《电场的能的性质》PPT课件.ppt

电 场,第二单元 电场的能的性质,1.特点:只与初、末位置有关,而与路径无关.,B,E,A,v,A,B,2.电势能:,电荷在电场中某点的电势能在数值上等于把电荷从该点移到电势能为零处电场力所做的功。,要点透析,二、电 势 能,电场中电荷具有的势能称为该电荷的电势能电势能是电荷与所在电场所共有的。,1、定义:,2、公式：,电荷在电场中A点具有的电势能等于把电荷从A点搬到参考点（零电势能点）时，电场力所做的功。即A= WA0,电场力做正功电势能减少；电场力做负功电势能增加,3、电势能和电场力的功的关系：,WAB=AB,电势能是电场和电荷共同具有的。,对电势能的理解：,电势能是标量，但有正负，正负表示大小。,大小具有相对性，与电势能零点选取有关。,要点透析,三、电 势,1、定义:,电荷在电场中某点具有的电势能与该电荷电量 q的比值叫做该点的电势。数值上等于该点与电势零点之间的电势差。,2、公式：,3、单位： V,4、特性：,（1）电势是相对量。电场中某点电势的数值和 （参考点）零电势点的选择有关。,（2）电势是标量，但是有正负。对同一参考点为言，正电势高于0电势。0电势高于负电势。,5、判断：,沿着电场线的方向，电势越来越低。,= /q,要点透析,四、电势差,（1）定 义：,电场中两点间电势的差值叫做A、B点的电势差。电势差又称为电压。,（2）定义式：,（3）单 位:,（4）特 性:,J/c=V,标量，有正负。UAB=UBA。,UAB=AB=WAB/q,UAB、WAB、q均为标量，但都有正负，计算时将符号代 入计算。,对电势差的理解：,电势差是标量但有正负，正负不表示大小，但是表示两 点间电势相对高低。,UAB=WAB/q是比值定义法，电场中确定两点间的电势差由 电场本身性质以及这两点在电场中的位置决定，与WAB、q 无关。,说明：电势和电势差都是描述电场的能的性质的物理量，都由电场本身决定，和放入场中的电荷无关。 电势相当于高度，电势差相当于高度差。,电势与场强E的比较：,描述电场能的性质,描述电场力的性质,标量、但有正负,矢量,同一检验电荷在大处 不一定大,同一检验电荷在E大处F一定大,大处E不一定大,E大处不一定大,两者大小都由电场本身性质决定与检验电荷无关,匀强电场中：E=U/d或U=Ed,沿场强方向电势降低，电场方向是电势降低最快方向,电场强度与电势的比较：,电场强度与电势的比较：,例1. 在静电场中，关于场强、电势和电势能的说法中正确的是（ ） A电场强度大的地方电势一定高 B电势为零的地方场强也一定为零 C场强为零的地方电势也一定为零 D场强大小相同的点电势不一定相同 E电荷在电场中电势高的地方电势能大 F在电场中的某点，电量大的电荷具有的电势能比电量小的电荷具有的电势能大 G正电荷形成的电场中，正电荷具有的电势能比负电荷具有的电势能大,DG,典例精析,一、概念的理解与应用,【例1】关于电势与电势能的说法正确的是（ ） A电荷在电场中电势高的地方电势能大 B在电场中的某点，电量大的电荷具有的电势能比电量小的电荷具有的电势能大 C正电荷形成的电场中，正电荷具有的电势能比负电荷具有的电势能大 D负电荷形成的电场中，正电荷具有的电势能比负电荷具有的电势能小,C D,回忆思考,（A）在电场中，电场强度越大的地方电势越高。 （B）若某区域内各点的电场强度均相等，则此区域内各 点的电势一定相等。 （C）原静止的点电荷在只受电场力时，一定从电势高处向电势低处运动。 （D）电荷沿电场线方向移动时，其电势能一定减小。,2、是非题（并简要说明理由）,例2. A、B、C为电场中的三个点，已知B点电势为零.现将一电量q105C的正点电荷由A点移到C点电场力做功W18105J，将该电荷由C移到B电场力做功W22105J，试求A、C两点的电势.,场强、电势、电势能的计算,要点透析,四、等 势 面,1、定义：,电场中电势相等的点所组成的面为等势面,2、常见电场的等势面：相邻两个等势面的电势差相等,3、等势面的特点：,（1）同一等势面上各点电势相等任意两点间的电势差 为零,（1）电荷沿着等势面运动，电场力不做功,（3）处于静电平衡状态的导体是一个等势体，其表面为等势面,（2）等势面上各点的电势相等但电场强度不一定相等,（3）电场线跟等势面处处垂直，且由电势高的面指向电 势低的面,（2）任意两个等势面永不相交,4、有用结论：,说明：等势面也是人为绘出用来直观表示电场的一种数学工具。等势面相当于地理上的等高线,例3.如图示，在匀强电场E中，一个负电荷在外力作用下由A点运动到B点，则 （ ） A.外力与电场力对电荷做功之和等于 电荷电势能的增量与动能增量之和 B.外力对电荷所做的功等于电荷电势 能的增量与动能增量之和 C.外力和电场力对电荷做功之和等于 电荷动能的增量 D.电荷克服电场力所做的功等于电荷动能的增量 E.