高中物理 第1章 靜電場 第4節(jié) 電勢能和電勢課件 新人教版選修3-1.ppt

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第4節(jié) 電勢能和電勢,,(教師參考) 一、教學目標 知識與技能 1.理解靜電力做功的特點、電勢能的概念、電勢能與靜電力做功的關系 2.理解電勢的概念,知道電勢是描述電場的能的性質的物理量.明確電勢、靜電力的功、電勢能的關系 3.了解電勢與電場線的關系,了解等勢面的意義及與電場線的關系 過程與方法 嘗試運用物理原理和研究方法解決一些與生產(chǎn)和生活相關的實際問題,增強科學探究的意識和能力 情感態(tài)度與價值觀 理解掌握電勢能、電勢、等勢面的概念及意義,,二、教學重點難點 教學重點 理解掌握電勢能、電勢、等勢面的概念及意義 教學難點 電勢相對性的理解、掌握電勢能與做功的關系,并能用此解決相關問題 三、重難點突破方略 電勢概念形成的突破方略 【學習目的引入】 教師:在第3節(jié)中我們學習電場強度時,是通過對哪個量的研究來認識電場強度的?電場強度是用什么方法來定義的? 學生:通過試探電荷在電場中受靜電力來認識電場強度的.用靜電力和電荷所帶電荷量的比值來定義的. 教師:這一節(jié)課中我們將采用相類似的方式來建立電勢的概念并理解它.,,【情境設置】 有一個電場強度為E場的勻強電場,如圖,規(guī)定電荷在O點的電勢能為0,A為電場中的任意一點,設AO的長度為l,AO連線與電場線的夾角為θ.,(設問1)電荷量分別為q和2q的試探電荷由A點移至O點的過程中靜電力做功分別為多少?在A點的電勢能分別為多少?,答案:E場qlcos θ;2E場qlcos θ;E場qlcos θ;2E場qlcos θ.,,,答案:可以.,自主學習,課堂探究,達標測評,自主學習 課前預習感悟新知,,(教師參考) 情境鏈接一 雷電一般產(chǎn)生于對流旺盛的積雨云中,云的上部以正電荷為主,下部以負電荷為主.產(chǎn)生中等強度閃電現(xiàn)象時,功率可達一千萬瓦,相當于一座小型核電站的輸出功率.若正電荷從云的上部運動到下部,靜電力對正電荷做功的正、負性如何?閃電現(xiàn)象中釋放的能量從哪里來?,信息 1.正電荷從云的上部運動到下部,靜電力對正電荷做正功. 2.閃電現(xiàn)象中將云層中儲存的電勢能釋放出來.,,情境鏈接二 如圖(甲)所示,我們知道物體的高度降低,重力做正功,其重力勢能減小;高度升高,重力做負功,其重力勢能增大.那么電場中,當帶正電的粒子的運動情景如圖(乙)所示時,帶正電的粒子沿電場線方向移動,靜電力做功的正、負性如何?帶正電的粒子逆著電場線方向移動,靜電力做功的正、負性又如何?帶正電的粒子從B運動到A,類比重力做功與重力勢能的變化關系,猜想其與靜電力做功對應的勢能是怎樣變化的?,信息 1.帶正電的粒子沿電場線方向移動,靜電力做正功; 2.帶正電的粒子逆著電場線方向移動,靜電力做負功; 3.帶正電的粒子從B運動到A,與靜電力做功所對應的“勢能”是增加的.,教材梳理,一、靜電力做功的特點 閱讀教材第15～16頁“靜電力做功的特點”部分,結合教材圖1.4-1,了解該部分結論的推導過程. 靜電力做的功只與電荷的 位置和 位置有關,與電荷經(jīng)過的 無關.以上結論適用于勻強電場和非勻強電場. 二、電勢能 閱讀教材第16～17頁“電勢能”部分,知道電勢能的概念,認識靜電力做功與電勢能變化的關系式,說出電勢能的大小與靜電力做功的關系,知道零勢能點的一般規(guī)定. 1.