，位置关系如图52-6所示，其中ab= cm，bc=1cm已知电场线与abc三点所在的平面平行,若将电量为-210C的点电荷从a 移到b，电场力不做功，而把该电荷从a移到c，电场力做功为1.810J (1)画出通过 a、b、c 三点的电场线 (2)求该匀强电场的电场强度,答案：9102 V/m,D,答案D,【变式1】 等量同种带正电的点电荷的连线和其中垂线如图626所示一个带负电的试探电荷，先从图中a点沿直线移到b点，再从b点沿

22、直线移到c点，则() A试探电荷所受电场力的方向一直不变 B试探电荷所受电场力的大小一直增大 C试探电荷的电势能一直减少 Da、b、c三点的电势为：abc,答案C,解析根据等量同种正点电荷电场线分布特点直线ab上某处电场强度有极大值，则选项A、B错误；因直线ab上电场强度方向向左，bc上电场强度方向向下，负试探电荷在直线ab上受到的电场力方向向右，从a点移到b点电场力做正功，电势能减少，负试探电荷在bc上受到的电场力方向向上，从b点移到c点电场力做正功，电势能减少，选项C正确；又沿着ab、bc方向电势升高，故选项D错误 答案C,图5,C,4一个带电粒子在匀强电场中运动的轨迹如图226中曲线AB

23、所示，平行的虚线a、b、c、d表示该电场中的四个等势面不计粒子重力，下列说法中正确的是() A该粒子一定带正电 B四个等势面中a等势面的电势一定最低 C该粒子由A到B过程中动能一定逐渐减小 D该粒子由A到B过程中电势能一定逐渐减小,答案D,解析由粒子的运动轨迹可知，粒子受向上的电场力，由于粒子带电正负不确定，所以无法判断电场线的方向，无法判断电势高低，A、B错；由A到B的运动过程中，静电力做正功，所以粒子的动能增大，电势能减小C错D正确 答案D,图16,B,返回,第三节 电势差,一、电势差与电场力的关系,1、电势差： 电场中两点间电势的差值，也叫电压,则有,或者表示成,显然,思考,1、电势差可

24、以是正值也可以是负值，电势差的正负表示什么意义？ 2、电势的数值与零电势点的选取有关，电势差的数值与零电势点的选取有关吗？这与力学中学过的哪个概念相似？,表示两点电势高低,无关 与高度相似,2、电场力做功与电势差的关系,电荷q从电场中A点移到B点，,；,即,或,功的单位：,焦耳（J）,或电子伏特（ev）,(计算时要代入正负号),思考,1、UAB由什么决定？跟WAB、q有关吗？ 由电场本身的因素决定 与WAB、q无关 2、WAB 跟q、UAB有关吗？ 跟q、UAB都有关,注意：电场中A、B两点间的电势差跟移动电荷 的路径无关，只与AB位置有关,二、电势差与电场强度的关系,. B,若用d表示A、B

25、沿场强方向上的距离,说明：,只适用于匀强电场,d：沿场强方向的距离,匀强电场中两点间的电势差等于场强与这两点间沿电场力方向距离的乘积,思考,，这个式子,由,表示什么含义？从式子中可看出E的单位是什么？,在匀强电场中，场强在数值上等于沿场强方向每单位距离上的电势差.,E的单位为V/m,（1 V/m=1 N/C ）,根据UABAB，若UAB0，则AB；若UAB0，则AB；若UAB0，则AB；,思考2：判断电势高低的方法：,应用公式Ep/q，将Ep、q带符号代入计算比较；,根据场源电荷判断，离正电荷近处电势高， 离负电荷近处电势低,根据沿电场线方向电势逐渐降低来判断；,例1、电场中A、B两点的电势是

26、A=800 V， B= -200 V，把电荷q= -1.510-8 C由A点移到B点，电场力做了多少功？电势能是增加还是减少，增加或者减少多少？ WAB= -1.510-5 J 电势能增加，增加1.510-5J,例2、如图所示，在场强为E的匀强电场中，一电子（电量为e，质量为m）从电场中的A点沿电场线方向以速度v0运动，到达B点是时速度为零，求： A、B两点间电势差UAB为多少？哪点电势高？ 电子从A点运动到B点所用时间为多少？ A、B两点间距离为多大？,例3、如图所示,在电场强主度为E的匀强中ABC为直角三角形,已知AB的距离为d, 求:(1)AB两点的电势差 (2)AC两点的电势差,A,B

