高中物理 第一章 靜電場 4 電勢能和電勢課件 新人教版選修31

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1、第一章靜電場4電勢能和電勢學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道靜電力做功的特點(diǎn),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,能根據(jù)電場線判斷電勢高低.3.知道什么是等勢面,并能理解等勢面的特點(diǎn).內(nèi)容索引知識(shí)探究題型探究達(dá)標(biāo)檢測知識(shí)探究1一、一、靜電力做功的特點(diǎn)靜電力做功的特點(diǎn)導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究(1)如圖1所示,試探電荷q在電場強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場中,沿直線從A移動(dòng)到B,靜電力做的功為多少?若q沿折線AMB從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn),靜電力做的功為多少?靜電力FqE,靜電力與位移夾角為,靜電力對試探電荷q做的功WF|AB|cos qE|AM|.在線段AM上靜電力做的功W1qE|AM|,在線段MB上靜電力做的功W

2、20,總功WW1W2qE|AM|. 答案圖1 (2)若q沿任意曲線從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn),靜電力做的功為多少?由此可得出什么結(jié)論?WqE|AM|.電荷在勻強(qiáng)電場中從不同路徑由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn),靜電力做功相同.說明靜電力做功與路徑無關(guān),只與初、末位置有關(guān). 答案知識(shí)梳理知識(shí)梳理靜電力做功的特點(diǎn)(1)靜電力做功的特點(diǎn):靜電力對某電荷所做的功,與該電荷的電荷量 (填“有關(guān)”或“無關(guān)”),與電荷經(jīng)過的路徑 (填“有關(guān)”或“無關(guān)”),該結(jié)論在任何電場中均成立.(2)靜電力做功與 做功相似,只要初、末位置確定了,移動(dòng)電荷q做的功就是確定值.有關(guān)無關(guān)重力即學(xué)即用即學(xué)即用判斷下列說法的正誤.(1)電荷從電場中的A點(diǎn)運(yùn)

3、動(dòng)到B點(diǎn),路徑不同,電場力做功的大小就可能不同.( )(2)電荷從電場中的某點(diǎn)開始出發(fā),運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后,又回到了該點(diǎn),則電場力做功為零.( )(3)正電荷沿著電場線運(yùn)動(dòng),電場力對正電荷做正功,負(fù)電荷逆著電場線運(yùn)動(dòng),電場力對負(fù)電荷做正功.( )(4)在勻強(qiáng)電場中,電場力做功與路徑無關(guān),在非勻強(qiáng)電場中,電場力做功與路徑有關(guān).( )二、電勢能二、電勢能導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究(1)物體從高處向低處運(yùn)動(dòng),重力做什么功?物體的重力勢能如何變化?重力做功和物體的重力勢能變化有什么關(guān)系? 答案重力做正功重力勢能減少WGEp1Ep2(2)正電荷順著電場線移動(dòng),電場力做什么功?電荷的電勢能如何變化?負(fù)電荷順著電場線移動(dòng)

4、,電場力做什么功?電荷的電勢能如何變化?電場力做功與電勢能的變化有什么關(guān)系? 答案電場力做正功電勢能減少電場力做負(fù)功電勢能增加W電Ep1Ep2靜電力做正功,電勢能_;靜電力做負(fù)功,電勢能 .1.電勢能:電荷在 中具有的勢能,用Ep表示.2.靜電力做功與電勢能變化的關(guān)系:靜電力做的功等于電勢能的 .表達(dá)式:WAB . 知識(shí)梳理知識(shí)梳理減少量增加電場EpAEpB減少3.電勢能的大?。弘姾稍谀滁c(diǎn)的電勢能,等于把它從這點(diǎn)移動(dòng)到_時(shí)靜電力做的功.4.電勢能具有相對性電勢能零點(diǎn)的規(guī)定:通常把電荷在離場源電荷 處或把電荷在 上的電勢能規(guī)定為零.零勢能位置無限遠(yuǎn)大地表面即學(xué)即用即學(xué)即用判斷下列說法的正誤.(1