概念:電荷在電場中具有的勢能. 2.靜電力做功與電勢能變化的關系:靜電力做的功等于電勢能的 ,用公式表示W(wǎng)AB= .,起始,終止,路徑,減少量,EpA-EpB,3.電勢能的大小:電荷在某點的電勢能,等于把它從這點移動到 位置時靜電力做的功. 4.零勢能點:通常把電荷在離場源電荷 的電勢能規(guī)定為0,或把電荷在 上的電勢能規(guī)定為0. 議一議 教材P16“思考與討論”,如果電荷沿不同路徑移動時靜電力做的功不一樣,還能建立電勢能的概念嗎?為什么? 答案:由于移動電荷時靜電力做的功與移動的路徑無關,所以電荷在某點的電勢能才是確定的;如果電荷沿不同的路徑移動時靜電力做功不一樣,則電荷從電場中某點移到電勢能的零點時,靜電力做功也就不同,電荷在該點的電勢能也不是唯一確定的,電勢能的概念也就無法建立了.,零勢能,無限遠處,大地表面,三、電勢 (1)閱讀教材第17～18頁“電勢”部分,結合教材圖1.4-4,初步了解電勢概念的建立過程,知道電勢的單位. (2)結合教材圖1.4-4,簡單體會“沿電場線方向電勢逐漸降低”的含義.,電勢能,,2.單位: ,符號是V. 3.特點 (1)相對性:電場中各點電勢的高低,與所選取的電勢零點的位置有關. (2)標量性:電勢是標量,只有大小,沒有方向,但有正、負. 4.與電場線的關系:沿電場線方向電勢逐漸 .,伏特,降低,議一議 教材P18“思考與討論”中關于電勢能和電勢的討論及插圖中,我們一直把試探電荷q當做正電荷處理,請把q當做負電荷,重復以上討論,其結果與教材P18中的結果是否一致? 答案:結果一致.在教材P17圖1.4-4所示中,q為正電荷時,正電荷在A點的電勢能為正值,正電荷的電勢能Ep與它的電荷量q的比值為正;q為負電荷時,負電荷在A點的電勢能為負值,負電荷的電勢能Ep與它的電荷量q的比值仍為正,并且比值都是相同的常量,所以不管正電荷還是負電荷,電荷在A點的電勢能Ep與它的電荷量q的比值都是不變的,即A點的電勢與所移動電荷的正負無關.,四、等勢面 閱讀教材第18～19頁“等勢面”部分,知道等勢面的概念,結合圖1.4-5,體會電場線與等勢面的垂直關系. 1.定義:電場中 的各點構成的面.,電勢相同,2.等勢面的特點 (1)在同一等勢面上移動電荷時靜電力 . (2)電場線跟等勢面 ,并且由電勢 的等勢面指向電勢 的等勢面. 想一想 同一電場中的兩個等勢面會相交嗎? 答案:不相交.兩個不同等勢面上點的電勢是不同的,不能相交.如果相交的話,交點這個位置的電勢就有兩個值,這是不可能的.,不做功,垂直,高,低,自主檢測,1.思考判斷 (1)靜電力做功雖然與電荷經(jīng)過的路徑無關,但與電荷移動的速度有關.( ) (2)無論正、負電荷,只要靜電力做正功,電荷的電勢能一定減少.( ) (3)負電荷順著電場線的方向移動,電勢能減少.( ) (4)因為沿電場線方向電勢降低,所以電勢降低的方向就是電場線的方向.( ) (5)等勢面上各點的電場強度也是相同的.( ),,答案: (1) (2)√ (3) (4) (5),,D,解析:外力克服靜電力對電荷做功時,由于不知道合力做功的正、負,無法確定電荷動能的增減,故選項A,B錯誤.外力克服靜電力做功,即靜電力對電荷做負功,電荷的電勢能增大,故選項C錯誤、D正確.,2.外力克服靜電力對電荷做功時( ) A.電荷的動能一定增大 B.電荷的動能一定減小 C.