高中物理 第1章 第4节 第1课时 静电力做功的特点 电势能和电势课件 新人教版选修3-1.ppt

第一章静电场 第4节电势能和电势第1课时静电力做功的特点电势能和电势 1 通过讨论静电力对试探电荷做功 知道静电力做功与路径无关的特点 2 将静电力做功与重力做功进行类比 理解静电力做功与电势能变化的关系 认识电势能的相对性 3 知道电势的定义方法及其定义式 单位 要点一电场力做功的特点1 匀强电场中电场力做功的计算 如图所示 在场强为E的匀强电场中 将正电荷q从A移到B 若AB L 并且AB与电场线的夹角为 则电场力对电荷所做的功为W FLcos qELcos 2 电场力做功的特点静电场中 电场力做功只与移动电荷的电荷量以及起点和终点的位置有关 而与路径无关 判断电场力做正功还是做负功的方法判断电场力做功正负 一般有两种方法 1 根据电场力和位移方向的夹角判断 此方法常用于匀强电场中恒定电场力做功的判断 夹角为锐角做正功 夹角为钝角做负功 夹角为直角不做功 2 根据电场力和瞬时速度方向的夹角判断 此方法常用于判断曲线运动中变化电场力的做功 夹角为锐角做正功 夹角为钝角做负功 夹角为直角不做功 要点二电势能1 定义 由于移动电荷时静电力做功与移动的路径无关 电荷在电场中也具有势能 这种势能叫做电势能 用Ep表示 单位是J 2 静电力做功与电势能变化的关系 1 电场力对电荷做正功时 电荷电势能减少 电场力对电荷做负功时 电荷电势能增加 2 若用WAB表示电荷从A点移动到B点的过程中静电力做的功 EpA和EpB表示电荷在A点和B点的电势能 则有WAB EpA EpB 3 电势能的大小若规定电荷在B点电势能为0 则EpB 0 EpA WAB 即电荷在电场中某点处电势能的大小 等于把它从该点移动到零势能位置时静电力做的功 4 对电势能的理解 1 系统性 电势能由电场和电荷共同决定 属于电场和电荷系统所共有的 我们习惯说成电场中的电荷所具有的 2 相对性 电势能是一个相对量 其数值与零势能点的选取有关 因此确定电荷的电势能首先应确定参考点 也就是零势能点的位置 3 标量性 电势能是标量 有正负 无方向 电势能为正值表示电势能大于参考点的电势能 电势能为负值表示电势能小于参考点的电势能 5 电势能与重力势能的比较 电势能大小的判断 1 场源电荷判断法 离正场源电荷越近 正试探电荷的电势能越大 负试探电荷的电势能越小 离负场源电荷越近 正试探电荷的电势能越小 负试探电荷的电势能越大 2 电场线法 正电荷顺着电场线的方向移动时电势能逐渐减小 逆着电场线的方向移动时电势能逐渐增大 负电荷顺着电场线的方向移动时电势能逐渐增大 逆着电场线的方向移动时电势能逐渐减小 3 做功判断法 无论正 负电荷 电场力做正功 电荷的电势能减小 电场力做负功 电荷的电势能增大 要点三电势1 定义 电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值 叫做这一点的电势 用 表示 有的同学误认为根据电势 的定义式 与Ep成正比 与q成反比 辨析 与电场强度一样 电场中某点处 的大小是由电场本身的条件决定的 与在该点处是否放置电荷 电荷的电性 电荷量均无关 4 电势的相对性 电势是相对的 只有先确定了电势零点以后 才能确定电场中其他位置的电势 电场中某点的电势跟电势零点的选择有关 对不是无限大的带电体产生的电场 通常取无限远处的电势为零 在实际处理问题中 又常取大地电势为零 4 电势与电场线的关系 无论什么电场 沿电场线方向电势是逐渐降低的 且是电势降落最快的方向 5 电势能与电势的区别与联系 6 电势和电场强度的关系 如何比较电场中两点电势的高低 1 根据电场力做功判断 在两点间移动正电荷 如果电场力做正功 则电势降低 如果电场力做负功 则电势升高 在两点间移动负电荷 如果电场力做正功 则电势升高 如果电场力做负功 则电势降低 2 根据电场线确定 电场线的方向就是电势降低最快的方向 3 根据电荷电势能的变化 如果在两点间移动正电荷时 电势能增加 则电势升高 电势能减少 则电势降低 如果在两点间移动负电荷时 电势能增加 则电势降低 电势能减少 则电势升高 如果把q 1 0 10 8C的点电荷Q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 那么 1 Q在A点的电势能和A点的电势各是多少 2 Q在未移入电场前A点的电势是多少 分析 由W Ep EpA 可计算出EpA 根据A点的电势能可求出A点的电势 答案 1 1 2 10 4J1 2 104V 2 1 2 104V 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 变式训练1 1 解析 首先画一条电场线 如图所示 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 答案 N M P 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 A EP EQ P QB EP EQ P QD EP EQ P Q 解析 从图可以看出P点的电场线的密集程度大于Q点的密集程度 故P点的场强大于Q点的场强 因电场线的方向由P指向Q 