5、)電場力做正功,電荷的電勢能減少,電場力做負(fù)功,電荷的電勢能增加.( )(2)正電荷和負(fù)電荷沿著電場線運(yùn)動(dòng),電勢能均減少.( )(3)確定電荷在某點(diǎn)的電勢能應(yīng)先規(guī)定零勢能點(diǎn).( )(4)因電勢能有正負(fù)之分,所以電勢能是矢量.( )三、三、電勢電勢導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究如圖2所示的勻強(qiáng)電場,場強(qiáng)為E,取O點(diǎn)為零勢能點(diǎn),A點(diǎn)距O點(diǎn)為l,AO連線與電場線的夾角為.把電荷量分別為q和2q的試探電荷由A點(diǎn)移到O點(diǎn),電場力做功分別是多少?電荷q、2q在A點(diǎn)的電勢能各為多少?電勢能與電荷量的比值各是多少? 答案WAO1Eqlcos ,WAO22Eqlcos ,由EpAWAO知,電荷量為q和2q的試探電荷在A點(diǎn)的電

6、勢能分別為Eqlcos 、2Eqlcos ;電勢能與電荷量的比值相同,都為Elcos .圖2對電勢的對電勢的理解理解 知識(shí)梳理知識(shí)梳理(1)定義及公式:電荷在電場中某一點(diǎn)的電勢能與它的電荷量的 ,即 ,單位為 ,符號(hào)為 .(2)電勢高低的判斷:沿著電場線的方向電勢逐漸 .(3)電勢的標(biāo)量性:電勢是 量,只有大小,沒有方向,但有正、負(fù)之分,電勢為正表示比零電勢 ,電勢為負(fù)表示比零電勢 .(4)電勢的相對性:零電勢點(diǎn)的規(guī)定原則,一般選 或 處的電勢為0,只有規(guī)定了電勢零點(diǎn)才能確定某點(diǎn)的電勢大小.(5)電勢描述電場能的性質(zhì),決定于 本身,與試探電荷 (填“有關(guān)”或“無關(guān)”).比值伏特V降低標(biāo)低大地?zé)o

7、限遠(yuǎn)電場無關(guān)高判斷下列說法的正誤.(1)電勢有正負(fù)之分,因而是矢量.( )(2)電荷在電勢高處具有的電勢能大.( )(3)場強(qiáng)為零處,電勢一定為零.( )(4)沿電場線方向電勢降低,與試探電荷的電性無關(guān).( )即學(xué)即用即學(xué)即用四、等勢面四、等勢面導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究(1)類比地圖上的等高線,簡述什么是等勢面? 答案電場中電勢相等的各點(diǎn)構(gòu)成的面(2)當(dāng)電荷從同一等勢面上的A點(diǎn)移到B點(diǎn)時(shí),電荷的電勢能是否變化?電場力做功情況如何? 答案不發(fā)生變化電場力不做功知識(shí)梳理知識(shí)梳理1.等勢面的特點(diǎn)等勢面的特點(diǎn)(1)在等勢面上移動(dòng)電荷時(shí)靜電力 .(2)電場線跟等勢面垂直,并且由電勢 的等勢面指向電勢 的等勢面.

8、(3)等勢面密的地方,電場強(qiáng)度較 ;等勢面疏的地方,電場強(qiáng)度較 .(4)任意兩個(gè)等勢面都不相交.不做功低高強(qiáng)弱2.幾種常見電場的幾種常見電場的等勢面等勢面(1)點(diǎn)電荷的等勢面是以點(diǎn)電荷為球心的一簇球面.(2)等量異號(hào)點(diǎn)電荷的等勢面:點(diǎn)電荷的連線上,從正電荷到負(fù)電荷電勢越來越低,中垂線是一條等勢線.(3)等量同號(hào)點(diǎn)電荷的等勢面:等量正點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)電勢最低,中垂線上該點(diǎn)的電勢最高,從中點(diǎn)沿中垂線向兩側(cè),電勢越來越低.等量負(fù)點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)電勢最高,中垂線上該點(diǎn)的電勢最低.從中點(diǎn)沿中垂線向兩側(cè),電勢越來越高.(4)勻強(qiáng)電場的等勢面是垂直于電場線的一簇平行等間距的平面.2題型探究一、靜電力做功與電

9、勢能變化的關(guān)系1.靜電力做功的特點(diǎn)靜電力做功的特點(diǎn)(1)靜電力做的功與電荷的起始位置和終止位置有關(guān),但是與具體路徑無關(guān),這與重力做功特點(diǎn)相似.(2)靜電力做功的特點(diǎn)不受物理?xiàng)l件限制,不管靜電力是否變化,是否是勻強(qiáng)電場,是直線運(yùn)動(dòng)還是曲線運(yùn)動(dòng),靜電力做功的特點(diǎn)不變.2.靜電力做功與電勢能變化的關(guān)系靜電力做功與電勢能變化的關(guān)系(1)WABEpAEpB.靜電力做正功,電勢能減小;靜電力做負(fù)功,電勢能增加.(2)正電荷在電勢高的地方電勢能大,而負(fù)電荷在電勢高的地方電勢能小.例例1將帶電荷量為6106 C的負(fù)電荷從電場中的A點(diǎn)移到B點(diǎn),克服靜電力做了3105 J的功,再從B移到C,靜電力做了1.2105