電荷一定從電勢能大處移到電勢能小處 D.電荷一定從電勢能小處移到電勢能大處,,A,解析:由點電荷電場線分布以及電勢與電場線的關系可知選項A正確.,,4.(2016甘肅省會寧縣一中期中)如圖所示,實線表示某靜電場的電場線,虛線表示該電場的等勢面,下列判斷正確的是( ) A.1,2兩點的場強相等 B.2,3兩點的電勢相等 C.1,2兩點的電勢相等 D.1,3兩點的場強相等,B,解析:電場線的疏密反映場強的大小,故1點的場強大于2,3兩點的場強,選項A,D錯誤;順著電場線電勢降低,故1點的電勢高于2點,2點的電勢等于3點的電勢,故選項B正確,C錯誤.,,5.(2016惠州期末)如圖(甲)所示,P,Q是電場線上的兩點,在P點由靜止釋放一個質子,僅在靜電力的作用下,沿著電場線從P點運動到Q點,質子的速度隨時間變化的關系如圖(乙)所示,下列判斷正確的是( ) A.該電場是勻強電場 B.從P點到Q點,質子受到的靜電力減小 C.從P點到Q點,質子的電勢能增大 D.P點的電勢高于Q點的電勢,D,解析:由v-t圖像可以看出,靜止釋放一個質子,僅在靜電力的作用下做加速度越來越大的加速運動,故所受靜電力是變力,且從P點到Q點,質子受到的靜電力逐漸增大,選項A,B錯誤;從P點到Q點靜電力對質子做正功,電勢能減小,電勢降低,故選項C錯誤,D正確.,課堂探究 核心導學要點探究,要點一,電勢能的概念理解及大小確定,【問題導引】 在如圖所示的勻強電場中,試探電荷q在從A到B的過程中,可能會沿多種路徑,各種可能的路徑中,靜電力做功具有怎樣的特點?,答案:(1)沿直線從A移動到B,靜電力F=qE,靜電力與位移夾角為θ,靜電力對試探電荷q做的功W=F|AB|cos θ=qE|AM|. (2)若q沿折線AMB從A點移動到B點,在線段AM上靜電力做的功W1=qE|AM|,在線段MB上靜電力做的功W2=0,總功W=W1+W2=qE|AM|. (3)若q沿任意曲線從A點移動到B,把路徑分為很多小段,分別看做直線運動,所做的總功仍然為W=qE|AM|.由以上的計算結果說明了靜電力做功與路徑無關,只與初、末位置有關.,【要點歸納】 電勢能的理解 1.系統(tǒng)性:電勢能是由電場和電荷共同決定的,是屬于電荷和電場所共有的,我們習慣上說成電荷的電勢能. 2.相對性:電勢能是相對的,其大小與選定的參考點有關.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,有正負但沒有方向.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.,,?思路探究?(1)如何確定電荷的電勢能的變化量? 答案:靜電力對電荷做多少正功,電荷的電勢能減小多少;靜電力對電荷做多少負功,電荷的電勢能增大多少. (2)如何確定電荷在電場中某點的電勢能的大小? 答案:電荷在某點的電勢能等于把電荷從該點移到零電勢能處靜電力做的功.,【例1】 將帶電荷量為610-6 C的負電荷從靜電場中的A點移到B點,克服靜電力做了310-5 J的功,再從B點移到C點,靜電力做了1.210-5 J的功,則 (1)電荷從A點移到B點,再從B點移到C點的過程中電勢能共改變了多少? (2)如果規(guī)定A點的電勢能為零,則該電荷在B點和C點的電勢能分別為多少?,,答案: (1)增加了1.810-5 J (2)310-5 J 1.810-5 J,解析:(1)電荷從A點移到B點克服靜電力做了310-5 