高中物理 第一章 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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第四節(jié)電勢能和電勢 第一章靜電場 學(xué)習(xí)目標1 知道靜電力做功的特點 掌握靜電力做功與電勢能變化的關(guān)系 2 理解電勢能 電勢的概念 知道參考點的選取原則 3 知道什么是等勢面 并能理解等勢面的特點 第一章靜電場 一 靜電力做功的特點在電場中把點電荷q從A點移動到B點 不管走什么路徑 靜電力所做的功都相同 說明靜電力做功與電荷經(jīng)過的 無關(guān) 與電荷的 位置和 位置有關(guān) 如圖所示 路徑 起始 終止 電場 減少量 EpA EpB 減少 增加 二 電勢能1 概念 電荷在 中具有的勢能 3 電勢能的確定 1 先確定零電勢能位置 2 通常把電荷在離場源電荷 的電勢能規(guī)定為零 或把電荷在大地表面上的電勢能規(guī)定為零 電荷在某點的電勢能 等于靜電力把它從該點移動到 位置時所做的功 電勢能是相對的 想一想 1 當正電荷順著電場線運動時 電勢能是增加還是減少 當負電荷順著電場線運動時呢 提示 正電荷順著電場線運動時 電場力做正功 電勢能減少 負電荷順著電場線運動時 電場力做負功 電勢能增加 無限遠處 零勢能 三 電勢1 概念 電荷在電場中某一點的電勢能與它的電荷量的 3 相對性 電勢也是相對的 常取離場源電荷無限遠處的電勢為零 大地的電勢為零 電勢可以是正值 也可以是負值 沒有方向 因此是 4 與電場線關(guān)系 沿電場線的方向電勢 比值 伏特 V 標量 降低 2 公式和單位 電勢的定義公式為 單位是 符號是 想一想 2 電荷處在電場中 在電勢越高的位置電勢能越大嗎 提示 不一定 正電荷在電勢越高處電勢能越大 負電荷在電勢越高處電勢能越小 四 等勢面1 定義 電場中電勢相等的各點構(gòu)成的面 2 特點 1 等勢面一定跟電場線 即跟場強方向垂直 2 電場線總是由電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面 兩個不同的等勢面 垂直 永不相交 3 兩個等勢面間的電勢差是恒定的 但在非勻強電場中 兩個等勢面間的距離并不恒定 場強大的地方 兩等勢面間的距離小 場強小的地方 兩等勢面間的距離大 3 應(yīng)用 1 由等勢面可以判斷電場中各點電勢的高低及差別 2 由等勢面可以判斷電荷在電場中移動時靜電力做功情況 3 已知等勢面的分布和其形狀 再根據(jù)電場線與等勢面相互垂直的特點 就能描繪出電場線的分布情況 確定電場的分布 想一想 3 電勢不相等的兩個等勢面能相交嗎 提示 不同等勢面電勢不相等 若兩等勢面相交 則在交點處電勢就有兩個值 這與實際相矛盾 所以兩等勢面不相交 電場力做功特點和做功正負的判斷 1 對電場力做功特點的理解 1 電場力對電荷所做的功 與電荷的初末位置有關(guān) 與電荷經(jīng)過的路徑無關(guān) 該結(jié)論適用于任何靜電場 2 無論帶電體在電場中做直線運動還是做曲線運動 無論帶電體只受電場力作用還是受多個力作用 無論電場力做正功還是做負功 電場力做功的特點不變 2 電場力做功正負的判斷 1 根據(jù)電場力和位移的方向夾角判斷 夾角為銳角電場力做正功 夾角為鈍角電場力做負功 夾角等于90 電場力不做功 2 根據(jù)電場力和瞬時速度方向的夾角判斷 夾角是銳角電場力做正功 夾角是鈍角電場力做負功 電場力和瞬時速度方向垂直時電場力不做功 3 根據(jù)電勢能的變化情況判斷 若電勢能增加 則電場力做負功 若電勢能減小 則電場力做正功 若電勢能不變 則電場力不做功 4 若物體只受靜電力作用 可根據(jù)動能的變化情況判斷 若物體的動能增加 則電場力做正功 若物體的動能減少 則電場力做負功 若動能不變 則電場力不做功 特別提醒 計算電場力的功時要注意電荷的電性 移動的方向 場強的方向等 以便正確確定功的正負 2014 蕪湖一中高二檢測 如圖所示為方向向下的勻強電場 兩粒子M N質(zhì)量相等 所帶電荷的絕對值也相等 現(xiàn)將M N從O點以相同速度射出 兩粒子在電場中運動的軌跡分別如圖中兩條曲線所示 a b c為曲線上的三個點 其中b點與O點連線與電場線垂直 若不計重力 則 A M帶負電荷 N帶正電荷B M帶正電荷 N帶負電荷C N在從O點運動至a點的過程中克服電場力做功D M在從O點運動至b點的過程中 電場力對它做的功等于零 BD 思路探究 1 物體做曲線運動的條件是什么 2 判斷力做正 負功的方法是什么 解析 根據(jù)兩粒子的運動軌跡可判斷 