27、,C,d,解：,根据 ，得：,例5、如图，a、b、c是一条电场线上的三个点，电场线的方向由a到c, a、b间的距离等于b、c间的距离。用a、 b、 c和Ea、Eb、Ec分别表示a、b、c三点的电势和场强。下列哪个正确？,A. a b c B. EaEbEc C. a b = b c D.Ea=Eb=Ec,D,答案D,E,L,例6、如图为有界的匀强电场，电场的宽度为L电场强度为E，现有一个质量为m，电荷量为q的带正粒子，以初速度为V0垂直进入电场，求：电荷射出电场的速度是多少？（不计重力）,图13,甲乙,返回,8.（12分）如图9所示，空间存在着电场强度E=2.5102 N/C、方向竖直向上的匀

28、强电场，在电场内一长为L=0.5 m的绝缘细线一端固定于O点，另一端拴着质量m=0.5 kg、电荷量q=410-2 C的小球.现将细线拉至水平位置，将小球由静止释放，当小球运动到最高点时细线受到的拉力恰好达到它能承受的 最大值而断裂.取 g= 10 m/s2.求： （1）小球的电性； （2）细线能承受的最大拉力值； （3）当小球继续运动到与O点在 水平方向的距离为L时，小球距离O点的竖直高度.,【解析】（1）小球由静止释放后向上运动，则电场力必定向上，小球带正电. （2分） （2）设到最高点的速度为v，由动能定理得,答案：（1）正电 （2）15 N （3）0.625 m,9.（13分）如图10

29、所示，A、B为两块平行金属板，A板带正电、B板带负电.两板之间存在着匀强电场，两板间距为d、电势差为U， 在B板上开有两个间距为L的小孔.C、D为两块同心半圆形金属板，圆心都在贴近B板的O处，C带正电、D带负电.两板间的距离很近，两板末端的中心线正对着B板上的小孔，两板间的电场强度可认为大小处处相等，方向都指向O.半圆形金属板两端与B板的间隙可忽略不计.现从正对B板小孔紧靠A板的O处由静止释放一个质量为m、电量为q的带正电微粒（微粒的重力不计），求：,（1）微粒穿过B板小孔时的速度为多大； （2）为了使微粒能在CD板间运动而不碰板，CD板间的电场强度大小； （3）从释放微粒开始，经过多长时间微

30、粒会通过半圆形金属板间的最低点P？,【解析】（1）设微粒穿过B板小孔时的速度为v，则,答案：,即学即练：（2010厦门模拟）以下有关场强和 电势的说法，正确的是（ ） A.在负点电荷的电场中，场强大的地方电势可能比场强 小的地方高 B.在正点电荷的电场中，场强大的地方电势可能比场强小的地方低 C.在负点电荷的电场中，各点电势均为负值，距此负点电荷越远电势越低，无限远处电势最低 D.在负点电荷的电场中，各点电势均为负值，距此负点电荷越远电势越高，无限远处电势最高,D,三、电场强度、电势、电势差、电势能的联系与区别,场强为零的地方电势不一定为零；电势为零的地方场强不一定为零；场强为零的区域两点间的

31、电势差一定为零；电势差为零区域场强不一定为零；场强为零，电势能不一定为零；电势为零，电势能一定为零,【解析】选D.在正点电荷的电场中，沿着电场方向电场线变疏，场强变小，电势变低，所以A、B错；取无穷远处的电势为零，在负点电荷的电场中，沿着电场方向电势变低，故各点电势均为负值，无限远处电势最高，C错，D对,3.（2010上海模拟）在如图4所示的各种情况中，a、b两点电势相同、电场强度也相同的是（ ）,D,A.平行板电容器带电时，极板间除边缘附近外的任意两 点a、b B.离点电荷等距的任意两点a、b C.两个等量同号的点电荷，在其连线的中垂线上，与连线中点O等距的两点a、b D.两个等量异号的点电