J的功,電勢能增加了310-5 J; 從B點移到C點的過程中靜電力做了1.210-5J的功,電勢能減少了1.210-5 J,由A點到C點的整個過程電勢能增加了310-5 J-1.2 10-5 J=1.810-5 J. (2)如果規(guī)定A點的電勢能為零,電荷從電場中的A點移到B點,克服靜電力做了310-5 J的功,電勢能增加了310-5 J,所以電荷在B點的電勢能為EpB=310-5 J;由A點到C點的整個過程電勢能增加了1.8 10-5 J,所以電荷在C點的電勢能為EpC=1.810-5 J.,規(guī)律方法 電勢能增減的判斷方法 (1)做功判斷法:無論正、負電荷,只要靜電力做正功,電荷的電勢能一定減小;反之亦然. (2)電場線判斷法: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.負電荷與之相反.,,(教師備用) 變式:例1中,若規(guī)定B點的電勢能為零,則電荷在A,C兩點的電勢能分別為多少?,,解析:由于電荷從A點移動到B點,克服靜電力做功310-5 J,即靜電力做了-310-5 J的功,則EpA=-310-5 J;電荷從B點移動到C點靜電力做了1.210-5 J的功,那么電荷從C點移動到B點克服靜電力做功1.210-5 J,即靜電力做了-1.210-5 J的功,即EpC=-1.210-5 J.,答案:-310-5 J -1.210-5 J,,例1-1:如圖所示,把負電荷q放在A,B點,它在哪一點的電勢能較大?取無窮遠處的電勢能為零,負電荷q在這個電場中的電勢是正值還是負值?,,解析:假設負電荷q由A點移到B點,因靜電力吸引,所以靜電力對負電荷做負功,因為靜電力做負功,電勢能增大,所以該負電荷在B點電勢能較大.由于把該負電荷由A點(或B點)移到無窮遠過程中,靜電力做負功,電勢能增大,到達無窮遠時,電勢能為零,因此負電荷在這個正點電荷的電場中的電勢能為負值.,答案:B點 負值,,針對訓練1:如圖所示,帶箭頭的線表示某一電場的電場線.在靜電力作用下,一帶電粒子(不計重力)經(jīng)A點飛向B點,徑跡如圖中虛線所示,下列說法正確的是( ) A.粒子帶正電 B.粒子在A點加速度大 C.粒子在B點動能大 D.A,B兩點相比,帶電粒子在B點電勢能較高,D,解析:電場線的方向向上,根據(jù)粒子的運動軌跡可以判斷得出粒子受到的靜電力方向與電場線的方向相反,所以該粒子帶負電,選項A錯誤;電場線密的地方電場強度大,所以粒子在B點受到的靜電力大,在B點時的加速度較大,所以選項B錯誤.從A到B的過程中,靜電力對粒子做負功,所以粒子的動能減小,電勢能增加,所以選項C錯誤、D正確.,要點二,電勢的理解及高低判斷,【問題導引】 如圖所示的勻強電場,場強為E,取O點為零勢能點,A點距O點為l,AO連線與電場線的夾角為θ.電荷量分別為q,2q,3q的正的試探電荷在A點的電勢能分別為多少?它們的電勢能與其電荷量的比值有何關系?,答案:由WAO=Eqlcos θ,知電荷量為q,2q,3q的正的試探電荷在A點的電勢能分別為Eqlcos θ,2Eqlcos θ,3Eqlcos θ;電勢能與電荷量的比值均為Elcos θ,說明該比值與試探電荷的電荷量無關.,【要點歸納】 對電勢的理解 1.相對性:電場中某點的電勢具有相對性,也就是說電場中某點的電勢跟電勢(能)零點位置的選取有關.常取離場源電荷無限遠處的電勢為零,在實際應用中常取大地的電勢為零. 2.