2019春高中物理 第1章 靜電場 4 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 4電勢能和電勢 課前預(yù)習(xí) 1 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(guān) 與電荷經(jīng)過的路徑 2 適用范圍該結(jié)論對于勻強電場和非勻強電場均適用 靜電力做功的特點 起始 終止 無關(guān) 1 概念電荷在 叫做電勢能 可用Ep表示 2 大小電荷在某點的電勢能 等于靜電力把它從該點移動到 時所做的功 電勢能 電場中的勢能 零勢能位置 3 與電場力做功的關(guān)系靜電力做的功等于電勢能的 用公式表示W(wǎng)AB 電場力做正功 電勢能 電場力做負功 電勢能 4 相對性電勢能的數(shù)值大小與 的選取有關(guān) 通常把離場源電荷 或 的電勢能規(guī)定為零 減少量 EPA EPB 減小 增加 零勢能點 無窮遠處 地球表面 電勢 電勢能 電荷量 伏特 4 特點 1 相對性 電場中各點電勢的高低 與所選取的 的位置有關(guān) 2 標量性 電勢是標量 只有大小 沒有方向 但有 5 判斷電勢高低的辦法 1 在電場中沿著電場線的方向 電勢逐漸 2 在電場力作用下 靜止的正電荷從 移向 電勢零點 正負 降低 高電勢 低電勢 1 定義在電場中 叫做等勢面 2 等勢面特點 1 等勢面上各點電勢相等 在等勢面上移動電荷電場力 2 等勢面一定跟電場線 而且電場線總是由電勢較高的等勢面指向 的等勢面 3 規(guī)定 畫等勢面時 相鄰兩等勢面間電勢差相等 這樣 在等勢面密處電場強度 在等勢面疏處 電場強度 等勢面 電勢相等的點組成的面 不做功 垂直 電勢較低 較大 較小 判一判 1 電勢能既有正值 也有負值 是矢量 2 計算電勢能時 不一定選取大地表面為零勢能面 3 電場力做功是電勢能變化的原因 電場力做正功 電勢能增加 4 在電勢越高的地方 同一正電荷的電勢能越大 5 電場線與等勢面可能不垂直 6 兩個等勢面可以相交 選一選 2017 北京市昌平區(qū)高二上學(xué)期期末 如圖所示 電場中有A B兩點 下列說法正確的是 A 場強EA EB 電勢 A BC 將 q電荷從A點移到B點 電場力做負功D 將 q電荷分別放在A B兩點時具有的電勢能EpA EpB B 解析 沿著電場線電勢降低 所以電勢 A B 電場線越密的地方電場強度越大 所以場強EA EB 選項A錯誤 選項B正確 正電荷從A點移到B點 電場力對正電荷的作用力方向向右 做正功 選項C錯誤 根據(jù)Ep q 知 A點的電勢高 則負電荷在A點的電勢能小 選項D錯誤 綜上本題選B 想一想 圖中是電荷及物體周圍的電場線和等勢面的分布圖 我們會發(fā)現(xiàn)圖中等勢面都不相交 為什么等勢面不相交呢 解析 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 課內(nèi)探究 我們知道重力做正功 物體的重力勢能減小 其高度降低 如圖甲 當重力做負功 物體的重力勢能增大 其高度升高 如圖乙 那么當電場力做正功 或負功 時 如圖丙 其電勢能又是怎樣變化的呢 探究一對靜電力做功 電勢能的理解 1 提示 電場力做正功 或負功 時 其電勢能減小 或增大 1 對靜電力做功特點的理解 1 靜電力對電荷所做的功 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 無論帶電體只受靜電力作用還是受多個力作用 無論靜電力做正功還是做負功 靜電力做功的特點不變 2 電勢能的特點 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)確定參考點 也就是零勢能點的位置 3 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 4 電勢能與重力勢能的比較 解題指導(dǎo) 涉及到能量轉(zhuǎn)化題時 要找準功能對應(yīng)關(guān)系 如電勢能的變化看電場力做的功 彈性勢能的變化 看彈力做的功 機械能的變化 看重力以外的力做的功 動能的變化 看合外力做的功 對點訓(xùn)練1 2018 北京交大附中高二上學(xué)期期中 如圖所示 在水平向右的勻強電場中有一絕緣斜面 斜面上有一帶電金屬塊沿斜面滑下 已知在金屬塊滑下的過程中動能增加了12J 金屬塊克服摩擦力做功8 0J 重力做功24J 則以下判斷正確的是 A 金屬塊帶負電荷B 金屬塊克服電場力做功8 0JC 金屬塊的電勢能減少4 0JD 金屬塊的機械能減少12J D 解析 根據(jù)動能定理可得 WG W電 Wf Ek 代入數(shù)據(jù)即可求得W電 4J 即金屬塊克服電場力做功4J 金屬塊的電勢能增加4J 電場力做負功 金屬受到的電場力向右 金屬塊帶正電 故ABC錯誤 在該過程中金屬塊動能增加12J 重力勢能減少24J 因此金屬塊的機械能減少12J 故D正確 如圖所示為某示波管內(nèi)的聚焦電場 實線和虛線分別表示電場線和等勢線 