高中物理 第1章 第4節(jié) 第1課時 靜電力做功的特點 電勢能和電勢課件 新人教版選修3-1.ppt

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第一章靜電場 第4節(jié)電勢能和電勢第1課時靜電力做功的特點電勢能和電勢 1 通過討論靜電力對試探電荷做功 知道靜電力做功與路徑無關的特點 2 將靜電力做功與重力做功進行類比 理解靜電力做功與電勢能變化的關系 認識電勢能的相對性 3 知道電勢的定義方法及其定義式 單位 要點一電場力做功的特點1 勻強電場中電場力做功的計算 如圖所示 在場強為E的勻強電場中 將正電荷q從A移到B 若AB L 并且AB與電場線的夾角為 則電場力對電荷所做的功為W FLcos qELcos 2 電場力做功的特點靜電場中 電場力做功只與移動電荷的電荷量以及起點和終點的位置有關 而與路徑無關 判斷電場力做正功還是做負功的方法判斷電場力做功正負 一般有兩種方法 1 根據(jù)電場力和位移方向的夾角判斷 此方法常用于勻強電場中恒定電場力做功的判斷 夾角為銳角做正功 夾角為鈍角做負功 夾角為直角不做功 2 根據(jù)電場力和瞬時速度方向的夾角判斷 此方法常用于判斷曲線運動中變化電場力的做功 夾角為銳角做正功 夾角為鈍角做負功 夾角為直角不做功 要點二電勢能1 定義 由于移動電荷時靜電力做功與移動的路徑無關 電荷在電場中也具有勢能 這種勢能叫做電勢能 用Ep表示 單位是J 2 靜電力做功與電勢能變化的關系 1 電場力對電荷做正功時 電荷電勢能減少 電場力對電荷做負功時 電荷電勢能增加 2 若用WAB表示電荷從A點移動到B點的過程中靜電力做的功 EpA和EpB表示電荷在A點和B點的電勢能 則有WAB EpA EpB 3 電勢能的大小若規(guī)定電荷在B點電勢能為0 則EpB 0 EpA WAB 即電荷在電場中某點處電勢能的大小 等于把它從該點移動到零勢能位置時靜電力做的功 4 對電勢能的理解 1 系統(tǒng)性 電勢能由電場和電荷共同決定 屬于電場和電荷系統(tǒng)所共有的 我們習慣說成電場中的電荷所具有的 2 相對性 電勢能是一個相對量 其數(shù)值與零勢能點的選取有關 因此確定電荷的電勢能首先應確定參考點 也就是零勢能點的位置 3 標量性 電勢能是標量 有正負 無方向 電勢能為正值表示電勢能大于參考點的電勢能 電勢能為負值表示電勢能小于參考點的電勢能 5 電勢能與重力勢能的比較 電勢能大小的判斷 1 場源電荷判斷法 離正場源電荷越近 正試探電荷的電勢能越大 負試探電荷的電勢能越小 離負場源電荷越近 正試探電荷的電勢能越小 負試探電荷的電勢能越大 2 電場線法 正電荷順著電場線的方向移動時電勢能逐漸減小 逆著電場線的方向移動時電勢能逐漸增大 負電荷順著電場線的方向移動時電勢能逐漸增大 逆著電場線的方向移動時電勢能逐漸減小 3 做功判斷法 無論正 負電荷 電場力做正功 電荷的電勢能減小 電場力做負功 電荷的電勢能增大 要點三電勢1 定義 電荷在電場中某一點的電勢能與它的電荷量的比值 叫做這一點的電勢 用 表示 有的同學誤認為根據(jù)電勢 的定義式 與Ep成正比 與q成反比 辨析 與電場強度一樣 電場中某點處 的大小是由電場本身的條件決定的 與在該點處是否放置電荷 電荷的電性 電荷量均無關 4 電勢的相對性 電勢是相對的 只有先確定了電勢零點以后 才能確定電場中其他位置的電勢 電場中某點的電勢跟電勢零點的選擇有關 對不是無限大的帶電體產(chǎn)生的電場 通常取無限遠處的電勢為零 在實際處理問題中 又常取大地電勢為零 4 電勢與電場線的關系 無論什么電場 沿電場線方向電勢是逐漸降低的 且是電勢降落最快的方向 5 