固有性:電勢僅與電場中某點有關,與靜電力做功的值及試探電荷的電荷量、電性無關. 3.標矢性:電勢是標量,但具有正負,電勢的正值表示該點的電勢高于零電勢點;負值表示該點的電勢低于零電勢點.,,A,,規(guī)律方法 電勢高低的判斷方法 (1)電場線法:沿電場線方向,電勢越來越低; (2)電勢能判斷法:對于正電荷,電勢能越大,所在位置的電勢越高;對于負電荷,電勢能越小,所在位置的電勢越高.,,(教師備用) 變式:如果把電荷量q=1.010-8 C的電荷從無限遠移到電場中的A點,需要克服靜電力做功W=1.210-4 J,那么, (1)q在A點的電勢能和A點的電勢各是多少? (2)q未移入電場前,A點的電勢是多少?,,(2)A點的電勢是由電場本身決定的,跟A點是否有電荷無關,所以q未移入電場前,A點的電勢仍為1.2104 V.,答案: (1)1.210-4 J 1.2104 V (2)1.2104 V,針對訓練2:帶電荷量為1.010-2 C的粒子,在電場中先后飛經(jīng)A,B兩點,飛經(jīng)A點時的動能為10 J,飛經(jīng)B點時的動能為40 J.已知A點的電勢為-700 V,(不計粒子的重力).求: (1)粒子從A到B靜電力做多少功? (2)帶電粒子在A點的電勢能是多少? (3)B點的電勢是多少?,,解析:(1)根據(jù)動能定理得 WAB=ΔEk=(40-10)J=30 J.,答案: (1)30 J (2)-7 J (3)-3 700 V,要點三,等勢面與電場線,【問題導引】 在電場中,電勢相等的點構成的面叫做等勢面,等勢面與電場線類似,也可以反映電場的情況,那么電場線與等勢面必然有一定的關系,即等勢面一定跟電場線垂直,如何解釋該結論? 答案:在同一等勢面上移動電荷時,電勢能不變,所以靜電力不做功,即靜電力方向與等勢面垂直,如果不垂直,電場強度就有一個沿著等勢面的分量,在等勢面上移動電荷時靜電力就要做功,所以等勢面一定跟電場線垂直.,,(教師備用) 【要點歸納】 1.沿電場線方向的等勢面電勢降低,由等勢面可以直接判斷電場中各點電勢的高低及兩個等勢面之間的電勢差. 2.等差等勢面密的地方,電場強度較強;等差等勢面疏的地方,電場強度較弱.,【例3】 (2016桂林十八中開學考試)(多選)如圖所示,曲線表示電場中關于x軸對稱的等勢面,在x軸上有a,b兩點.若一帶電粒子沿x軸從a點移到b點,靜電力做負功,則下列說法正確的是( ) A.a點的電場強度方向與x軸方向相同 B.a點的電場強度大于b點的電場強度 C.帶電粒子的電勢能一定增加 D.帶電粒子的動能一定增加,,?思路探究? (1)如何由等勢面的分布確定電場強度的方向,大小? 答案:某點垂直于等勢面且指向電勢低處的方向為電場強度的方向.等勢面較密處,電場線分布也密集,電場強度就大. (2)如何由靜電力做功的特點來判斷帶電粒子的動能的變化情況? 答案:若粒子只有靜電力做功,則靜電力的功就為合力的功.靜電力做正功時,帶電粒子動能增加;靜電力做負功時,帶電粒子動能減小.,AC,,解析:沿著電場線方向電勢降低,所以a點的電場強度方向與x軸方向相同,故A正確;b點的等勢面比a點的等勢面密,等勢面越密集的地方電場線密集,則b點電場線密集,即a點的場強小于b點的場強,故B錯誤;若一帶電粒子沿x軸從a點移到b點,靜電力做負功,則帶電粒子的電勢能一定增加,若只有靜電力做功,則動能減小,故C正確,D錯誤.,規(guī)律方法 等勢面和電場線的應用 (1)已知等勢面的情況時,可作等勢面的垂線來確定電場線,并由“電勢降低”的方向確定電場線方向. (2)已知電場線時,可作電場線的垂線來確定等勢面,并由“沿電場線方向電勢降低”確定等勢面的電勢高低.,,,AC,,例3-2:如圖為一頭大一頭小的導體周圍等勢面和電場線(帶有箭頭的線為電場線)示意圖,已知兩個相鄰等勢面間的電勢差相等,則( ) A.a點和d點的電場強度一定相同 B.a點的電勢一定低于b點的電勢 C.