2018-2019學年高中物理 第一章 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、4 電勢能和電勢,【自主預習】 1.靜電力做功的特點：在靜電場中移動電荷時，靜電 力做的功與電荷的_____位置和_____位置有關，與電荷 經(jīng)過的_____無關，這跟重力做功的特點類似。,起始,終止,路徑,,2.電勢能： (1)定義：電荷在電場中所具有的_____，叫電勢能， 單位是焦耳(J)。 (2)標矢性：電勢能是_____，但有正、負之分。當電荷 的電勢能為正值時，表示比電荷在零電勢能位置的電 勢能___；為負值時，表示比電荷在零電勢能位置的電 勢能___。,勢能,標量,大,小,,(3)相對性：電勢能是相對的，只有當_________位置確 定以后，電荷在電場中某點的電勢能才有確定的值

2、。 通常規(guī)定：電荷在大地表面或_________的電勢能為零。 (4)靜電力做功與電勢能變化的關系：靜電力做的功等 于_______的減少量。電荷在某點的電勢能等于把它從 這點移到_______位置時靜電力做的功。,零電勢能,無窮遠處,電勢能,零勢能,,(5)變化情況：同一電場中，在同樣的兩點間，移動正 電荷與移動負電荷，電荷的電勢能的增減是_____的。,相反,,3.電勢： (1)定義：電場中某一點的電勢等于電荷在該點的___ _____與它的_______的比值。 (2)公式： 。,電,勢能,電荷量,,,(3)單位：國際單位制中，電勢的單位是_____，符號是 V，1V=_____。 (

3、4)特點。 相對性：電場中各點電勢的高低，與所選取的_____ ___的位置有關，一般情況下取_______或大地為零電勢 位置。,伏特,1J/C,零電,勢,無窮遠,,標矢性：電勢是標量，只有大小，沒有_____，但有 _____。 固有性：電勢是表示電場_____屬性的一個物理量， 在電場中某點電勢的高低由_________決定，與在該點 是否有試探電荷、電荷的電性、電荷量_____。 (5)與電場線關系：沿電場線方向電勢_____得最快。,方向,正負,能量,電場本身,無關,降低,,4.等勢面： (1)定義：電場中_____相同的各點構成的面。 (2)等勢面特點。 沿同一等勢面移動電荷，靜電

4、力_______。 等勢面一定和電場線(或電場強度方向)_____。,電勢,不做功,垂直,,(3)等勢面的形狀如圖所示。,,【預習小測】 1.一個電荷只在電場力作用下從電場中的A點移到B點時，電場力做了510-6J的正功，那么() A.電荷在B處時將具有510-6J的電勢能 B.電荷在B處時將具有510-6J的動能 C.電荷的電勢能增加了510-6J D.電荷的動能增加了510-6J,,【解析】選D。電場力對電荷做了正功，表明電荷的電勢能減少了。但由于不知道零勢能點的位置，所以電荷在A、B點的電勢能無法確定；因為電荷僅在電場力作用下運動，電場力做正功，電勢能轉化為動能，故只有D選項正確。,,2

5、.(多選)如圖所示的電場中有A、B兩點，下列判斷正確的是(),A.電勢AEB B.電勢AB，場強EAEpB,,【解析】選B、C。順著電場線電勢逐漸降低，即AB，由電場線疏密可知，EA

6、0。對正電荷： WM=0-EpM=-qM，M= ；對負電荷：WN=EpN-0=-qN，N= ；所以N

7、折線來逼近曲線ANB，與靜電力平行的短折線的長度之和等于|AM|，因此靜電力對電荷所做的功W=W1+W2+W3+=qE|AM|。,,(2)通過問題(1)中三種情況下的做功的數(shù)據(jù)，請總結靜電力做功的特點。 提示：靜電力做的功只與電荷的起始位置和終止位置有關，與電荷經(jīng)過的路徑無關。,,(3)結合圖甲，類比重力做功與重力勢能的關系，思考靜電力做功與電勢能有什么關系。 提示：在圖甲中，正電荷從A移到B靜電力做正功，電勢能減少，正電荷從B移到A靜電力做負功，電勢能增加。重力做的功等于重力勢能的減少量，即WG=EpA-EpB。類似地，靜電力做功與電勢能的關系為：靜電力做功等于電勢能的減少量，即WAB=Ep

