物理：2.2电势与等势面 课件（鲁科版选修3-1）

欢迎进入物理课堂 第2节电势与等势面 课标定位学习目标 1 理解电势的概念 知道电势是反映电场能的性质的物理量 2 知道等势面的概念 能画出常见电荷的等势面 3 了解尖端放电现象 知道避雷针的原理 重点难点 理解电势的概念 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第2节电势与等势面 课前自主学案 课前自主学案 一 电势1 定义 电荷在电场中某点的 跟 的比值 叫做该点的电势 2 公式 3 单位 国际单位制中 电势的单位是 符号是V 1V 1J C 4 相对性 电场中各点电势的高低 与所选取的 的位置有关 一般情况下取 或 为零电势位置 伏特 零电势 无穷远 地球 电势能 电荷量 5 标矢性 电势是标量 只有大小 没有 但有 6 与电场线关系 沿电场线方向电势 思考感悟电势高的地方场强一定大吗 提示 不一定 电势和场强分别反映电场的能的性质和力的性质 二者不存在必然的联系 正 负 二 等势面1 定义 电场中电势 的点构成的面 2 特点 1 在同一等势面上移动电荷 电场力 2 等势面跟电场线处处 3 等势面不相交 4 电场线由 等势面指向 等势面 相等 不做功 垂直 高电势 低电势 3 几种常见电场的等势面 1 点电荷电场的等势面是一系列以点电荷为球心的同心球面 如图2 2 1中虚线所示 图2 2 1 2 等量异种电荷的电场的等势面 如图2 2 2 过两点电荷连线中点的 是一个等势面 图2 2 2图2 2 3 3 等量同种正电荷的电场的等势面 如图2 2 3 中垂面 4 匀强电场的等势面 是与电场线垂直的 间隔 且相互 的一簇平面 如图2 2 4 图2 2 4 相等 平行 三 尖端放电1 定义 带电较多的导体 在 部位 场强大到使周围空气发生 的现象 2 应用 避雷针是利用 的原理来防止雷击的 它的作用是可以中和云层中的部分电荷 更主要的是把云层中的电荷引入地下 尖端 电离而引起放电 尖端放电 核心要点突破 一 对电势的理解1 电势的特点 1 电势的相对性 电势是相对的 只有先确定了零电势的位置 才能确定其他点的电势 电场中某点的电势跟零电势位置的选择有关 实际问题中 常选取无限远处电势为零 还常取大地电势为零 2 电势的固有性电势 是表示电场能量属性的一个物理量 电场中某点处 的大小是由电场本身的条件决定的 与在该点处是否放着电荷 电荷的电性 电荷量均无关 这和许多用比值定义的物理量相同 如前面学过的电场强度E F q 3 电势是标量 电势是标量 只有大小 没有方向 电势有正 负 正值表示该点电势比零电势高 负值表示该点电势比零电势低 2 电势高低的判断方法 1 根据场源电荷判定 离场源正电荷越近 电势越高 正试探电荷的电势能越大 负试探电荷的电势能越小 离场源负电荷越近 电势越低 正试探电荷的电势能越小 负试探电荷的电势能越大 2 根据电场线判断 顺着电场线的方向 电势逐渐降低 正试探电荷的电势能减少 负试探电荷的电势能增加 逆着电场线的方向 电势逐渐升高 正试探电荷的电势能增加 负试探电荷的电势能减少 3 根据试探电荷判断 电场力对正电荷做正功时 正电荷由高电势 电势能大 的点 移向低电势 电势能小 的点 电场力对负电荷做正功时 负电荷由低电势 电势能大 的点 移向高电势 电势能小 的点 特别提醒 判断电势高低的方法有多种 常用电场线判断法 但要注意 沿场线趋势的方向电势也降低 沿场强方向是电势降落最快的方向 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 如图2 2 5所示 电子在一条电场线上从a点运动到b点 电势能增加 试判定a b两点电势高低 图2 2 5 解析 利用电场线的方向来判断 由于电势能增加 电场力一定做负功 即电场力方向和电荷运动方向相反 从b指向a 而负电荷受电场力的方向和场强方向相反 场强方向应是由a指向b 因此电场线的方向是从a指向b 顺着电场线的方向电势越来越低 a点电势比b点电势高 答案 a b 二 对等势面的理解1 等势面的特点 1 在等势面内任意两点间移动电荷 电场力不做功 2 在空间中两等势面不相交 3 电场线总是和等势面垂直 且从电势较高的等势面指向电势较低的等势面 4 在电场线密集的地方 等差等势面密集 在电场线稀疏的地方 等差等势面稀疏 5 等势面是为描述电场的性质而假想的面 6 等势面的分布与零电势点的选取无关 2 等势面的应用 1 由等势面可以判断电场中各点电势的高低及差值 2 由等势面可以判断静电力对移动电荷做功的情况 3 已知等势面的形状分布 可以绘制电场线 4 由等差等势面的疏密 