而沿电场线的方向电势逐渐降低 所以P点的电势高于Q点的电势 故A正确 答案 A 方法总结 电场强度与电势的大小没有直接的关系 它们是从两个不同的角度描述电场性质的物理量 电荷在电场中某点受力大 该点场强大 电势不一定高 所以电场强度大的地方电势不一定高 电场强度等于0的地方电势不一定等于0 2014 洛阳二模 如图所示 Q1和Q2是两个电荷量大小相等的点电荷 MN是两电荷的连线 HG是两电荷连线的中垂线 O是垂足 下列说法正确的是 变式训练2 1 A 若两电荷是异种电荷 则OM的中点与ON的中点电势一定相等B 若两电荷是异种电荷 则O点的电场强度大小 与MN上各点相比是最小的 而与HG上各点相比是最大的C 若两电荷是同种电荷 则OM中点与ON中点处的电场强度一定相同D 若两电荷是同种电荷 则O点的电场强度大小 与MN上各点相比是最小的 与HG上各点相比是最大的 解析 若两电荷是异种电荷 则OM的中点与ON的中点电势不相等 正电荷周围的电势高 A选项错误 MN连线上中点O的电场强度最小 中垂线上O点的电场强度最大 B选项正确 若两电荷是同种电荷 根据对称性可知 OM中点与ON中点处的电场强度大小相等 方向相反 C选项错误 MN连线上中点O的场强为零 故D选项错误 答案 B 如图所示 在静电场中 一个负电荷q受到一个非静电力作用 由A点移动到B点 则下列说法正确的是 解析 根据动能定理 合外力对电荷所做的功等于电荷动能的增量 对电荷和电场组成的系统而言 非静电力是外力 非静电力对电荷做了多少正功 系统能量 电势能和电荷动能 就增加多少 根据静电力做功与电势能变化的关系及静电力对电荷做负功 得电荷克服静电力做功等于电荷电势能的增量 所以B C D对 答案 BCD 方法总结 1 明确研究对象与研究过程 2 对研究对象受力分析 明确物体受什么力作用 知道力做功所对应的能量变化问题 3 依据电场力做功 引起电势能的变化 重力做功引起重力势能的变化 而动能变化则取决于合外力做功 来判断各种能量是如何变化的 2014 盐城一模 如图所示 实线表示电场线 虚线表示带电粒子运动的轨迹 带电粒子只受电场力的作用 运动过程中电势能逐渐减小 它运动到b处时的运动方向与受力方向可能的是 变式训练3 1 解析 带电粒子在电场力作用下做曲线运动 根据曲线运动力和轨迹的关系可知 电场力指向轨迹的内侧 与电场线重合 方向向左 运动过程中电势能逐渐减小 根据功能关系可知 电场力做正功 粒子由C运动到a点 故D选项正确 ABC选项错误 答案 D 1 下列说法中正确的是 A 无论是正电荷还是负电荷 从电场中某点移到无穷远处时 电场力做的正功越多 电荷在该点的电势能就越大B 无论是正电荷还是负电荷 从电场中某点移到无穷远处时 电场力做的正功越少 电荷在该点的电势能越大 C 无论是正电荷还是负电荷 从无穷远处移到电场中某点时 克服电场力做功越多 电荷在该点的电势能越大D 无论是正电荷还是负电荷 从无穷远处移到电场中某点时 克服电场力做功越少 电荷在该点的电势能越大 解析 无穷远处的电势能为0 电荷从电场中某处移动到无穷远处时 若电场力做正功 电势能减少 到无穷远处时电势能减为0 电荷在该点的电势能为正值 且等于移动过程中电荷电势能的变化 也就等于电场力做的功 因此电场力做的正功越多 电荷在该点电势能越大 A正确 B错误 电荷从无穷远处移到电场中某点时 若克服电场力做功 电势能由零增大到某值 此值就是电荷在该点的电势能值 因此 电荷在该点的电势能等于电荷从无穷远处移到该点时 克服电场力所做的功 故C正确 D错误 答案 AC 2 2014 松江区一模 一点电荷 仅在电场力的作用下 沿直线由A点运动到B点的过程中 速率逐渐增大 下列判断正确的是 A 在此过程中 电荷所受电场力的方向总是由A指向BB 在此过程中 电荷的电势能逐渐增大C 线段AB间的各点 电场强度的方向都是由A指向BD 自A至B 电势逐渐降低 解析 点电荷仅在电场力的作用下 沿直线由A运动到B 则根据轨迹和受力的关系可知 电场力由A指向B 点电荷的电性未知 则电场强度方向未知 电势高低未知 故A选项正确 CD选项错误 速率逐渐增大 动能增大 根据能量守恒定律可知 电势能逐渐减小 B选项错误 答案 A 3 2014 闵行区一模 关于静电场 下列结论普遍成立的是 A 电场强度大的地方电势高 电场强度小的地方电势低B 电场中任意两点之间的电势差只与这两点的场强有关C 单位正电荷在电场中某点具有的电势能越大 该点的电势越高D 将正点电荷从场强为零的一点移动到场强为零的另一点 电场力做功一定为零 解析 电场强度从力的角度反映了电场的强弱 电势是从能量角度上描述电场的物理量 电场强度大小和电势高低没有直接关系 故A选项错误 电场中任意两点之间的电势差与两点的距离和电场强度有关 匀强电场中两点间的电势差等于电场强度乘以两点在电场方向上的投影距离 即U Ed 故B选项错误 根据电势能的定义式Ep q 可知 正电荷在电势高的地方电势能大 在电势低的地方电势能小 单位正电荷在电场中某点具有的电势能越大 该点的电势越高 故C选项正确 根据公式W qU可知 电场力做功与电荷量 两点间的电势差有关 初末位置的电势差为零 则电场力不做功 将正点电荷从电势为零的一点移动到电势为零的另一点 电场力做功一定为零 故D选项错误 答案 C 答案 B