8、A-EpB。,,(4)類比重力勢能，如何求電荷在某點的電勢能？請舉 例說明。 提示：重力勢能具有相對性，求重力勢能時，首先要 選取零勢能面，電勢能也具有相對性，故求電勢能時 也要首先確定零勢能面，然后根據(jù)WAB=EpA-EpB求得。例 如，在圖甲中，若規(guī)定電荷在B點的電勢能為零，則電 荷在A點的電勢能等于WAB，即電荷在某點的電勢能等于 靜電力把它從該點移動到零勢能位置時所做的功。,,【探究總結】 1.靜電力做功的特點： (1)靜電力對電荷所做的功與電荷的起始位置和終止位置有關，而與電荷經(jīng)過的路徑無關。該結論不僅適用于勻強電場，而且適用于非勻強電場。 (2)在勻強電場中，電場力做的功為W=qE

9、d，其中d為沿電場線方向的位移。,,(3)電場力和瞬時速度方向的夾角為銳角時電場力做正功，夾角為鈍角時做負功。,,2.電勢能的性質： (1)系統(tǒng)性：電勢能由電場和電荷共同決定，但我們習慣說成是電場中的電荷所具有的電勢能。 (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。 (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在參考點的電勢能，電勢能為負值表示電勢能小于在參考點的電勢能。,,【拓展延伸】 1.重力勢能與電勢能類比：,,,2.電場力做功與電勢能變化的關系：WAB=EPA-EPB，電場做正功，電勢能減?。浑妶隽ψ鲐摴?，電勢能增加。,,【典例示范】 (20

10、18中山高二檢測)兩帶電小球， 電荷量分別為+q和-q，固定在一長度為l的絕緣細桿的 兩端，置于電場強度為E的勻強電場中。桿與場強方向 平行，其位置如圖所示。若此桿繞過O點垂直于桿的軸 線轉過180，則在此轉動過程中電場力做的功為 () A.0B.qElC.2qElD.qEl,,【解題指南】解答本題應把握以下兩點： (1)電場力做功與路徑無關，只與初、末位置有關。 (2)明確電場力對每個帶電小球做功的正、負。,,【解析】選C。電場力對兩小球均做正功，大小與路徑無關，對每個小球做功為qEl，共為2qEl。故C正確。,,【探究訓練】 1.(多選)(2018張家界高二檢測)圖甲是

11、等量異號點電荷的電場線分布圖，乙是等量同號點電荷的電場線分布圖。AOB是兩點電荷的連線的垂直平分線，O是連線的中點?，F(xiàn)把正試探電荷分別在甲、乙兩圖中，從O點沿OA移動到無限遠處，下列關于該過程中靜電力做功和電勢能變化情況的說法正確的是(),,A.在甲圖中，靜電力做正功，電勢能減小 B.在甲圖中，靜電力不做功，電勢能不變 C.在乙圖中，靜電力做正功，電勢能減小 D.在乙圖中，靜電力不做功，電勢能不變,,【解析】選B、C。在甲圖中，因為靜電力方向與位移方向始終垂直，靜電力不做功，所以電荷的電勢能不變，故A錯、B對；在乙圖中，因為靜電力方向沿OA方向，與位移方向一致，所以靜電力做正功，電勢能變小，故

12、C對、D錯。,,2.將電荷量為610-6C的負電荷從電場中的A點移到B點，克服靜電力做了310-5J的功，再從B點移到C點，靜電力做了1.210-5J的功。 (1)電荷從A移到B，再從B移到C的過程中電勢能共改變了多少？ (2)如果規(guī)定A點的電勢為零，則該電荷在B點與C點的電勢能分別為多少？B點和C點的電勢分別為多少？,,【解析】(1)WAC=WAB+WBC=(-310-5+1.210-5)J=-1.8 10-5J。可見電勢能增加了1.810-5J。 (2)如果規(guī)定A點的電勢為零，由公式得該電荷在B點的電勢能為EpB=EpA-WAB=0-WAB=310-5J。同理，在C點的電勢能為EpC=Ep

13、A-WAC=0-WAC=1.810-5J。,,兩點的電勢分別為B= V=-5 V。 C= =-3 V。 答案：(1)增加1.810-5J (2)310-5J1.810-5J-5V-3V,,【延伸探究】在上題中如果規(guī)定B點的電勢為零，則該電荷在A點和C點的電勢能分別為多少？A點和C點的電勢分別為多少？ 提示：如果規(guī)定B點的電勢為零，則該電荷在A點的電勢能為EpA=EpB+WAB=0+WAB=-310-5J。,,在C點的電勢能為 EpC=EpB-WBC=0-WBC=-1.210-5J。 兩點的電勢分別為A =5V。 C= =2V。 答案：-310-5J-1.210-5J5V2