32、荷，在其连线的中垂线上，与连线中点O等距的两点a、b,【解析】选D.在图A中的匀强电场中，a、b两点场强相同，但电势不同，A错；图B为点电荷形成的电场，a、b两点电势相同，但场强的方向不同，故B错；图C为等量同种电荷形成的电场，a、b两点电势相同，但场强的方向相反，故C错；图D为等量异种电荷形成的电场，a、b两点电势、场强均相同，D对.,图6,答案见解析图6 eV,图7,D,图8,D,答案D,图9,B,答案B,【例5】（2010郑州模拟）如图6-2-7所示，一质量为m的塑料球形容器放在桌面上，它的内部有一劲度系数为k的轻弹簧，弹簧直立地固定于容器内壁的底部，弹簧上端用绝缘体系住一个带正电q、质

33、量也为m的小球.从加一个竖直向上的场强为E的匀强电场起， 到容器对桌面压力减为零时为止，求： （1）小球的电势能改变量； （2）容器对桌面压力减为零 时小球的速度大小.,【思路点拨】本题可以通过计算电场力做的功求出电势能的改变量；再利用能量守恒定律计算小球的速度.,【标准解答】,答案：,一、电势与电场强度的关系,E大处不一定高；高处E也不一定大,无直接关系,E为零处不一定为零， 为零处E不一定为零,二、电势差与电场强度的关系,说明：,只适用于匀强电场,d：沿场强方向的距离,小 结,或,三、电场的两大性质：,力的性质：,能的性质：,由电场强度描述,可用电场线形象表示,由电势、电势差描述,可用等势

34、面形象表示,四、带电粒子在电场中的偏转,做曲线运动 处理方法：运动的分解与合成 即：分解为与电场平行和垂直两个方向的运动 平行电场方向做匀速真线运动 垂直电场方向做匀变速直线运动,第四节 电容器 电容,多层片式中高压陶瓷电容器,电容器 电容,一、电容器,.定义：,任何两个彼此绝缘又相隔很近的导体，组成一个电容器。,.电容器的充、放电,充电：,电容器两板分别接在电池两端，两板带上等量异种电荷的过程。,电源能量电场能,放电：,电源能量电场能,充了电的电容器的两板用导线相连，使两板上正、负电荷中和的过程。,电场能其他形式能,说明：,1.在充、放电过程中有电流产生；,2.电容器所带电荷量：每个极板所带

35、电荷量的绝对值。,电容器充电后，任意一个极板带电量的绝对值叫电容器的带电量，用“Q”表示。,A,B,十 十 十 十 十 十 十 十,一 一 一 一 一 一 一 一,+Q,-Q,那么，Q与U什么关系呢？,电容器,U,十 十 十 十 十 十 十,一 一 一 一 一 一 一,+Q,-Q,电量 QU,Q=CU,电容器和电容,一、电容器,二、电容,（）,3.是描述电容器容纳电荷本领的物理量。,1.定义：,电容器所带电荷量Q与电容器两极板间的电势差U的比值，叫做电容器的电容。,2.定义式：,5.物理意义：,电容器的电容在数值上等于使两板间电势差为1 V时电容器所带电荷量。,4、单位：法拉，F ；1 F =

36、 106F = 1012 pF,思考1,甲同学说：“电容器带电越多，电容越大，不带电时，电容为零”。此说法对吗？为什么？,思考2,乙同学说：“若A电容器带电比B电容器带电量多，则A的电容就比B的电容大”。此说法对吗？为什么？,思考3,丙同学说：“若A电容器比B电容器的电容大，则当它们充电（或放电）时，如果两极板间电压都升高（或降低）1V，则A电容器吸收（或放出）的电量一定比B的多”，此说法对吗？为什么？,思考4,丁同学说：“若A电容器比B电容器的电容大，则A电容器一定比B电容器能够存储更多的电量。” 此说法对吗？为什么？,类比水容器,水量 h,h,h,V,S,可见：若Q类比为V，U类比为h，则

