遼寧省大連市高中物理 第1章 靜電場 1.4 電勢能和電勢課件 新人教版選修3-1.ppt

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1、導(dǎo)入新課,重物從高處落下，重力勢能轉(zhuǎn)化為重物的動能,電荷在電場中運(yùn)動，什么轉(zhuǎn)化為電荷的動能呢？,為了觀察方便我們常把相同特點(diǎn)的區(qū)域圈起來。,第一章 靜電場,1.4 電勢能和電勢,教學(xué)目標(biāo),1. 知識與能力,√ 通過對靜電力對試探電荷做功的分析知道靜電力做功的特點(diǎn)。 √ 將靜電力做功與重力做功相對照，理解靜電力做功與電勢能變化的關(guān)系。 √ 知道電勢的定義方法、公式、單位。,2.過程與方法,√ 結(jié)合電場線的概念理解等勢面的概念。 √ 結(jié)合重力勢能，掌握電勢能概念。,3.情感態(tài)度與價值觀,√ 能將電勢、電勢能、電場線等電學(xué)基本概念聯(lián)系到一起，解題時靈活運(yùn)用。,教學(xué)重難點(diǎn),教學(xué)重點(diǎn)：,教學(xué)難點(diǎn)：,靜電

2、力做功的特點(diǎn) 電勢、電勢能 等勢面,靜電力做功與路徑無關(guān),一、靜電力做功的特點(diǎn),二、電勢能,三、電勢,內(nèi)容解析,四、等勢面,一、靜電力做功的特點(diǎn),試探電荷q在電場強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場中沿幾條不同路徑從A點(diǎn)移動到B點(diǎn)，我們計(jì)算這幾種情況下靜電力對電荷所做的功。,⑵再使q沿任意曲線ANB從A移動到B。我們可以用無數(shù)組跟靜電力垂直和平行的折線來逼近曲線ANB。只要q的移動方向與靜電力平行，靜電力都做功，而這些 靜電力平行的短折線的長度之和等于︳AM︱,因此靜電力做功還是,從以上兩條路徑的探究可以知道：不論q從什么路徑從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，靜電力做的功都是一樣的。,因此，可以推出：,在勻強(qiáng)電場中移動電荷時，靜

3、電力做的功與電荷的起始位置和終止位置有關(guān)，但與電荷經(jīng)過的路徑無關(guān)。,此結(jié)論對于非勻強(qiáng)電場同樣成立。,注意,二、電勢能,在必修物理中我們學(xué)過：,由于移動電荷時靜電力做的功與路徑無關(guān)，電荷在電場中也具有勢能，這中勢能叫做電勢能，用Ep表示。,由于移動物體時重力做的功與路徑無關(guān)，同一物體在地面附近的同一位置才具有確定的勢能從而也使物體重力勢能的概念具有實(shí)際的意義。,由重力勢能我們可以推導(dǎo)出電勢能的概念：,重力做功與重力勢能的關(guān)系：,電場力做功與電勢能的關(guān)系：,由以上的分析可以得出結(jié)論：,,靜電力做的功等于電勢能的減少量。,若用WAB表示電荷從A點(diǎn)移動到B點(diǎn)的過程中靜電力做的功，EPA和EPB分別表示

4、在A點(diǎn)和B點(diǎn)的電勢能，則為,WAB=EPA-EPB,由上式可以看出，靜電力做的功只決定電勢能的變化量，而不能決定電荷在電場中某點(diǎn)電勢能的數(shù)值。,電場中某點(diǎn)的電勢是怎樣決定的?,把電場中某點(diǎn)的電勢能歸為零，才能確定電荷在電場中其他點(diǎn)的電勢能。 通常把電荷離場源電荷無限遠(yuǎn)處的電勢能歸為零，或把大地表面上的電勢歸為零。,例如,若規(guī)定電荷在B點(diǎn)的電勢能為零，則電荷在A點(diǎn)的電勢能為WAB。也就是說，電荷在某點(diǎn)的電勢能，等于靜電力把它從該點(diǎn)移動到零勢能位置時做的功。,三、電勢,電勢是表征電場性質(zhì)的一個物理量，下面我們從電勢能和電荷的比值入手，研究電勢。,有一個電場強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場，如圖，規(guī)定電荷在O點(diǎn)