電勢能與電勢的區(qū)別與聯(lián)系 6 電勢和電場強度的關系 如何比較電場中兩點電勢的高低 1 根據(jù)電場力做功判斷 在兩點間移動正電荷 如果電場力做正功 則電勢降低 如果電場力做負功 則電勢升高 在兩點間移動負電荷 如果電場力做正功 則電勢升高 如果電場力做負功 則電勢降低 2 根據(jù)電場線確定 電場線的方向就是電勢降低最快的方向 3 根據(jù)電荷電勢能的變化 如果在兩點間移動正電荷時 電勢能增加 則電勢升高 電勢能減少 則電勢降低 如果在兩點間移動負電荷時 電勢能增加 則電勢降低 電勢能減少 則電勢升高 如果把q 1 0 10 8C的點電荷Q從無窮遠處移到電場中的A點 需要克服電場力做功W 1 2 10 4J 那么 1 Q在A點的電勢能和A點的電勢各是多少 2 Q在未移入電場前A點的電勢是多少 分析 由W Ep EpA 可計算出EpA 根據(jù)A點的電勢能可求出A點的電勢 答案 1 1 2 10 4J1 2 104V 2 1 2 104V 在靜電場中 把一個電荷量為q 2 0 10 5C的負電荷由M點移到N點 電場力做正功6 0 10 4J 由N點移到P點 電場力做負功1 0 10 3J 則M N P三點電勢高低關系是 變式訓練1 1 解析 首先畫一條電場線 如圖所示 在中間位置附近畫一點作為M點 因為由M N電場力做正功 而負電荷所受電場力與場強方向相反 則可確定N點在M點左側 由N P電場力做負功 即沿著電場線移動 又因1 0 10 3J 6 0 10 4J 所以肯定移過了M點 即P點位于M點右側 這樣 M N P三點電勢的高低關系是 N M P 答案 N M P 某靜電場的電場線分布如圖所示 圖中P Q兩點的電場強度的大小分別為EP和EQ 電勢分別為 P和 Q 則 A EP EQ P QB EP EQ P QD EP EQ P Q 解析 從圖可以看出P點的電場線的密集程度大于Q點的密集程度 故P點的場強大于Q點的場強 因電場線的方向由P指向Q 而沿電場線的方向電勢逐漸降低 所以P點的電勢高于Q點的電勢 故A正確 答案 A 方法總結 電場強度與電勢的大小沒有直接的關系 它們是從兩個不同的角度描述電場性質(zhì)的物理量 電荷在電場中某點受力大 該點場強大 電勢不一定高 所以電場強度大的地方電勢不一定高 電場強度等于0的地方電勢不一定等于0 2014 洛陽二模 如圖所示 Q1和Q2是兩個電荷量大小相等的點電荷 MN是兩電荷的連線 HG是兩電荷連線的中垂線 O是垂足 下列說法正確的是 變式訓練2 1 A 若兩電荷是異種電荷 則OM的中點與ON的中點電勢一定相等B 若兩電荷是異種電荷 則O點的電場強度大小 與MN上各點相比是最小的 而與HG上各點相比是最大的C 若兩電荷是同種電荷 則OM中點與ON中點處的電場強度一定相同D 若兩電荷是同種電荷 則O點的電場強度大小 與MN上各點相比是最小的 與HG上各點相比是最大的 解析 若兩電荷是異種電荷 則OM的中點與ON的中點電勢不相等 正電荷周圍的電勢高 A選項錯誤 MN連線上中點O的電場強度最小 中垂線上O點的電場強度最大 B選項正確 若兩電荷是同種電荷 根據(jù)對稱性可知 OM中點與ON中點處的電場強度大小相等 方向相反 C選項錯誤 MN連線上中點O的場強為零 故D選項錯誤 答案 B 如圖所示 在靜電場中 一個負電荷q受到一個非靜電力作用 由A點移動到B點 則下列說法正確的是 解析 根據(jù)動能定理 合外力對電荷所做的功等于電荷動能的增量 對電荷和電場組成的系統(tǒng)而言 非靜電力是外力 非靜電力對電荷做了多少正功 系統(tǒng)能量 電勢能和電荷動能 就增加多少 根據(jù)靜電力做功與電勢能變化的關系及靜電力對電荷做負功 