觀察圖片請思考 順著電場線的方向由c點到b點 電勢如何變化 電場強度大的地方電勢一定高嗎 提示 電勢逐漸降低 不一定 探究二對電勢的理解 2 1 電勢的特點 1 電勢具有相對性 電勢是相對的 電場中某點的電勢高低與零電勢點的選取有關(guān) 通常將離場源電荷無窮遠處 或是地球表面選為零電勢點 2 電勢是標量 電勢是只有大小 沒有方向的物理量 在規(guī)定了電勢零點后 電場中各點的電勢可能是正值 也可能是負值 正值表示該點的電勢高于零電勢 負值表示該點的電勢低于零電勢 顯然 電勢的正負只表示大小 不表示方向 2 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 電勢能與電勢的區(qū)別與聯(lián)系 C 解題指導(dǎo) 由題中所給信息正確判定點電荷Q所處的位置是解題的關(guān)鍵 對點訓(xùn)練2 多選 2016 河北石家莊市高二上學(xué)期期末 將一電荷量為 Q的小球放在不帶電的金屬球附近 所形成的電場線分布如圖所示 金屬球表面的電勢處處相等 a b為電場中的兩點 則 A a點的電場強度比b點的大B a點的電勢比b點的高C 檢驗電荷 q在a點的電勢能比在b點的大D 將檢驗電荷 q從a點移到b點的過程中 電場力做正功解析 電場線越密集 表示該處的電場強度越大 故a點的電場強度比b點的大 選項A正確 順著電場線方向電勢逐漸降低 故a點電勢比b點的高 選項B正確 檢驗電荷 q從a點移到b點 電場力做負功 電勢能增加 故選項C D錯誤 AB 如圖所示是某電場的電場線和等勢面 請問 1 哪些是電場線 哪些是等勢面 兩者有何關(guān)系 2 A點與B點哪一點的電勢高 3 A點與C點哪一點的場強大 提示 1 實線是電場線 虛線是等勢面 兩者互相垂直 2 A點電勢高 3 C點場強大 探究三對等勢面的理解 3 1 等勢面的特點 1 在等勢面內(nèi)任意兩點間移動電荷 電場力不做功 2 在空間中兩等勢面不相交 3 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 4 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 5 等勢面是為描述電場的性質(zhì)而假想的面 6 等勢面的分布與零電勢點的選取無關(guān) 2 幾種常見的電場的等勢面分布 特別提醒 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 AB 解題指導(dǎo) 根據(jù)電場線與等勢面垂直的特點 判斷出電場線的大致方向是解決該類問題的關(guān)鍵 解析 根據(jù)電場線與等勢面垂直并指向電勢低的等勢面 可大致畫出電場線的形狀 粒子在靜電力的作用下軌跡向下彎曲 根據(jù)曲線運動的特點 可以說明靜電力指向軌跡內(nèi)側(cè) 與電場強度方向相反 所以粒子帶負電 選項A正確 等勢面先是平行等距 后變得稀疏 則電場先是勻強電場 后是非勻強電場 即靜電力先不變 后變小 粒子的加速度先不變 后變小 選項B正確 從A到B靜電力做負功 所以粒子的速度減小 選項C錯誤 靜電力始終做負功 由功能關(guān)系可知 粒子的電勢能始終增大 所以選項D錯誤 對點訓(xùn)練3 空間中P Q兩點處各固定一個點電荷 其中P點處為正電荷 P Q兩點附近電場的等勢面分布如圖所示 a b c d為電場中的4個點 則 A P Q兩點處的電荷等量同種B a點和b點的電場強度相同C c點的電勢低于d點的電勢D 負電荷從a到c 電勢能減少 D 解析 由電場的等勢面分布圖可判斷P Q為等量異種點電荷 Q帶負電 選項A錯誤 電場強度是矢量 a b兩點的電場強度方向不同 選項B錯誤 根據(jù)等勢面可畫出電場線的分布 沿電場線方向電勢降低 可判c點電勢高于d點的電勢 選項C錯誤 負電荷由a到c 電場力做正功 電勢能將減少 選項D正確 素養(yǎng)提升 誤區(qū)1 在電場強度越大的地方 同一個點電荷具有的電勢能也越大 點撥 電場強度的大小與點電荷的電勢能大小并無必然的聯(lián)系 電場強度小的地方 所放點電荷的電勢能可能大 誤區(qū)2 電勢能是一種能量 不可能為負值 點撥 電勢能是相對量 在規(guī)定了電勢能的零位置 例如A位置 后 如果某電荷在電場中B位置的電勢能小于在A位置的電勢能 則該電荷在B位置的電勢能便是負值 誤區(qū)3 比較電場強度大小的方法與比較電勢能大小的方法相同 點撥 電場強度是矢量 比較電場強度的大小是比較其絕對值的大小 電勢能是標量 比較電勢能的大小與代數(shù)中比較大小的方法一樣 CD 解析 由點電荷的電場線及等勢面分布特點可知M N兩點電場強度大小相等 但方向不同 A錯誤 由橢圓焦點到橢圓上點的距離可知 C點離A點比P點離A點遠 故C點電勢比P點電勢低 B錯誤 由電勢能Ep q 可知同一正點電荷在D點時的電勢能高于在C點的電勢能 C正確 因離正點電荷越遠 電勢越低 有 M N P C 所以將負點電荷由M沿MCPN移到N點 電場力先做負功再做正功 但總功為零 D正確