电荷克服电场力所做的功等于电荷电势能的增量,B C E,电场中的功能关系,B,E,A,F,例2如图所示，虚线a、b和c是某静电场中的三个等势面，它们的电势分别为a、b和c，且a bc一个带正电的粒子射人电场中，其运动轨迹如实线KLMN所示，由图可知 A粒子从K到L的过程中，电场力做负功 B粒子从L到M的过程中，电场力做负功 C粒子从K到L的过程中，电势能增加 D粒子从L到M的过程中，动能减少,要点透析,五、重要关系和结论,1、WAB=qUAB=AB,2、UAB=AB,3、A=qA= WA0,4、A=UA0,5、 UAB=EdAB,沿电场线的方向电势降低； 沿电场强度的方向电势降低最快。,以无限远为参考点，正电荷电场的电势为正；负电荷电场的电势为负；等量异种电荷连线的中垂线为一等势线，电势为零。,例4把一正电荷从电场中的M点移到P点，克服电场力做了810-9J的功，把另一个等量的负电荷从该电场中的N点移到P点，电场力做功为510-9J的功，设P点的电势为零，则可以判定 AM点的电势为正值BN点的电势为正值 CM点的电势比N点的低D正电荷从M点移到N点其电势能减少,【例2】将一电量为2108C的点电荷,从零电势点S移到电场中的M点,反抗电场力做功4108J,则M= ；若将该电荷从M点移到N点,电场力做功14108J,则N点电势N ；M、N两点电势差为 ,典例精析,解析：,M=W/q=4108/2108=2V由于是负电荷反抗电场力做功，所以是顺着电场线移动，M点电势为负所以M=2VN=14108/21087V,由于是电场力做功，所以负电荷是逆着电场线方向移动，N点电势比M点电势高7V，这样N点电势比S点高5V，所以 N5V,六、静电屏蔽：,（1）静电感应：,（2）静电平衡：,发生静电感应的导体两端感应出的电荷形成一附加电场，当附加电场与外电场完全抵消时，自由电荷的定向移动停止，这时的导体处于静电平衡状态。,要点透析,（3）处于静电平衡状态导体的特点：,导体内部的合场强处处为零；导体是一个等势体，表面是一个等势面；导体表面上任意一点的场强方向跟该点的表 面垂直。导体所带的净电荷全部分布在导体的外表面。,导体球壳(或金属网罩)内达到静电平衡后，内部场强处处为0，不受外部电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽。,（4）静电屏蔽,要点透析,外屏蔽：,一个不接地的空腔导体可以屏蔽外电场对其内部 的影响。,全屏蔽：,一个接地的空腔导体可以同时屏蔽内、外电场。,【例1】如图所示，匀强电场中的一组等势面，A、B、C、D相邻间距离为2cm，则场强 E ；离A点1.5cm的P点电势为 V,解析：,E=U/dABsin600=100 /3,UBpEdBPsin600,BP之间电势差为2.5V,由于PB， 所以 p=2.5 V,说明：在应用U=Ed公式时一定要注意d是沿着电场线方向的距离，或者说是两等势面间的距离,典例精析,二、规律的应用,【例2】如图所示,实线为匀强电场中的电场线，虚线为等势面,且相邻等势面间的电势差相等。一正点电荷在等势面A处的动能为20J,运动到等势面C处的动能为零。现取B等势面为零电势能面，则当此电荷的电势能为2J时的动能是 J.（不计重力和空气阻力）,解析：,设相邻等势面间的电势差为U，根据动能定理，电荷从等势面A运动到C的过程中qUAC020,电荷从等势面A运动到B的过程中 qUABEKB20,联立得EKB10J,又电荷仅受电场力在电场中运动时，根据运动定理： WABEKBEKA,根据电场力做功与电势能变化的关系 wABAB,联立得:AEKABEKB恒量,又在B点B0所以EK2010, 解出EK8J,典例精析,【例3】如图所示，A、B、C、D是匀强电场中一正方形的四个顶点，已知A、B、C三点的电势分别为A=15 V, B=3 V, C=3 V，由此可得D点电势D= 。,典例精析,9 V,【例4】某静电场沿x方向的电势分布如图所示，则（ ） A、在0 xl之间不存在沿x方向的电场 B、在0 xl之间存在着沿x方向的匀强电场 C、在x1x2之间存在着沿x方向的匀强电场 D、在x1x2之间存在着沿x方向的非匀强电场,解析：,在0 xl之间电势不变，即在0 xl之间等势，故在此方向无电场；,在x1x2之间电势随距离均匀减小，则在x1x2之间有沿x轴正方向的匀强电场，故A、C正确。,【例5】 质量为m、电量为q的质点,在静电力作用下以恒定速率v沿圆弧从A点运动到B点,其速度方向改变的角度为(弧度),AB弧长为s.则A,B两点间的电势差 UAB=_, AB弧中点的场强大小E=_.,解析：因为质点动能不变，所以电场力不做功，AB圆弧为点电荷的等势线， UA -UB=0,电场力提供向心力,mv2/r=qE,r=s /,E=mv2/qr= mv2 /qs,0,mv2/qs,典例精析,