37、C可类比为S,讨论：C由Q、U决定吗？,（C不由Q、U决定 ）,Q=CU,（Q由C、U决定）,（U由Q、C决定 ）,电容器的电容与是否带电或与带电量的多少无关。,电容器的QU图象,C=Q/U,C=Q/U,2对于给定的电容器，在描述电容量C、 带电量Q、两板间电势差U的相互关系中，下列图116中正确的是( ),ACE,三.决定电容大小的因素,电容器和电容,C和d成反比,C与S成正比,C与成正比,（平行板电容器）,三.平行板电容器决定电容大小的因素,电容器的电容是电容器本身的结构决定，与是否带电或与带电量的多少无关。,3.熟记两种情况： 保持两极板与电源相连，则电容器两极板间 不变 充电后断开电源

38、，则电容器所带的 不变,电压,电荷量,4.电容器动态分析思路？且分析两种情况各量变化情况？,思考题： 平行板电容器充电后，继续保持电容器的两极板与电源相连，在这种情况下，如增大两板间距d,则板间电势差U、电容器所带电量Q，板间场强E各如何改变？,电容器与电源相连，电容器两板间电势差U不变。,充电后，切断电容器与电源的连接，电容器所带电荷量Q不变。,提示：,答案：,U不变，Q减小，E减小。,Q不变，U增大，E不变。,平行板电容器充电后，切断与电源的连接。 在这种情况下，如增大d，则U、Q、E各如何改变？,电容器的种类: 1)按电介质的不同分,有纸介电容器、陶瓷电容器、电解电容器等.,观察纸介电容

39、器的构造,该元件有两片锡箔（导体），中间是一层薄纸。,2)按电容是否可变分,有固定电容器、可变电容器等.,电解电容器 ：正负极不能接反，不能接交流电.,聚苯乙烯电容器:,固定电容器：电容固定不变.,可变电容器:通过改变两极间的正对面积或距离来改变电容.,四、电容器的分类,电容器的耐压值-击穿电压,从电容器的包装上我们可以得到该电容的那些信息,问题： 电解电容器的电容为什么一般较大？ 可变电容器通过改变什么因素来改变电容？ ,因其介质为很薄的一层氧化膜，所以二极板可相距极近，所以电容值大。,正对面积,B,C,答案C,C,A和 B和 C和 D和,A和 B和 C和 D和,答案C,D,答案D,A,答案

40、A,3.已知灵敏电流计指针偏转方向与电 流方向的关系为：电流从左边接线柱 流进电流计，指针向左偏.如果在导 电液体的深度h发生变化时观察到指 针正向左偏转(如图1所示)，则（ ） A.导体芯A所带电量在增加，液体的深度h在增大 B.导体芯A所带电量在减小，液体的深度h在增大 C.导体芯A所带电量在增加，液体的深度h在减小 D.导体芯A所带电量在减小，液体的深度h在减小,D,【解析】选D.电流计指针向左偏转，说明流过电流计G的电流由左到右，则导体芯A所带电量在减小，由Q=CU可知，芯A与液体形成的电容器的电容减小，则液体的深度h在减小，故D正确.,4.传感器是一种采集信息的重要器件，如图4所示为

41、测定压力的电容式传感器，将电容器、零刻度在中间的灵敏电流计和电源串联成闭合回路.当压力F作用于可动膜 片电极上时，膜片产生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流计指针偏转，从对膜片施加恒定的压力开始到膜片稳定之后，灵敏电流计指针的偏转情况为（已知电流从电流计正接线柱流入时指针向右偏）（ ）,A.向左偏到某一刻度后回到零刻度 B.向右偏到某一刻度后回到零刻度 C.向右偏到某一刻度后不动 D.向左偏到某一刻度后不动,B,A.向左偏到某一刻度后回到零刻度 B.向右偏到某一刻度后回到零刻度 C.向右偏到某一刻度后不动 D.向左偏到某一刻度后不动,【解析】选B.由于电容器始终与电源相连，所以两极板间的电压U

42、不变，当压力F作用于可动膜片电极上时，两极板间距离d减小，电容C增大，由C= 可知Q增大，电容器两极板间电量增加，即对电容器有一短暂的充电过程，又因为上极板带正电，所以灵敏电流计指针向右偏转；当压力使膜片稳定后，电容不变，两极板带电量不变，电流计指针重新回到零刻度处，故只有B对.,图6,答案(1)增大Ep减小(2)增大Ep减小,2.（2009福建T15）如图6-3-11所示，平行板电容器与电动势为E的直流电源（内阻不计）连接，下极板接地一带电油滴位于电容器中的P点且恰好处于平衡状态现将平行板电容器的上极板竖直向上移动一小段距离（ ） A.带电油滴将沿竖直方向向上运动 B.P点的电势将降低 C.