10、 J的功,則(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? 答案解析見解析(2)如果規(guī)定A點(diǎn)的電勢能為零,則該電荷在B點(diǎn)和C點(diǎn)的電勢能分別為多少? 答案解析見解析如果規(guī)定A點(diǎn)的電勢能為零,由公式得該電荷在B點(diǎn)的電勢能為EpBEpAWAB0WAB3105 J.同理,C點(diǎn)的電勢能為EpCEpAWAC0WAC1.8105 J.(3)如果規(guī)定B點(diǎn)的電勢能為零,則該電荷在A點(diǎn)和C點(diǎn)的電勢能分別為多少? 答案解析見解析如果規(guī)定B點(diǎn)的電勢能為零,則該電荷在A點(diǎn)的電勢能為:EpAEpBWAB0WAB3105 J.C點(diǎn)的電勢能為EpCEpBWBC0WBC1.2105 J.針對訓(xùn)練針對訓(xùn)練1在電場

11、中,把電荷量為4109 C的正點(diǎn)電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn),克服靜電力做功6108 J,以下說法中正確的是A.電荷在B點(diǎn)具有的電勢能是6108 JB.B點(diǎn)電勢是15 VC.電荷的電勢能增加了6108 JD.電荷的電勢能減少了6108 J答案解析電荷在電場中某點(diǎn)的電勢能具有相對性,只有確定了零勢能點(diǎn),B點(diǎn)的電勢、電荷在B點(diǎn)的電勢能才有確定的數(shù)值,故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;由于電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)的過程中克服靜電力做功6108 J,故電荷電勢能應(yīng)該是增加了6108 J,選項(xiàng)C正確,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.二、對電勢的理解及電勢高低的判斷1.電勢是反映電場性質(zhì)的物理量,與放入的試探電荷無關(guān).2.電勢具有相對性,其大小與零電勢的選

12、取有關(guān),常取無限遠(yuǎn)處或大地的電勢為零.3.電勢的定義式為 ,公式中的Ep、q在運(yùn)算時(shí)均需代入正、負(fù)號(hào).1.2104 J1.2104 V例例2如果把電荷量為q1.0108 C的電荷從無限遠(yuǎn)處移到電場中的A點(diǎn),需要克服靜電力做功W1.2104 J,那么:(1)q在A點(diǎn)的電勢能和A點(diǎn)的電勢各是多少? 答案解析(2)q未移入電場前,A點(diǎn)的電勢是多少? 答案解析1.2104 VA點(diǎn)的電勢是由電場本身決定的,跟A點(diǎn)是否有電荷存在無關(guān),所以q未移入電場前,A點(diǎn)的電勢仍為1.2104 V.例例3 將一正電荷從無窮遠(yuǎn)處移入電場中M點(diǎn),電勢能減少了8.0109 J,若將另一等量的負(fù)電荷從無窮遠(yuǎn)處移入電場中的N點(diǎn),

13、電勢能增加了9.0109 J,則下列判斷中正確的是A.MN0 B.NM0C.NM0 D.MN0答案解析知識(shí)梳理知識(shí)梳理1.電荷在等勢面上移動(dòng)時(shí),靜電力不做功,電荷的電勢能不變.2.由等勢面可以確定電場線:因?yàn)殡妶鼍€總和等勢面垂直,所以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.3.由等差勢面的疏密,可以定性地確定場強(qiáng)的大小,等勢面密處,場強(qiáng)較大.三、等勢面的特點(diǎn)及應(yīng)用例例4 空間中P、Q兩點(diǎn)處各固定一個(gè)點(diǎn)電荷,其中P點(diǎn)處為正電荷,P、Q兩點(diǎn)附近電場的等勢面分布如圖3所示,a、b、c、d為電場中的4個(gè)點(diǎn).則A.P、Q兩點(diǎn)處的電荷等量同號(hào)B.a點(diǎn)和b點(diǎn)的電場強(qiáng)度相同C.c點(diǎn)的電勢低

