2019春高中物理 第1章 静电场 4 电势能和电势课件 新人教版选修3-1.ppt

第一章 静电场 4电势能和电势 课前预习 1 特点在静电场中移动电荷时 静电力做的功与电荷的 位置和 位置有关 与电荷经过的路径 2 适用范围该结论对于匀强电场和非匀强电场均适用 静电力做功的特点 起始 终止 无关 1 概念电荷在 叫做电势能 可用Ep表示 2 大小电荷在某点的电势能 等于静电力把它从该点移动到 时所做的功 电势能 电场中的势能 零势能位置 3 与电场力做功的关系静电力做的功等于电势能的 用公式表示WAB 电场力做正功 电势能 电场力做负功 电势能 4 相对性电势能的数值大小与 的选取有关 通常把离场源电荷 或 的电势能规定为零 减少量 EPA EPB 减小 增加 零势能点 无穷远处 地球表面 电势 电势能 电荷量 伏特 4 特点 1 相对性 电场中各点电势的高低 与所选取的 的位置有关 2 标量性 电势是标量 只有大小 没有方向 但有 5 判断电势高低的办法 1 在电场中沿着电场线的方向 电势逐渐 2 在电场力作用下 静止的正电荷从 移向 电势零点 正负 降低 高电势 低电势 1 定义在电场中 叫做等势面 2 等势面特点 1 等势面上各点电势相等 在等势面上移动电荷电场力 2 等势面一定跟电场线 而且电场线总是由电势较高的等势面指向 的等势面 3 规定 画等势面时 相邻两等势面间电势差相等 这样 在等势面密处电场强度 在等势面疏处 电场强度 等势面 电势相等的点组成的面 不做功 垂直 电势较低 较大 较小 判一判 1 电势能既有正值 也有负值 是矢量 2 计算电势能时 不一定选取大地表面为零势能面 3 电场力做功是电势能变化的原因 电场力做正功 电势能增加 4 在电势越高的地方 同一正电荷的电势能越大 5 电场线与等势面可能不垂直 6 两个等势面可以相交 选一选 2017 北京市昌平区高二上学期期末 如图所示 电场中有A B两点 下列说法正确的是 A 场强EA EB 电势 A BC 将 q电荷从A点移到B点 电场力做负功D 将 q电荷分别放在A B两点时具有的电势能EpA EpB B 解析 沿着电场线电势降低 所以电势 A B 电场线越密的地方电场强度越大 所以场强EA EB 选项A错误 选项B正确 正电荷从A点移到B点 电场力对正电荷的作用力方向向右 做正功 选项C错误 根据Ep q 知 A点的电势高 则负电荷在A点的电势能小 选项D错误 综上本题选B 想一想 图中是电荷及物体周围的电场线和等势面的分布图 我们会发现图中等势面都不相交 为什么等势面不相交呢 解析 不同等势面电势不相等 若两等势面相交 则在交点处电势就有两个值 这与实际相矛盾 所以两等势面不相交 课内探究 我们知道重力做正功 物体的重力势能减小 其高度降低 如图甲 当重力做负功 物体的重力势能增大 其高度升高 如图乙 那么当电场力做正功 或负功 时 如图丙 其电势能又是怎样变化的呢 探究一对静电力做功 电势能的理解 1 提示 电场力做正功 或负功 时 其电势能减小 或增大 1 对静电力做功特点的理解 1 静电力对电荷所做的功 与电荷的初末位置有关 与电荷经过的路径无关 该结论适用于任何静电场 2 无论带电体在电场中做直线运动还是做曲线运动 无论带电体只受静电力作用还是受多个力作用 无论静电力做正功还是做负功 静电力做功的特点不变 2 电势能的特点 1 电势能是由电场和电荷共同决定的 属于电荷和电场所共有的 我们习惯上说成电荷的电势能 2 电势能是标量 有正负但没有方向 其正负表示大小 3 电势能是相对的 其大小与选定的参考点有关 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 电势能增减的判断方法 1 做功判断法无论正 负电荷 只要电场力做正功 电荷的电势能一定减小 只要电场力做负功 电荷的电势能一定增大 2 电场线判断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 4 电势能与重力势能的比较 解题指导 涉及到能量转化题时 要找准功能对应关系 如电势能的变化看电场力做的功 弹性势能的变化 看弹力做的功 机械能的变化 看重力以外的力做的功 动能的变化 看合外力做的功 对点训练1 2018 北京交大附中高二上学期期中 如图所示 在水平向右的匀强电场中有一绝缘斜面 斜面上有一带电金属块沿斜面滑下 已知在金属块滑下的过程中动能增加了12J 金属块克服摩擦力做功8 0J 重力做功24J 则以下判断正确的是 A 金属块带负电荷B 金属块克服电场力做功8 0JC 金属块的电势能减少4 0JD 金属块的机械能减少12J D 解析 根据动能定理可得 WG W电 Wf Ek 代入数据即可求得W电 4J 即金属块克服电场力做功4J 金属块的电势能增加4J 电场力做负功 金属受到的电场力向右 金属块带正电 故ABC错误 