研究电场的能的性质ppt课件

2.2研究电场的能的性质,1,1、功的计算：W=F*S*cos,2、重力做功的特点：,(1)与路径无关,由初末位置的高度差来决定.,(2)重力做功WG与重力势能变化的关系,(3)重力势能是相对的,须选定零势能参考面,功是能量转化的量度！,重力做正功，重力势能减少；重力做负功，重力势能增加 WG=EPA-EPB=-EP, 重力对物体做的功等于物体重力势能的减少量。,复习：,2,研究电场的能的性质（一）,一. 电场力做功与功能关系,WAB=FL=qEL,A-B,A-C-B,WACB=WAC+WCB =qEACccos+0 =qEL,可见： WAB=WACB,3,【例题】如图，质量为m、带电量为+q的带电小球，用长为L的绝缘细线悬挂在水平方向的场强为E的匀强电场中，将悬线拉至水平释放小球沿着弧线摆过600到达B点。 求：从A 到B电场力所做的功,4,二、研究电荷在电场中的功能关系 我们知道：重力做功与路径无关；物体在重力场中具有重力势能重力做功的结果引起物体重力势能的变化。如今电场力做功也与路径无关可以推知电荷在电场中也具势能，电场力做功也变然引起电势能的变化,5,研究电场的能的性质（一）,【理论探究.1】电场力做功的特点,只与始末位置有关，与经过的路径无关。 所以，电场力是保守力（如重力）， 有对应的势能电势能EP,电荷在电场中具有的势能叫做电势能,6,可见：EPA=WG=EPA-EPB (EPB=0),【理论探究.2】电荷在电场中的功能关系 1、物体在重力场中重力做功与重力势能变化的关系,h1,h2,mg,A,B,注：取B点为零势能参考平面,7,WE=EPA-EPB,【理论探究.2】电荷在电场中的功能关系,电势能为一个相对量，其大小跟零电势能位置的选择有关，如取B点的电势能为零，则 EPA=WE=EPA-EPB ( EPB=0),8,【说明】 电场力的功与移动的电荷有关，所以不能用来描述电场本身的性质。 怎样寻求描述电场本身的能量性质的物理量呢？,结论：电场力作正功(F与S的夹角小于90），电势能减小； 电场力作负功(F与S的夹角大于90） ，电势能增大。,所以：,因为：,WAB=EPA-EPB=qEL UAB=WAB/q=(EPA-EPB)/q= EL,9,二.电势差 电场力的功与所移动的电荷的电量的比值，叫做电场中A、B两点的电势差。 即 UAB=WAB/q=(EPA-EPB)/q,【说明】 1.电势差与移动的电荷无关，它只反映了电场自身的性质； 2.在国际单位制中，电势差的单位：伏特 ( V ) 3.电势差即电压； 4.若已知电场中两点的电势差UAB，则,10,正电荷从A点移到B点时,电场力做正功,电荷的电势能减少.,正电荷从B点移到A点时, 电场力做负功,即电荷克服静电力做功,电荷的电势能增加.,如果是负电荷情况相同,11,【例题】如图所示，把负电荷分别放在C、D两点，它在哪点的电势能较大？,【答案】D,【例题】一个电量为2.0108C的点电荷，在电场中A、B两点之间移动的过程中，电场力做功8106J，如果在A点处该电荷具有1.410 5J的电势能，则它在B点处的电势能为多少？这两点间的电势差为多少？,【答案】 EPB=6106J UAB=400V,12,同一个物体放在不同高处重力势能不同，因为高度不同；不同物体放在同一高度重力势能也不同。但物体的重力势能与物体的重力之比Ep/mg=h是一定的，称为高度。 我们从电场力做功与电势能变化的关系，可以推知同一电荷在电场中不同位置上的电势能不同，不同电荷在电场中同一位置上的电势能也不同，但不同电荷在电场中同一位置上的电势能与其电量之比是一定的，即Ep1/q1 =Ep2/q2= Ep3/q3 、 这个比值仅由电场决定而跟放在该处的电荷无关，可见这个比值可以客观的反映电场能的性质。,13,14,15,三.电势 电势差即电势之差。即,若选择电场中的B点为电势参考点，即规定B点的电势为零，则电场中任意一点A的电势，数值上等于把单位正电荷从A点移动到B点电场力所做的功。 UA=WA/q,【例题】如图所示，A、B、C是电场中的三点，将1C的正电荷分别从A、C移动到B时，电场力所做的功分别为10J、-5J，以B为电势参考点，则A、C两点的电势分别为多少？,【答案】10V、-5V,16,【例题】在Q电荷的电场中的A点放一电量为q 的正电荷，若它从A移动到B，则电场力作正功还是负功?并比较A、B两点的电势能。若把它分别从A、B两点移到无穷远处呢？。,【例题】在Q电荷的电场中的A点放一电量为q 的负电荷，若它从A移动到B，则电场力作正功还是负功?并比较A、B两点的电势能，电势的关系。,【结论】 1.电场力作功、电势能与移动的电荷和电场都有关； 2.电势只与电场有关，与移动的电荷无关。 3.沿电场线方向，电势逐渐降低。,17,【例题】在Q电荷的电场中的B点放一电量为q的正电荷，若它从B移动到A，则电场力作正功还是负功?