5、的電勢能為零。A為電場中的任意一點(diǎn)，電荷q在A點(diǎn)的電勢能EPA等于電荷q由A點(diǎn)移至O點(diǎn)過程中電場力做的功。由于靜電力做功與路徑無關(guān)，為研究方便我們選擇直線作為移動路徑。設(shè)AO的長度為l，則EPA=qElcosθ?？梢?，電荷q在任意一點(diǎn)A的電勢能EPA與電荷量q成正比。,也就是說： 處于A點(diǎn)的電荷無論電荷量大小為多少，它的電勢能跟電荷量的比值都是固定的。對于電場中的不同位置，由于l和θ不同，這個比值一般是同的。,從以上分析可以知道：,電荷在電場中的某一點(diǎn)的電勢能與它的電荷量的比值，是由電場中這點(diǎn)的性質(zhì)決定的，跟試探電荷本身無關(guān)。,該結(jié)論不僅適用于勻強(qiáng)電場，非勻強(qiáng)電場同樣適用,表達(dá)式：,假如正的

6、試探電荷沿電場線的方向運(yùn)動，電勢能逐漸減小，電勢逐漸降低，因此，電場線指向電勢降低的方向。,與電勢能的情況相似，首先要規(guī)定電場中的電勢零點(diǎn)，然后才能確定電場中其他點(diǎn)的電勢。在物理學(xué)的理論研究中，常取離場源電荷無窮遠(yuǎn)處為電勢零點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中常取大地的電勢為零。,歸納,注意,電場中的電勢能有別于重力場的重力勢能，主要是因?yàn)樽匀唤缰写逶趦煞N電荷，而兩種電荷的電性正好相反。 倘若為正電荷，電勢越高，電勢能越高；電勢越低，電勢能越低。 若是負(fù)電荷，電勢越高，電勢能越小。電勢越低，電勢能反而越高。,四、等勢面,在地圖中常用等勢線來表示地勢的高低。與此相似，在電場的圖示中，常用等勢面表示電勢的高低。

7、,電場中電勢相同的各點(diǎn)構(gòu)成的面叫做等勢面。等勢面與電場線的功能相似，都是來描述電場性質(zhì)的。 電場線的疏密表示該點(diǎn)的電場強(qiáng)度的大小，兩者之間是否有聯(lián)系呢？,在同一個等勢面上，任意兩點(diǎn)間的電勢都相等。所以，在同一等勢面上移動電荷時靜電力不做功。由此可知，等勢面一定跟電場線方向垂直。這是因?yàn)?，假如不垂直，電場?qiáng)度就會有一個沿等勢面方向的分量，在等勢面上移動電荷時靜電力就要做功，這個面就不是等勢面了。而且，沿著電場線的方向電勢逐漸降低。,電場線跟等勢面垂直，并且由電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面。,歸納,等勢面的特點(diǎn)：,①等勢面一定跟電場線垂直； ②在同一等勢面上移動電荷電場力不做功； ③電場

8、線總是從電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面； ④任意兩個等勢面都不會相交； ⑤等差等勢面越密的地方電場強(qiáng)度越大。,負(fù)電荷的等勢面是什么樣的？,正電荷的等勢面,等量異種電荷的等勢面,等量同種電荷的等勢面,課堂小結(jié),一、靜電力做功的特點(diǎn),在勻強(qiáng)電場中移動電荷時，靜電力做的功與電荷的起始位置和終止位置有關(guān)，但與電荷經(jīng)過的路徑無關(guān)。,靜電力做的功等于電勢能的減少量。,二、電勢能,,WAB=EPA-EPB,電荷在某點(diǎn)的電勢能，等于靜電力把它從該點(diǎn)移動到零勢能位置時做的功。要確定某點(diǎn)的電勢能首先要把電場中某點(diǎn)的電勢能歸為零，通常把電荷離場源電荷無限遠(yuǎn)處的電勢能歸為零，或把大地表面上的電勢歸為零。,三、電