M受向下的靜電力 N受向上的靜電力 分別與電場方向同向 反向 故M帶正電 N帶負電 A錯誤B正確 N粒子從O到a 電場力與位移Oa的夾角小于90 做正功 C錯誤 M粒子從O到b 電場力與位移Ob垂直 故電場力做功等于零 D正確 故選BD 帶電體只在電場力作用下的能量轉(zhuǎn)化規(guī)律 1 從動能定理角度考慮 帶電體動能的變化量等于電場力對它做的功 2 從電場力做功與帶電體的電勢能變化的關(guān)系考慮 帶電體的電勢能的減少量等于電場力對它做的功 3 從能量守恒角度考慮 帶電體動能的增加量等于它的電勢能的減少量 2014 廣州畢業(yè)班測試 如圖所示表示某靜電場等勢面的分布 電荷量為1 6 10 9C的正電荷從A經(jīng)B C到達D點 從A到D 靜電力對電荷做的功為 A 4 8 10 8JB 4 8 10 8JC 8 0 10 8JD 8 0 10 8J解析 靜電力做功與電荷運動的路徑無關(guān) 只與電荷的起始位置和終止位置有關(guān) 從A到D 靜電力對電荷做的功為W UADq A D q 40 10 1 6 10 9J 4 8 10 8J A C D錯誤 B正確 B 電勢能及其變化情況的判斷 1 電勢能 1 電勢能是由電場和電荷共同決定的 屬于電荷和電場所共有的 我們習(xí)慣上說成電荷的電勢能 2 電勢能是標量 有正負但沒有方向 其正負表示大小 3 電勢能是相對的 其大小與選定的參考點有關(guān) 確定電荷的電勢能 首先應(yīng)先確定參考點 也就是零勢能點的位置 4 電勢能和重力勢能很類似 可作如下對比 電場中的電荷具有勢能 電勢能 重力場中的物體具有勢能 重力勢能 電場中同一位置上不同電量電荷的電勢能不同 重力場中同一位置上不同質(zhì)量物體的重力勢能不同 電場力做正功時 電勢能減少 電場力做負功時 電勢能增加 重力做正功時 重力勢能減少 重力做負功時 重力勢能增加 2 電勢能增減的判斷方法 1 做功判斷法無論正 負電荷 只要電場力做正功 電荷的電勢能一定減小 只要電場力做負功 電荷的電勢能一定增大 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 電勢判斷法由公式Ep q 正電荷在電勢高的地方電勢能大 負電荷在電勢高的地方電勢能小 有一帶負電的點電荷 從電場中的A點移到B點時 克服電場力做功6 10 4J 從B點移到C點 電場力做功9 10 4J 問 1 若以A點為零電勢能點 B C兩點的電勢能各為多少 A C間的電勢能之差為多少 2 若以B點為零電勢能點 A C兩點的電勢能各為多少 A C之間的電勢能之差為多少 思路探究 電勢能變化與電場力做功的關(guān)系是什么 解析 1 以A點為零電勢能點 則EpA 0 由電勢能的變化與電場力做功的關(guān)系得 A B WAB EpA EpB EpB EpA WAB 0 6 10 4 J 6 10 4JB C WBC EpB EpC EpC EpB WBC 6 10 4J 9 10 4J 3 10 4JA C兩點的電勢能之差 Ep EpA EpC 0 3 10 4 J 3 10 4J 2 以B點為零電勢能點 則E pB 0A B 由 式得 E pA WAB E pB 6 10 4J 0 6 10 4JB C 由 式得 E pC E pB WBC 0 9 10 4J 9 10 4JA C兩點的電勢能之差為 E p E pA E pB 6 10 4J 9 10 4 J 3 10 4J 答案 見解析 2 2013 高考天津卷 兩個帶等量正電的點電荷 固定在圖中P Q兩點 MN為PQ連線的中垂線 交PQ于O點 A為MN上的一點 一帶負電的試探電荷q 從A由靜止釋放 只在靜電力作用下運動 取無限遠處的電勢為零 則 A q由A向O的運動是勻加速直線運動B q由A向O運動的過程電勢能逐漸減小C q運動到O點時的動能最大D q運動到O點時的電勢能為零 BC 解析 由A向O的電場強度改變 加速度改變 選項A錯誤 q由A向O運動的過程 電場力始終做正功 過O點后電場力做負功 選項B C均正確 無窮遠處電勢能為零 O點時電勢能為負值 選項D錯誤 對電勢的理解和電勢高低的判斷 1 對電勢概念的理解 1 電勢的相對性 電勢是相對的 只有先確定了零電勢點的位置 才能確定其他點的電勢 電場中某點的電勢跟零電勢位置的選擇有關(guān) 實際問題中 常選取無限遠處電勢為零 或取大地電勢為零 2 電勢的固有性電勢 是表示電場能量屬性的一個物理量 電場中某點處 的大小是由電場本身的條件決定的 與在該點處是否放著電荷 電荷的電性 電荷量均無關(guān) 3 電勢的矢標性 電勢是標量 只有大小 沒有方向 電勢有正 