可以比较不同点场强的大小 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 下列说法正确的是 在同一等势面上各点的电场强度必定相等 两等势面一定相互平行 若相邻两等势面间的电势差相等 则等势面密的地方电场强度大 沿电场强度的方向等势面的电势逐渐降低 A B C D 解析 选D 电场强度的大小和电势的大小没有明确的关系 错 如果电荷分布不均匀的等势体 其形成电场的等势面就不相互平行 错 相邻两等势面间电势差相等时 等势面密的地方 场强大 对 沿电场线的方向 电势逐渐降低 即等势面的电势逐渐降低 对 答案为D 三 电势与电势能 电场强度的比较1 电势 与电势能 p 的区别和联系 2 电场强度与电势的区别和联系 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 2011年济南高二质检 如图2 2 6所示 某区域电场线左右对称分布 M N为对称线上的两点 下列说法正确的是 A M点电势一定高于N点电势B M点场强一定大于N点场强C 正电荷在M点的电势能小于在N点的电势能D 将电子从M点移动到N点 电场力做正功 图2 2 6 解析 选A 沿电场线方向电势逐渐降低 M点电势一定高于N点电势 A对 因电场线越密的区域场强越大 由图可知N点场强大于M点场强 B错 由Ep q 可知 正电荷在M点的电势能大于在N点的电势能 C错 电子从M点移动到N点的过程中 受到的电场力与移动方向相反 电场力做负功 D错 2011年福安高二检测 如果把q 1 0 10 8C的电荷从无穷远处移到电场中的A点 需要克服电场力做功W 1 2 10 4J 求 1 q在A点的电势能和A点的电势各是多少 2 q未移入电场前A点的电势是多少 课堂互动讲练 2 A点的电势是由电场本身决定的 跟A点是否有电荷存在无关 所以q移入电场前 A点的电势仍然为1 2 104V 答案 1 1 2 10 4J1 2 104V 2 1 2 104V 方法总结 1 电势和电势能都具有相对性 与零势面的选取有关 计算时应先确定零势面 2 用 Ep q求电势时 可将各量的 直接代入计算 这样更方便些 在静电场中 把一个电荷量为q 2 0 10 5C的负电荷由M点移到N点 电场力做正功6 0 10 4J 由N点移到P点 电场力做负功1 0 10 3J 则M N P三点电势高低关系是 精讲精析 首先画一条电场线 如图2 2 7所示 在中间位置附近画一点作为M点 因为由M N电场力做正功 而负电荷所受电场力与场强方向相反 则可确定N点在M点左侧 由N P电场力做负功 即沿着电场线移动 又因1 0 10 3J 6 0 10 4J 所以肯定移过了M点 即P点位于M点右侧 这样 M N P三点电势的高低关系是 N M P 图2 2 7 答案 N M P 方法总结 判定电势高低的方法较多 但用电场线方法判断电势高低简单明了 是常用的思路之一 虽然判断的点不一定位于同一条电场线上 但完全可以假设其处于同一条电场线上 根据电场力做功情况确定电场线方向 电势高低的关系便一目了然了 如图2 2 8所示 虚线同心圆是一簇某静电场中的等势面 其电势分别是 a b和 c 一带正电粒子射入电场中 运动轨迹如图中实线KLMN所示 由图可知 A 粒子从K到L的过程中 静电力做正功 电势能减少 图2 2 8 B 粒子从L到M的过程中 静电力做负功 电势能增加C a b cD a b c 自主解答 由等势面的分布规律可知 该电场为点电荷的电场 由运动轨迹可知 运动的正电荷跟场源电荷的相互作用规律是排斥 所以场源电荷是正电荷 根据电场线与等势面垂直 得电场的分布是发散状辐射向外的 正电荷从K到L受静电力的方向背离圆心 与移动方向相反 做负功 电荷的电势能增加 选 项A错误 从L到M 可看做从跟轨迹有交点的同一等势面的点到M 受到的静电力与移动方向相同 静电力做正功 电荷的电势能减少 选项B错误 根据电场线的方向是电势降低的方向可知选项D正确 答案 D 变式训练如图2 2 9所示 实线表示一簇关于x轴对称的等势面 在轴上有A B两点 则 A A点场强小于B点场强B A点场强方向指向x轴负方向C A点场强大于B点场强D A点电势低于B点电势 图2 2 9 解析 选A 由于电场线与等势面总是垂直 所以B点电场线比A点密 B点场强大于A点场强 故A正确 C错误 电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面 故B错误 由图中数据可知D错误 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全