43、带电油滴的电势能将减小 D.若电容器的电容减小， 则极板带电量将增大,B,【互动探究】若下板上移动一小段距离情况又如何？若电容器与电源断开，情况又如何？,【命题意图】本题考查平行板电容器的动态变化、匀强电场的电势差与场强关系、物体的平衡条件等物理规律及电容、电势和电势能等物理概念；意在考查考生对基本规律和基本概念的理解，以及分析、综合、推理、判断的能力,【解析】选B因为电容器始终与电源相连接，电容器 两端电压U不变，等于电源的电动势E，由公式E= 可 得，极板间场强变小，电场力变小，带电油滴将沿竖直 方向向下运动，故A项错误；P点到下极板距离d不变，而 场强E减小，由公式U=Ed知P点与负极板

44、的电势差变小， 又因为下极板电势不变为零，所以P点的电势降低，故 B项正确；由于电场力向上，而电场方向向下，可以推断 油滴带负电，油滴在P点的电势能EP=-q P，所以油滴 的电势能增大，故选项C错误；图中电容器两端电压U不 变，电容C减小时，由公式Q=CU可得带电量Q减小，故选 项D错误,【例4】如图6-3-6所示，两板间距为d的平行板电容器与一电源连接，开关S闭合，电容器两板间有一质量为m，带电量为q的微粒静止不动，下列叙述中正确的是( ) A.微粒带的是正电 B.电源电动势的大小等于 C.断开开关S，把电容器两板距 离增大，微粒将向下做加速运动 D.保持开关S闭合，把电容器两板 距离增大

45、，微粒将向上做加速运动,B,【互动探究】如果在电路中添加一个二极管， 如图6-3-7所示，当闭合S，电容器间距增大时， 试分析带电微粒m的运动情况.,（仍静止状态）,【思路点拨】解答本题应注意以下三点：,【自主解答】,【互动探究】如果在电路中添加一个二极管，如图 6-3-7所示，当闭合S，电容器间距增大时，试分析带电微粒m的运动情况.,【解析】,匀强电场,ma,图16,B,【例3】如图所示，A、B是一对平行的金属板，在两板 间加上一周期为T的交变电压U，A板的电势 A=0， B板的电势 B随时间的变化规律如图所示.现有一 电子从A板上的小孔进入两板间的电场区内， 设电子的初速度和重力的影响可忽

46、略，则 ( ),A.若电子是在t=0时刻进入的，它将一直向B板运动 B.若电子是在t= 时刻进入的，它将一直向B板运动 C.若电子是在t= 时刻进入的，它可能时而向B板运动，时而向A板运动，最后打在B板上 D.若电子是在t= 时刻进入的，它可能时而向B板运动，时而向A板运动,A,答案B,【思路点拨】分阶段画出带电粒子的v -t图象分析. 【标准解答】选A.电子在t=0时刻进入电场后的v-t图象如图所示，由图象可知电子一直向B板运动，最后打到B板上，A项正确.,【变式2】 在一个水平面上建立x轴，在过原点O右侧空间有一个匀强电场，电场强度大小E6105 N/C，方向与x轴正方向相同，在O处放一个

47、电荷量q5108C、质量m0.010 kg的带负电绝缘物块物块与水平面间的动摩擦因数0.2，沿x轴正方向给物块一个初速度v02 m/s，如图637所示，求： (1)物块最终停止时的位置；(g取10 m/s2) (2)物块在电场中运动过程的机械能增量,解析(1)第一个过程：物块向右做匀减速运动到速度为零 FfmgFqE FfFma2as1v02 s10.4 m 第二个过程：物块向左做匀加速运动， 离开电场后再做匀减速运动直到停止 由动能定理得：Fs1Ff(s1s2)0 得s20.2 m，则物块停止在原点O左侧0.2 m处 (2)物块在电场中运动过程的机械能增量 EWf2mgs10.016 J.