得電荷克服靜電力做功等于電荷電勢能的增量 所以B C D對 答案 BCD 方法總結 1 明確研究對象與研究過程 2 對研究對象受力分析 明確物體受什么力作用 知道力做功所對應的能量變化問題 3 依據(jù)電場力做功 引起電勢能的變化 重力做功引起重力勢能的變化 而動能變化則取決于合外力做功 來判斷各種能量是如何變化的 2014 鹽城一模 如圖所示 實線表示電場線 虛線表示帶電粒子運動的軌跡 帶電粒子只受電場力的作用 運動過程中電勢能逐漸減小 它運動到b處時的運動方向與受力方向可能的是 變式訓練3 1 解析 帶電粒子在電場力作用下做曲線運動 根據(jù)曲線運動力和軌跡的關系可知 電場力指向軌跡的內(nèi)側 與電場線重合 方向向左 運動過程中電勢能逐漸減小 根據(jù)功能關系可知 電場力做正功 粒子由C運動到a點 故D選項正確 ABC選項錯誤 答案 D 1 下列說法中正確的是 A 無論是正電荷還是負電荷 從電場中某點移到無窮遠處時 電場力做的正功越多 電荷在該點的電勢能就越大B 無論是正電荷還是負電荷 從電場中某點移到無窮遠處時 電場力做的正功越少 電荷在該點的電勢能越大 C 無論是正電荷還是負電荷 從無窮遠處移到電場中某點時 克服電場力做功越多 電荷在該點的電勢能越大D 無論是正電荷還是負電荷 從無窮遠處移到電場中某點時 克服電場力做功越少 電荷在該點的電勢能越大 解析 無窮遠處的電勢能為0 電荷從電場中某處移動到無窮遠處時 若電場力做正功 電勢能減少 到無窮遠處時電勢能減為0 電荷在該點的電勢能為正值 且等于移動過程中電荷電勢能的變化 也就等于電場力做的功 因此電場力做的正功越多 電荷在該點電勢能越大 A正確 B錯誤 電荷從無窮遠處移到電場中某點時 若克服電場力做功 電勢能由零增大到某值 此值就是電荷在該點的電勢能值 因此 電荷在該點的電勢能等于電荷從無窮遠處移到該點時 克服電場力所做的功 故C正確 D錯誤 答案 AC 2 2014 松江區(qū)一模 一點電荷 僅在電場力的作用下 沿直線由A點運動到B點的過程中 速率逐漸增大 下列判斷正確的是 A 在此過程中 電荷所受電場力的方向總是由A指向BB 在此過程中 電荷的電勢能逐漸增大C 線段AB間的各點 電場強度的方向都是由A指向BD 自A至B 電勢逐漸降低 解析 點電荷僅在電場力的作用下 沿直線由A運動到B 則根據(jù)軌跡和受力的關系可知 電場力由A指向B 點電荷的電性未知 則電場強度方向未知 電勢高低未知 故A選項正確 CD選項錯誤 速率逐漸增大 動能增大 根據(jù)能量守恒定律可知 電勢能逐漸減小 B選項錯誤 答案 A 3 2014 閔行區(qū)一模 關于靜電場 下列結論普遍成立的是 A 電場強度大的地方電勢高 電場強度小的地方電勢低B 電場中任意兩點之間的電勢差只與這兩點的場強有關C 單位正電荷在電場中某點具有的電勢能越大 該點的電勢越高D 將正點電荷從場強為零的一點移動到場強為零的另一點 電場力做功一定為零 解析 電場強度從力的角度反映了電場的強弱 電勢是從能量角度上描述電場的物理量 電場強度大小和電勢高低沒有直接關系 故A選項錯誤 電場中任意兩點之間的電勢差與兩點的距離和電場強度有關 勻強電場中兩點間的電勢差等于電場強度乘以兩點在電場方向上的投影距離 即U Ed 故B選項錯誤 根據(jù)電勢能的定義式Ep q 可知 正電荷在電勢高的地方電勢能大 在電勢低的地方電勢能小 單位正電荷在電場中某點具有的電勢能越大 該點的電勢越高 故C選項正確 根據(jù)公式W qU可知 電場力做功與電荷量 兩點間的電勢差有關 初末位置的電勢差為零 則電場力不做功 將正點電荷從電勢為零的一點移動到電勢為零的另一點 電場力做功一定為零 故D選項錯誤 答案 C 答案 B