將負電荷從c點移到d點,靜電力做正功 D.將正電荷從c點沿虛線移到e點,電勢能先減小后增大,,B,解析:a點和d點的電場強度大小相等,方向不同,故選項A錯誤;根據(jù)沿著電場線的方向電勢逐漸降低和同一等勢面上的各點電勢相等,可判斷選項B正確;c點、d點在同一等勢面上,將負電荷從c點移到d點,靜電力不做功,故選項C錯誤;將正電荷從c點沿虛線移到e點,靜電力先做負功再做正功,電勢能先增大后減小,故選項D錯誤.,,A,達標測評 隨堂演練檢測效果,,AC,1.(多選)如圖所示,A,B為真空中的兩個點電荷,O為A,B連線的中點,MN為A,B連線的中垂線,電場線的分布關于MN對稱.以下判斷正確的是( ) A.A,B為等量異種電荷 B.M點電勢高于O點電勢 C.M點場強小于O點場強 D.正檢驗電荷在M點的電勢能大于在O點的電勢能,解析:由電場線的分布可知A,B為等量異種電荷,選項A正確;M,N為等勢線,M點電勢等于O點電勢,正檢驗電荷在M點的電勢能等于在O點的電勢能,選項B,D錯誤;由場強疊加可知,M點場強小于O點場強,選項C正確.,,2.(2016廣州市執(zhí)信、廣雅、二中、六中四校聯(lián)考)如圖所示,實線表示電場線,虛線表示帶電粒子運動的軌跡,帶電粒子只受靜電力的作用,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( ),D,解析:根據(jù)曲線運動力與軌跡的關系,力總是指向軌跡彎曲的內側,所以選項A錯誤;帶電粒子只受靜電力作用,故力與電場線共線,所以選項C錯誤;由題意知,運動過程中粒子的電勢能逐漸減小,故靜電力做正功,即力與速度方向的夾角應為銳角,故選項B錯誤,D正確.,,3.(多選)如圖所示在粗糙水平面上固定一點電荷Q,在M點無初速釋放一帶有恒定電荷量的小物塊,小物塊在Q的電場中運動到N點靜止,則從M點運動到N點的過程中( ) A.小物塊所受靜電力逐漸減小 B.小物塊具有的電勢能逐漸減小 C.M點的電勢一定高于N點的電勢 D.小物塊電勢能的變化量的大小一定等于克服摩擦力做的功,ABD,解析:小物塊遠離Q的過程中,所受靜電力逐漸減小,而且靜電力做正功,故小物塊的電勢能逐漸減小,選項A,B正確;由于點電荷Q帶電性質不確定,故M點的電勢不一定高于N點的電勢,選項C錯誤;由動能定理W電-Wf=0,而W電=-ΔE電,故選項D正確.,C,,,B,5.(2016屯溪一中期中)如圖所示,分別在M,N兩點固定放置兩個等量異種點電荷+Q和-Q,以MN連線的中點O為圓心的圓周上有四點A,B,C,D,關于這四點的場強和電勢,下列說法中不正確的是( ) A.A點電勢高于B點電勢 B.A點場強大于B點場強 C.C點電勢等于D點電勢 D.C點場強等于D點場強,解析:電場線方向由M指向N,則A點電勢高于B點電勢,選項A正確;由于電場線關于MN和CD對稱,A,B兩點和C,D兩點電場線疏密程度相同,故A點場強等于B點場強、C點場強等于D點場強、C點電勢等于D點電勢,選項B錯誤,C,D正確.,(教師參考) 課堂小結,,謝謝觀賞！,