48、答案(1)原点O左侧0.2 m处(2)0.016 J,四电场力做功的计算方法 (1)由公式WFlcos 计算，此公式只适用于匀强电场，可变形为WqElcos . (2)由WqU来计算，此公式适用于任何形式的静电场 (3)由动能定理来计算：W电场力W其他力Ek. (4)由电势能的变化计算：WEp1Ep2.,（1）.只有电场力做功，则电势能与动能之和不变，为什么？,（2）.只有电场力和重力做功时，则电势能、重力势能与动能之和不变，为什么？,(3)除重力之外，其他各力对物体做的功等于物体机械能的变化 (4)所有力对物体所做的功等于物体动能的变化,五.电场中的功能关系,如图626所示，虚线为静 电场中

49、的等势面1、2、3、4，相邻的 等势面之间的电势差相等，其中等势 面3的电势为0.一带正电的点电荷在静 图626 电力的作用下运动，经过a、b点时的动能分别为26 eV和5 eV.当这一点电荷运动到某一位置，其电势能变为8 eV时，它的动能应为 () A8 eVB13 eV C20 eV D34 eV,答案C,思路点拨本题主要考查了电场力做功与电势能变化间的关系以及能量守恒的概念解决本题的关键是正确找出点电荷在等势面间移动时电势能的改变量,解析由于正电荷由a到b动能减小了21 eV，而电场中机械能和电势能总和不变，故在等势面3的动能应为12 eV，总能量为12 eV012 eV.当在所求位置时

50、，因为电势能为8 eV，所以动能为12 eV(8 eV)20 eV，故应选C.,答案C,电场,匀速直线,匀加速直线,类似于平抛运动，应用运动的 的方法,合成与分解,图2,即经过相同电场加速，又经过相同电场偏转的带电粒子，其运动轨迹重合，与粒子的带电荷量和质量无关,图8,C,答案C,答案C,答案C 借题发挥解答本题的关键是要通过读题理解灵敏度的物理含义，然后通过运算得出灵敏度的表达式来加以分析选择,【变式1】 示波管是一种多功能电学仪器，它的工作原理可以等效成下列情况：如图238所示，真空室中电极K发出电子(初速度不计)，经过电压为U1的加速电场后，由小孔S沿水平金属板A、B间的中心线射入板中金

51、属板长为L，相距为d，当A、B间电压为U2时电子偏离中心线飞出电场打到荧光屏上而显示亮点已知电子的质量为m、电荷量为e，不计电子重力，下列情况中一定能使亮点偏离中心距离变大的是(),AU1变大，U2变大 BU1变小，U2变大 CU1变大，U2变小 DU1变小，U2变小,B,AU1变大，U2变大 BU1变小，U2变大 CU1变大，U2变小 DU1变小，U2变小,答案B,图17,B,答案A,即学即练(2011武汉模拟)如图6313所 示，水平放置的平行板电容器， 与某一电源相连，它的极板长L 0.4 m，两板间距离d4103 图6313 m，有一束由相同带电微粒组成的粒子流，以相同的速度v0从两板

52、中央平行极板射入，开关S闭合前，两板不带电，由于重力作用微粒能落到下板的正中央，已知微粒质量为m4105 kg，电荷量q1108 C(g10 m/s2)求： (1)微粒入射速度v0为多少？ (2)为使微粒能从平行板电容器的右边射出电场，电容器的上板应与电源的正极还是负极相连？所加的电压U应取什么范围？,答案：(1)10 m/s (2)与负极相连120 VU200 V,图9,B,图4,(1)求A、B之间的电场强度的大小； (2)设所有电子都能打在荧光屏上，求屏上亮圆的半径,答案(1)100 V/m(2)2 cm,3.如图所示，在竖直放置的铅屏A的右表面 中点处贴着射线放射源P，它向各个方向 都能

53、放射粒子.已知射线实质为高速电 子流，放射源放出粒子的速度v0= 1.0108 m/s.足够大的荧光屏M与铅屏A平 行放置，相距d=2.010-2 m，其间有水平 向左的匀强电场，电场强度大小E=2.5106 N/C.已知 电子电荷量e=1.610-19 C，电子质量取m= 9.010-31 kg，整个装置处于真空中，求： （1）电子到达荧光屏M上的动能. （2）荧光屏上的发光面积.,【解析】,答案：,三 、示波器的的工作原理,示波器的面板,电子枪,偏转电极,中心,信号电压,扫描电压,图6,图5,图5,图6,图6,图5,AX、Y接电源的正极，X、Y接电源的负极 BX、Y接电源的正极，X、Y接电