并比较A、B两点的电势能，电势的关系。,【例题】在Q电荷的电场中的B点放一电量为q的负电荷，若它从B移动到A，则电场力作正功还是负功?并比较A、B两点的电势能，电势的关系。,【结论】 1.电场力作功、电势能与移动的电荷和电场都有关。 2.电势只与电场有关，与移动的电荷无关。 3.沿电场线方向，电势逐渐降低。且沿电场线方向为电势降落最快的方向,18,19,【典例3】如图所示，A、B两平行金属 板间的匀强电场的场强E=2105 V/m， 方向如图所示.电场中a、b两点相距 10 cm，ab连线与电场线成60角，a点距A板2 cm，b点距B板3 cm，求： (1)电势差UAa、Uab和UAB； (2)用外力F把电荷量为110-7 C的正电荷由b点匀速移动到a点，那么外力F做的功是多少？,20,四、等势面,1、定义：电场中电势相同的各点构成的面,2、等势面与电场线的关系：,（1）电场线与等势面垂直，并且由电势高 的等势面指向电势低的等势面,问题：等势面能相交、相切吗？,（2）等差等势面越密的地方，电场强度 E越大 3、几种等势面的分布,21,点电荷等势面的分布特点 1、在以点电荷为中心的同心球面上.电势处处相同。 2、正点荷离点电荷越远电势越低，越近越高;负点荷离点电荷越远电势越高，越近越低. 3、电场线垂直于等势面沿半径方向,22,匀强电场的等势面的特点,是一族垂直于电场线的平面，且等差等势面间相邻等势面间等间距。,注意：沿着同一条直线，电势均匀减小。,新新学案21页第3题。,23,24,等量异种点电荷等势面的分布特点,3、以中垂线（面）为界，在正电荷一侧电势大于零，越接近正电荷电势越高；负电荷一侧电势小于零，越接近负电荷电势越低。,1、连线的中垂线上电势为零（为什么？）,2、连线上以中垂线（面）为界，连线与中垂线交点处电势为零（但电场强度不为零）；正电荷一侧，电势大于零，负电荷一侧电势小于零,25,等量同种正点电荷等势面的分布特点,3、以中垂线、两点电荷连线为对称的点电势相等，且均大于零。,1、两点电荷连线上中点电势最小，从中点向两侧越接近点电荷电势越高，场强为零。,2、中垂线上，从中点向两侧电势逐渐渐小，而中点电势最大。,新新学案19页例1、例2,26,27,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 、 和 ，一带正电粒子射入电场中，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,例1：,28,例2：有一电场的等势面分布如图所示，一个质子进入电场向右运动，经过等势面a时质子的动能为500eV，那么它经过等势面e时动能多大？,【答案】300eV,29,1.某静电场的电场线分布如图所示，图中P、Q两点的 电场强度的大小分别为EP和EQ,电势分别为 P和 Q， 则( ),当堂训练：,30,A.EPEQ, P Q B.EPEQ, P Q D.EPEQ, P Q 【解析】选A.由于P点电场线比Q点密，故EPEQ,电场 线方向由P指向Q，沿电场线方向电势越来越低，故 P Q,故A正确，B、C、D错误.,31,2.(2011杭州高二检测)下列关于静电场的说法中正确的是( ) A.场强为零处,电势不一定为零;电势为零处,场强不一定为零 B.正电荷只在电场力作用下,一定从高电势向低电势运动 C.在点电荷形成的电场中没有场强完全相同的两点,但有电势相等的两点 D.初速度为零的正电荷在电场力作用下一定沿电场线运动,32,【解析】选A、C.场强和电势是分别从力和能的角度描述电场的物理量,二者并无直接联系,A对.正电荷只在电场力作用下不一定沿电场线方向运动,还与初速度及电场线的分布形式有关,B、D错.在点电荷形成的电场中,以点电荷为球心的同一个同心球面上各点的场强大小相等,但方向不同,而各点的电势相同,故C对.,33,3.关于等势面下列说法正确的是( ) A.电荷在等势面上移动时不受电场力作用，所以不做功 B.等势面上各点的场强相等 C.等差等势面越密的地方，场强越大 D.在负的点电荷形成的电场中，电场线由低等势面指向高等势面,34,【解析】选C.电荷在等势面上移动时受电场力作用，只是电场力与运动方向垂直，所以电场力不做功，故A错；等势面的疏密表示电场的强弱，等差等势面越密表示场强越大，故C对；但同一等势面上电场线疏密及方向可以不同，场强不一定相同，故B错；在任何电场中电场线都是由高电势指向低电势，故D错.,35,4.如图所示，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点电势高于B点电势,36,【解析】选A、D.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正确.,37,