14、于d點(diǎn)的電勢D.負(fù)電荷從a到c,電勢能減少圖3 答案解析根據(jù)題圖可知,該電場是等量異號(hào)點(diǎn)電荷的電場,故A錯(cuò)誤.根據(jù)電場的對稱性,a、b兩點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小相等,而方向不同,故B錯(cuò)誤.c點(diǎn)所在等勢面離P點(diǎn)(正電荷)較d點(diǎn)所在等勢面離P點(diǎn)近,c點(diǎn)的電勢較高,故C錯(cuò)誤.負(fù)電荷從a到c,電場力做正功,所以電勢能減少,故D正確.針對訓(xùn)練針對訓(xùn)練2(多選)如圖4所示,實(shí)線表示一簇關(guān)于x軸對稱的等勢面,在軸上有A、B兩點(diǎn),則A.A點(diǎn)場強(qiáng)小于B點(diǎn)場強(qiáng)B.A點(diǎn)場強(qiáng)方向指向x軸負(fù)方向C.A點(diǎn)場強(qiáng)大于B點(diǎn)場強(qiáng)D.A點(diǎn)電勢高于B點(diǎn)電勢答案圖4 由于電場線與等勢面總是垂直,所以B點(diǎn)電場線比A點(diǎn)密,B點(diǎn)場強(qiáng)大于A點(diǎn)場強(qiáng),故

15、A正確、C錯(cuò)誤.電場線由電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面,故B錯(cuò)誤.由圖中數(shù)據(jù)可知D正確.解析達(dá)標(biāo)檢測31.(多選)關(guān)于電勢,下列說法正確的是A.電場中某點(diǎn)的電勢大小等于單位正電荷從該點(diǎn)移動(dòng)到零電勢點(diǎn)時(shí), 電場力所做的功B.電場中某點(diǎn)的電勢與零電勢點(diǎn)的選取有關(guān)C.由于電勢是相對的,所以無法比較電場中兩點(diǎn)的電勢高低D.電勢是描述電場能的性質(zhì)的物理量 答案1234解析1234由電勢的定義可知A正確;由于電勢是相對量,電勢的大小與零電勢點(diǎn)的選取有關(guān),故B正確;雖然電勢是相對的,但電勢的高低是絕對的,因此C錯(cuò)誤;電勢與電勢能相聯(lián)系,它是描述電場能的性質(zhì)的物理量,故D正確.2.關(guān)于靜電場的等勢面,下列說

16、法正確的是A.兩個(gè)電勢不同的等勢面可能相交B.電場線與等勢面處處相互垂直C.同一等勢面上各點(diǎn)電場強(qiáng)度一定相等D.將一負(fù)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 答案1234解析1234若兩個(gè)不同的等勢面相交,則在交點(diǎn)處存在兩個(gè)不同電勢數(shù)值,與事實(shí)不符,A錯(cuò);電場線一定與等勢面垂直,B對;同一等勢面上的電勢相同,但電場強(qiáng)度不一定相同,C錯(cuò);將一負(fù)電荷從電勢較高的等勢面移至電勢較低的等勢面,電場力做負(fù)功,故D錯(cuò).3.如圖所示,實(shí)線表示電場線,虛線表示帶電粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡,帶電粒子只受電場力的作用,運(yùn)動(dòng)過程中電勢能逐漸減少,它運(yùn)動(dòng)到b處時(shí)的運(yùn)動(dòng)方向與受力方向可能是答案解析123

17、4由于帶電粒子只受電場力的作用,而且運(yùn)動(dòng)過程中電勢能逐漸減少,可判斷電場力做正功,即電場力方向與粒子速度方向夾角為銳角,且電場力方向沿著電場線指向軌跡凹側(cè),故D項(xiàng)正確.12344.電場中等勢面如圖5所示,下列關(guān)于該電場描述正確的是答案解析由等勢面與電場線密集程度的關(guān)系可知,等勢面越密集的地方電場強(qiáng)度越大,故A點(diǎn)的電場強(qiáng)度比C點(diǎn)的大,A錯(cuò)誤;負(fù)電荷在電勢越高的位置電勢能越小,B錯(cuò)誤;沿等勢面移動(dòng)電荷,電場力不做功,C正確;正電荷由A移動(dòng)到C,電場力做正功,D錯(cuò)誤.故選C.A.A點(diǎn)的電場強(qiáng)度比C點(diǎn)的小B.負(fù)電荷在A點(diǎn)的電勢能比在C點(diǎn)的電勢能大C.電荷沿等勢面AB移動(dòng)的過程中,電場力始終不做功D.正電荷由A移動(dòng)到C,電場力做負(fù)功圖5本課結(jié)束

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