9、勢,電荷在電場中某一點(diǎn)的電勢與它的電荷量的 比值，叫做這一點(diǎn)的電勢。通常用公式 來計(jì)算具體值。,四、等勢面,電場中電勢相同的各點(diǎn)構(gòu)成的面叫做等勢面。,等勢面的特點(diǎn)：,①等勢面一定跟電場線垂直；②在同一等勢面上移動電荷電場力不做功；③電場線總是從電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面；④任意兩個等勢面都不會相交；⑤等差等勢面越密的地方電場強(qiáng)度越大。,注意點(diǎn)電荷、等量同種電荷、等量異種電荷等勢面的畫法。,課堂練習(xí),1.如圖所示，水平固定的小圓盤A，帶電量為Q，電勢為零，從盤心處O由靜止釋放一質(zhì)量為m帶電量為+q的小球，由于電場力作用，小球豎直上升的高度可達(dá)盤中心豎線上的c點(diǎn)，Oc=h，又知道過豎線上的b

10、點(diǎn)時，小球速度最大，由此可以知道在Q形成的電場中，可以確定的物理量是（ ）,A. b點(diǎn)的場強(qiáng) B. c點(diǎn)的場強(qiáng) C. b點(diǎn)的電勢 D. c點(diǎn)的電勢,A,2.關(guān)于電視和電勢能的活法下列說法正確的是:（ ）。,A.電荷在電場中電勢越高的地方電勢能越大； B.電荷在電場中電勢越高的地方，電荷量越大所具有的電勢能也越大； C.在正點(diǎn)電荷電場中的任意一點(diǎn)處，正電荷具有的電勢能一定大于負(fù)電荷具有的電勢能； D.在負(fù)點(diǎn)電荷電場中的任意一點(diǎn)處，正電荷具有的電勢能一定小于負(fù)電荷具有的電勢能。,CD,3.如圖所示，帶箭頭的線表示某電場的電場線。在電場力作用下，一帶電粒子（不計(jì)重力）經(jīng)A點(diǎn)飛向B點(diǎn)

11、，徑跡如圖中虛線所示，試判斷：,（1）粒子帶____電； （2）粒子在____點(diǎn)加速度較大； （3）粒子在_____電動能大； （4）A、B兩點(diǎn)相比，______點(diǎn)的電勢高。,負(fù),B,A,B,4.A、B兩個帶點(diǎn)小球相距2m，其質(zhì)量分 別為mA= mB=10g，現(xiàn)把兩小球放在光滑的絕 緣水平面上，使它們從靜止開始愛電場力的作用下相向運(yùn)動。開始時，球A的加速度為a，經(jīng)過一段時間后，球B的加速度也變?yōu)閍，此時vB=3m/s，則這時兩球相距_____m,此時A球的速度為_____m/s,整個過程中，兩個小球的電勢能減小了______J。,6,0.27,5.有一電場的等勢面分布如圖，一個質(zhì)子進(jìn)入電場向右

12、運(yùn)動，經(jīng)過等勢面a時質(zhì)子的動能為500eV，那么它經(jīng)過等勢面e時的動能為多大？,解： 由圖可知，電場線的方向由e指向a，質(zhì)子逆電場線方向運(yùn)動時，電場力做負(fù)功。,6.質(zhì)量為2m，帶電量+2q的小球A起初靜止在光滑絕緣水平面上，當(dāng)另一質(zhì)量為m帶電量2q負(fù)電荷的小球以速度v0，離A而去的同時，釋放A球，若某時刻兩球的電勢能有最大值，求：,（1）此時兩球的速度各是多大？ （2）與開始時相比，電勢能最多增加多少？,7.已知將電荷量為2.010-7的正電荷從電場 中的M點(diǎn)移動到N點(diǎn)時，電場力做功5.010-5J將此電荷從N點(diǎn)移到無窮遠(yuǎn)時，電場力做功1.510-5J，則M點(diǎn)的電勢為多大？N點(diǎn)的電勢為多大？