在该过程中金属块动能增加12J 重力势能减少24J 因此金属块的机械能减少12J 故D正确 如图所示为某示波管内的聚焦电场 实线和虚线分别表示电场线和等势线 观察图片请思考 顺着电场线的方向由c点到b点 电势如何变化 电场强度大的地方电势一定高吗 提示 电势逐渐降低 不一定 探究二对电势的理解 2 1 电势的特点 1 电势具有相对性 电势是相对的 电场中某点的电势高低与零电势点的选取有关 通常将离场源电荷无穷远处 或是地球表面选为零电势点 2 电势是标量 电势是只有大小 没有方向的物理量 在规定了电势零点后 电场中各点的电势可能是正值 也可能是负值 正值表示该点的电势高于零电势 负值表示该点的电势低于零电势 显然 电势的正负只表示大小 不表示方向 2 电势高低的判断方法 1 电场线法 沿电场线方向 电势越来越低 2 场源电荷判断法 离场源正电荷越近的点 电势越高 离场源负电荷越近的点 电势越低 3 电势能判断法 对于正电荷 电势能越大 所在位置的电势越高 对于负电荷 电势能越小 所在位置的电势越高 3 电势能与电势的区别与联系 C 解题指导 由题中所给信息正确判定点电荷Q所处的位置是解题的关键 对点训练2 多选 2016 河北石家庄市高二上学期期末 将一电荷量为 Q的小球放在不带电的金属球附近 所形成的电场线分布如图所示 金属球表面的电势处处相等 a b为电场中的两点 则 A a点的电场强度比b点的大B a点的电势比b点的高C 检验电荷 q在a点的电势能比在b点的大D 将检验电荷 q从a点移到b点的过程中 电场力做正功解析 电场线越密集 表示该处的电场强度越大 故a点的电场强度比b点的大 选项A正确 顺着电场线方向电势逐渐降低 故a点电势比b点的高 选项B正确 检验电荷 q从a点移到b点 电场力做负功 电势能增加 故选项C D错误 AB 如图所示是某电场的电场线和等势面 请问 1 哪些是电场线 哪些是等势面 两者有何关系 2 A点与B点哪一点的电势高 3 A点与C点哪一点的场强大 提示 1 实线是电场线 虚线是等势面 两者互相垂直 2 A点电势高 3 C点场强大 探究三对等势面的理解 3 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 几种常见的电场的等势面分布 特别提醒 1 已知等势面的情况时 可作等势面的垂线来确定电场线 并由 电势降低 的方向确定电场线方向 2 已知电场线时 可作电场线的垂线来确定等势面 并由 沿电场线方向电势降低 确定等势面的电势高低 AB 解题指导 根据电场线与等势面垂直的特点 判断出电场线的大致方向是解决该类问题的关键 解析 根据电场线与等势面垂直并指向电势低的等势面 可大致画出电场线的形状 粒子在静电力的作用下轨迹向下弯曲 根据曲线运动的特点 可以说明静电力指向轨迹内侧 与电场强度方向相反 所以粒子带负电 选项A正确 等势面先是平行等距 后变得稀疏 则电场先是匀强电场 后是非匀强电场 即静电力先不变 后变小 粒子的加速度先不变 后变小 选项B正确 从A到B静电力做负功 所以粒子的速度减小 选项C错误 静电力始终做负功 由功能关系可知 粒子的电势能始终增大 所以选项D错误 对点训练3 空间中P Q两点处各固定一个点电荷 其中P点处为正电荷 P Q两点附近电场的等势面分布如图所示 a b c d为电场中的4个点 则 A P Q两点处的电荷等量同种B a点和b点的电场强度相同C c点的电势低于d点的电势D 负电荷从a到c 电势能减少 D 解析 由电场的等势面分布图可判断P Q为等量异种点电荷 Q带负电 选项A错误 电场强度是矢量 a b两点的电场强度方向不同 选项B错误 根据等势面可画出电场线的分布 沿电场线方向电势降低 可判c点电势高于d点的电势 选项C错误 负电荷由a到c 电场力做正功 电势能将减少 选项D正确 素养提升 误区1 在电场强度越大的地方 同一个点电荷具有的电势能也越大 点拨 电场强度的大小与点电荷的电势能大小并无必然的联系 电场强度小的地方 所放点电荷的电势能可能大 误区2 电势能是一种能量 不可能为负值 点拨 电势能是相对量 在规定了电势能的零位置 例如A位置 后 如果某电荷在电场中B位置的电势能小于在A位置的电势能 则该电荷在B位置的电势能便是负值 误区3 比较电场强度大小的方法与比较电势能大小的方法相同 点拨 电场强度是矢量 比较电场强度的大小是比较其绝对值的大小 电势能是标量 比较电势能的大小与代数中比较大小的方法一样 CD 解析 由点电荷的电场线及等势面分布特点可知M N两点电场强度大小相等 但方向不同 A错误 由椭圆焦点到椭圆上点的距离可知 C点离A点比P点离A点远 故C点电势比P点电势低 B错误 由电势能Ep q 可知同一正点电荷在D点时的电势能高于在C点的电势能 C正确 因离正点电荷越远 电势越低 有 M N P C 所以将负点电荷由M沿MCPN移到N点 电场力先做负功再做正功 但总功为零 D正确