14、V,,【補償訓練】 1.地球表面附近某區(qū)域存在大小為150N/C、方向豎直向下的電場。一質量為1.0010-4kg、帶電量為-1.0010-7C的小球從靜止釋放，在電場區(qū)域內下落10.0m。對此過程，該小球的電勢能和動能的改變量分別為(重力加速度大小取9.80m/s2，忽略空氣阻力)(),,A.-1.5010-4J和9.9510-3J B.1.5010-4J和9.9510-3J C.-1.5010-4J和9.6510-3J D.1.5010-4J和9.6510-3J,,【解題指南】解答本題應把握以下三點： (1)明確帶電小球所受電場力的方向。 (2)小球在電場中運動，電場力做功的正負以及與電勢

15、能變化的關系。 (3)小球所受的力和各個力所做的總功與小球動能變化的關系。,,【解析】選D。對帶電小球進行受力分析，考慮到忽略空氣的阻力，小球受到向下的重力和向上的電場力，下落10m時，小球克服電場力做功，小球的電勢能增大，Ep=Eqh=1501.0010-710J=1.5010-4J；根據(jù)動能定理可知小球下落10m時的動能為Ek=WG-WE=mgh-Eqh=1.0010-49.810J-1.5010-4J =9.6510-3J，所以選項D正確。,,2.如圖所示，A、B、C為電場中同一電場線上的三點。設電荷在電場中只受電場力作用，則下列說法中正確的是(),,A.若在C點無初速度地釋放正電荷，則

16、正電荷向B運動，電勢能減少 B.若在C點無初速度地釋放正電荷，則正電荷向A運動，電勢能增加 C.若在C點無初速度地釋放負電荷，則負電荷向A運動，電勢能增加 D.若在C點無初速度地釋放負電荷，則負電荷向B運動，電勢能減少,,【解析】選A。若在C點無初速度地釋放正電荷，正電荷所受電場力向右，則正電荷向B運動，電場力做正功，電勢能減少；若在C點無初速度地釋放負電荷，負電荷所受電場力向左，則負電荷向A運動，電場力做正功，電勢能減少。,,【通法悟道】電勢能增減的判斷方法 (1)做功判斷法：無論正、負電荷，電場力做正功，電勢能就減小，電場力做負功，電勢能就增大。 (2)由公式Ep=q判斷：設AB，當q0時

17、，qAqB，即EpAEpB。當q<0時，qA

18、勢能 =2qElcos， 故 ；而 =Elcos， =Elcos，所以兩 者電勢能與電荷量的比值的大小相等，我們將這一比,,值稱為該點的電勢。,,(2)在上圖中，設AO在電場方向的投影為AO，則A點的電勢A=Elcos=EAO，如圖所示，結合(1)中結論分析AA上任意一點P的電勢是多少，由此得出什么結論？,,提示：由(1)中結論知：P點的電勢P=EPOcos =EAO=A，由此可得AA上各點的電勢都相等，即在勻強電場中，垂直于電場方向上的同一平面(或直線)上各點電勢都相等，稱為等勢面(或等勢線)。,,【探究總結】 幾種典型電場的等勢面,,【拓展延伸】 1.等勢面的特點和應用： (1)特點。

19、在同一等勢面內任意兩點間移動電荷時，靜電力不做功。 空間兩等勢面不相交。,,電場線總是和等勢面垂直，且從電勢較高的等勢面指向電勢較低的等勢面。 在電場線密集的地方，等差等勢面密集。在電場線稀疏的地方，等差等勢面稀疏。 等勢面是虛擬的，是為描述電場的性質而假想的面。,,(2)應用。 由等勢面可以判斷電場中各點電勢的高低。 由等勢面可以判斷電荷在電場中移動時靜電力做功的情況。 由于等勢面和電場線垂直，已知等勢面的形狀分布，可以繪制電場線，從而確定電場大體分布。 由等差等勢面的疏密，可以定性地比較其中兩點場強的大小。,【典例示范】 關于靜電場的等勢面，下列說法正確的是() A.兩個電勢不同的等勢面可

20、能相交 B.電場線與等勢面處處相互垂直 C.同一等勢面上各點電場強度一定相等 D.將一負的試探電荷從電勢較高的等勢面移至電勢較低的等勢面，電場力做正功,【解題指南】解答本題應把握以下兩點： (1)等勢面特點。 (2)靜電力做功正負判定。,,【解析】選B。等勢面的特點：兩個電勢不同的等勢面不可能相交，故A錯誤；電場線與等勢面處處相互垂直，故B正確；等勢面的疏密程度表示電場強度的大小，故C錯誤；電場線由電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面，負電荷受力與電場線的方向相反，故負電荷受力由電勢低的等勢面指向電勢高的等勢面，那么它從電勢較高的等勢面移至電勢較低的等勢面，電場力做負功，D錯誤。,,【探究訓練】