54、源的负极 CX、Y接电源的正极，X、Y接电源的负极 DX、Y接电源的正极，X、Y接电源的负极,D,答案D,5(2011安徽卷，18)图6314(a)所示为示波管的原理图如果在电极YY之间所加的电压按图6314(b)所示的规律变化，在电极XX之间所加的电压按图6314(c)所示的规律变化，则在荧光屏上会看到的图形是(),解析由图(b)及图(c)知，当UY为正时，Y板电势高，电子向Y偏，而此时UX为负，即X板电势高，电子向X板偏，所以选B. 答案B,带电粒子在匀强电场和重力场组成的复合场中做圆周运动的问题是高中物理教学中一类重要而典型的题型对于这类问题，若采用常规方法求解，过程复杂，运算量大若采用

55、“等效法”求解，则能避开复杂的运算，过程比较简捷先求出重力与电场力的合力，将这个合力视为一个“等效重力”，将aF合/m(视为“等效重力加速度”再将物体在重力场中做圆周运动的规律迁移到等效重力场中分析求解即可下面通过实例分析说明“等效法”在此类问题中的应用,例.（2010泉州模拟）一个带负电荷q，质量为m的小球，从光滑绝缘的斜面轨道的A点由静止下滑，小球恰能通过半径为R的竖直圆形轨道的最高点B而做圆周运动.现在竖直方向上加如图6所示的匀强电场，若仍从A点由静止释放该小球，则( ) A.小球不能过B点 B.小球仍恰好能过B点 C.小球能过B点，且在B点 与轨道之间压力不为0 D.以上说法都不对,B

56、,【解析】选B.小球从光滑绝缘的斜面轨道的A点由静止下滑，恰能通过半径为R的竖直圆形轨道的最高点B而做圆周运动，,图13,答案7.7R,图12,图10,变式2(2011福建卷，20)反射式速调管是常用的微波器件之一，它利用电子团在电场中的振荡来产生微波，其振荡原理与下述过程类似如图6315所示，在虚线MN两侧分别存在着方向相反的两个匀强电场，一带电微粒从A点由静止开始，在电场力作用下沿直线在A、B两点间往返运动已知电场强度的大小分别是E12.0103 N/C和E24.0103 N/C，方向如图6315所示，带电微粒质量m1.01020 kg，带电荷量q1.0109C，A点距虚线MN的距离d11

57、.0 cm，不计带电微粒的重力，忽略相对论效应求：,(1)B点距虚线MN的距离d2； (2)带电微粒从A点运动到B点所经历的时间t.,(1)B点距虚线MN的距离d2； (2)带电微粒从A点运动到B点所经历的时间t.,答案(1)0.5 cm(2)1.5108 s,(1)求滑块从静止释放到与弹簧 上端接触瞬间所经历的时间t1； (2)若滑块在沿斜面向下运动的 整个过程中最大速度大小为vm，求滑块从静止释放到速度大小为vm的过程中弹簧的弹力所做的功W； (3)从滑块静止释放瞬间开始计时，请在图637乙中画出滑块在沿斜面向下运动的整个过程中速度与时间关系vt图象图中横坐标轴上的t1、t2及t3分别表示滑块第一次与弹簧上端接触、第一次速度达到最大值及第一次速度减为零的时刻，纵坐标轴上的v1为滑块在t1时刻的速度大小，vm是题中所指的物理量,如图637甲所示，在水平地面上固定一倾角为的光滑绝缘斜面，斜面处于电场强度大小为E、方向沿斜面向下的匀强电场中一劲度系数为k的绝缘轻质弹簧的一端固定在斜面底端，整根弹簧处于自然状态一质量为m、带电荷量为q(q0)的滑块从距离弹簧上端为s0处静止释放，滑块在运动过程中电荷量保持不变，设滑块与弹簧接触过程没有机械能损失，弹簧始终处在弹性限度内，重力加速度大小为g.,图637,(