13、,解：,N點(diǎn)的電勢為：,M點(diǎn)的電勢為：,高考鏈接,1.（2007 山東）如圖所示，某區(qū)域電場線左右對稱分布，M、N為對稱線上的兩點(diǎn)。下列說法正確的是（ ）。,A.M點(diǎn)電勢一定高于N點(diǎn)電勢； B.M點(diǎn)場強(qiáng)一定大于N點(diǎn)場強(qiáng)； C.電荷在M點(diǎn)的電勢能一定大于在N點(diǎn)的電勢能； D.將電子從M點(diǎn)移動到N點(diǎn)，電場力做正功。,AC,點(diǎn)撥,由題意知，MN對稱線上的電場強(qiáng)度方向由M指向N，因沿電場線方向電勢越來越低，故M點(diǎn)電勢高于N點(diǎn)電勢，所以A正確；因N處電場線比M處密，所以EN＞EM,故B錯誤；因正電荷由M移到N處電場力做正功，故正電荷在M點(diǎn)的電勢能大于在N點(diǎn)的電勢能，所以C正確；因電子從M移動到N點(diǎn)，電

14、子受到的電場力由N指向M，故電場力做負(fù)功，所以D錯誤。,2.（2005 江蘇）根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)，盧瑟福提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型，圖中虛線表示原子核形成的電場的等勢線，實(shí)線表示一個α粒子的運(yùn)動軌跡。在α粒子從a運(yùn)動到b、再運(yùn)動到c的過程中，下列說法正確的是（ ）。,A.動能先增大，后減??； B.電勢能先減小，后增大； C.電場力先做負(fù)功，后做正功，總功等于零； D.加速度先變大，后變小。,C,點(diǎn)撥,α粒子從a運(yùn)動到b，受斥力作用，電場力做負(fù)功動能減少，電勢能增加； α粒子從b運(yùn)動到c，仍受斥力作用，電場力做正功，動能增加，電勢能減少；由于a、c在同一等勢面上，所以a到從c電場力做的總功是零，故A

15、、B錯。又根據(jù)點(diǎn)電荷電場強(qiáng)度的分布，由a運(yùn)動到b場強(qiáng)逐漸增強(qiáng)，電荷受到的電場力逐漸增大，加速度就逐漸增大；由b到c場強(qiáng)逐漸減弱，電荷受到的電場力逐漸減小，加速度就逐漸減小。故D錯。,3.（2007 全國）a、b、c、d是勻強(qiáng)電場中的四個點(diǎn)，它們正好是一個矩形的四個頂點(diǎn)，電場線與矩形所在平面平行。已知a點(diǎn)的電勢為20V，b點(diǎn)的電勢為24V，d點(diǎn)的電勢為4V，由此可知c點(diǎn)的電勢為（ ）。,A.4V B.8V C.12V D.24V,B,點(diǎn)撥,由a、b、c三點(diǎn)的電勢可知，電場線的方向大致從b指向d的方向，因?yàn)閍bcd為矩形，Uab=4V,所以，Ucd=4V,則c點(diǎn)的電勢比D點(diǎn)高4V，即c點(diǎn)的電勢為

16、8V，B正確。,教材習(xí)題答案,1.答：,2.答：,（2）,因?yàn)?,所以,故D點(diǎn)電勢,比C點(diǎn)電勢高。,（3）,可見,故F點(diǎn)電勢比E點(diǎn)高。,小結(jié)：,（1）在電場中，同一正試探電荷的電勢能越大的點(diǎn)，電勢越高。同一正試探電荷在電勢越高的點(diǎn)，電勢能越大。 （2）在電場中，同一負(fù)試探電荷的電勢能越大,的點(diǎn)，電勢越低；同一負(fù)試探電荷在電勢越高的點(diǎn)，電勢能越小。,（3）正的試探電荷電勢能為負(fù)值的點(diǎn)的電勢小于負(fù)的試探電荷電勢能為負(fù)值的點(diǎn)的電勢。,3.答：,（1）沿著電場線的方向，電勢是逐漸降低的，所以M點(diǎn)的電勢比N點(diǎn)高。,4.答：因?yàn)? 故 可見重力勢為 。,5.答：,7.答：根據(jù)電場線與等勢面一定垂直的結(jié)論，畫出的電場線的大致分布如圖所示。,因?yàn)? 取q=1C,可使得,靜電力所做功為,