21、1.(多選)如圖，一帶正電的點電荷固定于O點，兩虛線圓均以O為圓心，兩實線分別為帶電粒子M和N先后在電場中運動的軌跡，a、b、c、d、e為軌跡和虛線圓的交點。不計重力。下列說法正確的是(),,A.M帶負電荷，N帶正電荷 B.M在b點的動能小于它在a點的動能 C.N在d點的電勢能等于它在e點的電勢能 D.N在從c點運動到d點的過程中克服電場力做功,,【解析】選A、B、C。由圖中帶電粒子M和N先后在電場 中運動的軌跡可知，粒子M受到引力作用所以帶負電， 粒子N受到斥力作用所以帶正電，選項A正確；由于a點 比b點更靠近帶正電的點電荷，所以粒子M由a點運動到 b點的過程中粒子要克服電場力做功，動能減小

22、，選項 B正確；d點和e點在同一個等勢面上，所以N在d點的電 勢能等于它在e點的電勢能，選項C正確；粒子N帶正,,電，從c點運動到d點的過程中電場力做正功，選項D錯誤。,2.(2018廣州高二檢測)一帶電粒子以一定的初速度v0由A點開始在兩個固定的等量正電荷的電場中運動，圖中的實線為等勢面，虛線ABC為粒子的運動軌跡，其中B點是兩點電荷連線的中點，A、C位于同一等勢面上。下列說法正確的是(),A.該粒子帶正電 B.從A運動到B的過程中，電場力對帶電粒子先做正功，后做負功 C.若該粒子的初速度小于v0，該粒子的運動軌跡仍不變 D.該粒子在B點的電勢能大于在A點的電勢能,,【解析】選B。由曲線運動

23、的條件可知，粒子從A運動 到B，粒子受到場源正電荷的吸引力，因此該粒子帶負 電，故A錯誤；由粒子的運動軌跡可知，粒子軌跡所在 的位置的電勢，由A到B先變高，后變低；電勢能先減 小，后增大；電場力先做正功，后做負功，故B正確； 由曲線運動的特點可知，粒子的運動軌跡由其初速度 和受力決定，因此該粒子的初速度小于v0，其運動軌,,跡必然發(fā)生變化，故C錯誤；由等勢面的分布情況知，該粒子在B點的電勢能小于在A點的電勢能，故D錯誤。,,【補償訓練】 1.關于等勢面的說法，正確的是() A.電荷在等勢面上移動時，由于不受電場力作用，所以說電場力不做功 B.在同一個等勢面上各點的場強大小相等 C.兩個不等電勢

24、的等勢面可能相交 D.若相鄰兩等勢面的電勢差相等，則等勢面的疏密程度能反映場強的大小,,【解析】選D。等勢面由電勢相等的點組成，等勢面處的電場線跟等勢面垂直，因此電荷在等勢面上移動時，電場力不做功，但并不是不受電場力的作用，A錯。等勢面上各點場強大小不一定相等，等勢面不可能相交，B、C錯。等差等勢面的疏密反映場強的大小，D對。,,2.下列四個圖中，a、b兩點電勢相等、電場強度也相等的是(),,【解析】選D。勻強電場的等差等勢面是垂直于電場線 的一簇等間距的平行平面，A中a、b兩點不在同一等勢 面上，所以，這兩點的電勢是不相等的，但這兩點的 場強相等；B中a、b兩點在同一個等勢面上，電勢相 等，

25、但這兩點的場強大小相等、方向不同；C中a、b兩 點對稱于兩電荷的連線，所以電勢相等，但在中垂線 上場強的方向是平行于中垂線的，而且都指向外側，,,故兩點場強的方向不同；在D中，a、b兩點的電勢相等，場強的方向是平行于兩電荷連線方向的，而且方向相同。故選D。,,3.(多選)如圖所示，真空中M、N處分別放置兩等量異種電荷，a、b、c表示電場中的3條等勢線，d點和e點位于a等勢線上，f點位于c等勢線上，df平行于MN。以下說法正確的是(),,A.d點的電勢高于f點的電勢 B.d點的電勢與e點的電勢相等 C.若將一負試探電荷沿直線由d點移動到f點，則電場力先做正功、后做負功 D.若將一正試探電荷沿直線

26、由d點移動到e點，試探電荷的電勢能增加,,【解析】選A、B。電場線從M指向N，而沿電場方向電勢降低，所以d點的電勢高于f點的電勢，A正確；d點和e點在同一條等勢線上，所以兩點電勢相等，B正確；若將一負試探電荷沿直線由d點移動到f點，過程中電場力方向與運動方向夾角為鈍角，所以電場力一直做負功，C錯誤；若將一正試探電荷沿直線由d點移動到e點，過程始末試探電荷的電勢相等，所以電場力做功為零，電勢能不變，D錯誤。,,4.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.EPEQ，PQ B.EPEQ，PQ D.EP