負 正值表示該點電勢比零電勢高 負值表示該點電勢比零電勢低 當規(guī)定了無限遠處電勢為零時 正電荷產(chǎn)生的電場中各點的電勢均為正值 且越靠近正電荷的地方電勢越高 負電荷形成的電場則相反 2 電場中兩點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 場源電荷判斷法 離場源正電荷越近的點 電勢越高 離場源負電荷越近的點 電勢越低 3 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 3 電勢與電場強度的比較 描述電場的能的性質(zhì) 描述電場的力的性質(zhì) 特別提醒 1 電場中某點的電勢高低與該點的場強大小無關(guān) 2 沿電場線的方向電勢降低 電勢降低最快的方向沿電場線的方向 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 EPEQ 圖中 電場線的方向是由P指向Q 根據(jù)順著電場線的方向 電勢依次降落 有P點電勢大于Q點電勢 A 沿場強方向電勢降低 但電勢降低的方向不一定是場強的方向 3 將一正電荷從無窮遠處移入電場中M點 電勢能減少了8 0 10 9J 若將另一等量的負電荷從無窮遠處移入電場中的N點 電勢能增加了9 0 10 9J 則下列判斷正確的是 A M M 0C N N 0 C 1 幾種典型的電場的等勢面 對等勢面的認識 以點電荷為球心的一簇球面 兩簇對稱的曲面 連線的中垂面為一等勢面 兩簇對稱的曲面 垂直于電場線的一簇平面 不規(guī)則曲面 2 等勢面與電場線的區(qū)別與聯(lián)系 形象描述電場強度的強弱 形象描述電場中各點電勢的高低 從正電荷發(fā)出 終止于負電荷 電場中電勢相同的各點構(gòu)成的面 帶箭頭的不閉合的曲線 兩電場線不相交 可以閉合 也可以不閉合 不同等勢面不相交 曲線上某一點的切線方向為場強方向 疏密表示場強大小 等勢面的垂線方向為場強方向 等差等勢面的疏密表示場強大小 電荷沿電場線移動時電場力必做功 電荷沿等勢面移動時電場力不做功 1 沿電場線方向電勢降低 2 電場線與等勢面垂直 如圖所示 虛線同心圓是一簇某靜電場中的等勢面 其電勢分別是 a b和 c 一帶正電粒子射入電場中 運動軌跡如圖中實線KLMN所示 由圖可知 A 粒子從K到L的過程中 靜電力做負功 電勢能增加B 粒子從L到M的過程中 靜電力做負功 電勢能增加C a b cD a b c 思路探究 1 如何由運動軌跡判斷受力方向 2 如何由等勢面判斷受力方向 AD 解析 由等勢面的分布規(guī)律可知 該電場為點電荷的電場 由運動軌跡可知 運動的正電荷跟場源電荷的相互作用是排斥 所以場源電荷是正電荷 根據(jù)電場線與等勢面垂直 電場的分布是發(fā)散狀輻射向外的 正電荷從K到L受靜電力的方向背離圓心 與移動方向夾角大于90 做負功 電荷的電勢能增加 選項A正確 從L到M 可看做從跟軌跡有交點的同一等勢面的點到M 受到的靜電力與移動方向夾角小于90 靜電力做正功 電荷的電勢能減少 選項B錯誤 根據(jù)電場線的方向是電勢降低的方向可知選項D正確 故選AD 粒子在同一等勢面上的電勢能是相等的 從同一等勢面上的不同點移動電荷到某一點 靜電力做功是相同的 4 2013 高考上海卷 兩異種點電荷電場中的部分等勢面如圖所示 已知A點電勢高于B點電勢 若位于a b處點電荷的電荷量大小分別為qa和qb 則 A a處為正電荷 qaqbC a處為負電荷 qaqb解析 根據(jù)A點電勢高于B點電勢可知 a處為正電荷 由于等勢面密集處靠近b電荷 故qa qb 選項B正確 B 方法技巧 等量點電荷的連線及其中垂線上電勢變化的規(guī)律1 等量正點電荷 如圖甲 連線上中點O的電勢最低 在中垂線上O點的電勢卻最高 從中點沿中垂線向兩側(cè) 電勢逐漸降低 連線上A A 和中垂線上B B 對稱等勢 2 等量負點電荷 連線上中點的電勢最高 中垂線上該點的電勢最低 從中點沿中垂線向兩側(cè) 電勢逐漸升高 連線上和中垂線上關(guān)于中點的對稱點等勢 3 等量異種點電荷 如圖乙 在從正電荷到負電荷的連線上電勢逐漸降低 A A 中垂線是一等勢線 B B 若沿中垂線移動電荷 電場力不做功 ABD 解析 根據(jù)等量異種點電荷電場線及等勢線的分布可知b d兩點電勢相同 電場強度大小相等 方向不同 選項A正確 C錯誤 c點電勢為0 由a經(jīng)b到c 電勢越來越低 正電荷由a經(jīng)b到c電勢能越來越小 選項B D正確 名師點評 應(yīng)熟練掌握等量同種 等量異種電荷的電場線 等勢面的分布特點 此部分內(nèi)容是歷年高考熱點