2013高考一轮复习优秀课件：电场力的性质第二单元第3课时.ppt

第二单元电场能的性质第3课时电势电势差电势能 选修3 1第七章电场 基础回顾 考点一电势与电势差 1 电势差UAB 1 定义 电荷在电场中由一点A移到另一点B时 所做的功WAB跟 的电荷量的比值WAB q 叫做A B两点间的电势差 也叫电压 用UAB表示 2 定义式 UAB 3 单位 1V 1J C 4 电势差是 但有正负 正负表示电势的高低 2 电势 1 定义 在电场中选定一个标准位置 那么电场中某点跟这个标准位置的电势差叫该点的电势 在数值上等于把 从某点移动到 零电势点 时电场力所做的功 2 定义式 A UA0 3 单位 4 电势是 但有正负 电势的正负表示该点电势比零电势高还是低 答案 1 1 电场力移动电荷 2 1 单位正电荷标准位置 3 伏特 V 4 标量 3 伏特 V 4 标量 要点深化 从能量的角度反映了电场的性质电场力做功WAB与q成正比 与A到B的路径无关 所以既与q无关 又与A B间的路径无关 由于功是能量转化的量度 因此是从能的角度反映了电场的性质 2 电场力做功有正负之分 电荷量也有正负之分 利用UAB 计算时 要注意到WAB q及UAB的正负 3 证明UAB UBA 设在电场中移动同一个电荷从A到B电场力做功WAB 从B到A电场力做功WBA 由于电荷回到出发点A 所以WAB WBA 0 由此可得 UAB UBA 2 电势的理解 1 电场中某点的电势是指这点和所选的零电势点的电势差 2 电势的高低是相对的 在讨论电势的大小时 首先必须选定某一位置的电势为零 否则讨论无意义 零点的选取是任意的 但一般在理论上取离场源电荷无穷远处为零电势位置 实际应用时 常取大地为零电势点 在孤立正点电荷形成的电场中 各点电势均为正值 即 0 在孤立的负点电荷形成的电场中 各点电势均为负值 即 0 3 由电势的定义不难得出 电场中某点的电势在数值上等于单位正电荷由该点移至零势点时电场力做的功 这说明 当电场中某点的位置和零电势点确定后 这一点的电势就确定了 与该点有无检验电荷无关 即电势的大小是由电场本身和零电势位置决定 但电势差却与零电势点的选取无关 4 沿电场线的方向电势越来越低 场强的方向是电势降落最快的方向 5 UAB A B 两点间的电势差等于两点电势的差 基础回顾 考点二电势能 1 定义 电荷在电场中所具有与电荷 有关的能量叫电荷的电势能 2 单位 焦耳 J 3 电势能是 4 特点 1 是电荷与所在电场所共有的 即属于 的电势能 2 电势能与零势能参考点的选取有关 通常取无穷远处或 的电势能为零 答案 1 位置3 标量4 1 系统 2 大地 要点深化 1 电势与电势能的关系电势的大小取决于场源电荷和该点的位置 数值上等于单位正电荷在该点具有的电势能 与检验电荷q无关 电荷在电场中某点所具有的电势能的大小 不仅与电势大小有关 而且与检验电荷的电荷量大小 正负都有关系 即Ep q 2 电场力做功与电势能 电势差的关系电场力对电荷做功会引起电势能的变化 在电场中移动电荷时 如果电场力对电荷做正功 电势能就减少 如果电场力对电荷做负功 电势能就增加 电势能的变化总等于电场力对电荷所做的功 在电场中A B两点间移动电荷时 电场力做的功WAB等于电荷量q与A B间电势差的乘积 WAB qUAB 此公式适用于任何电场 由于电场力是保守力 故它对电荷做功与路径无关 基础回顾 考点三等势面 1 定义 电场中 的各点构成的面叫等势面 2 在同一等势面上移动电荷 电场力 答案 1 电势相同2 不做功 要点深化 1 等势面的实质等势面是为了形象 直观地描述电场的场强分布和电势分布而假想的面 实际上并不存在 2 等势面的特点 1 在同一等势面上移动点电荷 电场力不做功 电荷的电势能不变 电场力做的功为零时 电荷不一定沿等势面移动 要点深化 2 等势面与电场线相垂直 3 等势面密的地方场强大 4 任意两个等势面都不会相交 5 电场线总是从电势高的等势面指向电势较低的等势面 3 常见电场的等势面 1 点电荷的等势面是一些同心球面 2 等量异种点电荷连线的中垂线所在的平面是一个等势面 其余等势面对称分布为双曲面 3 匀强电场的等势面为平行平面 等差等势面间距离相等 题型一电势高低的判断 1 根据电场线的方向来判断 1 沿着电场线的方向 电势逐渐降低 且沿电场线电势降低最快 2 在同一等势面上电势相等 电场线总是由电势较高的等势面指向电势较低的等势面 2 根据电势差的定义UAB 若UAB 0 则A点电势比B点电势高 若UAB 0 则A点电势比B点电势低 如右图所示 在等量正电荷连线的中垂线上取A B C D四点 A D两点与B C两点均关于O点对称 令各点电势分别为A B C D 则下列说法正确的是 A A B C DB ADC A D B CD A C B D 点评 1 等量正点电荷连线的中垂线上 中点电势最高 2 等量负点电荷连线的中垂线上 中点电势最低 3 等量异种点电荷连线的中垂线是等势线 取无穷远处电势为零 中垂线上各点电势为零 解析 等量正点电荷连线的中点O处合场强为零 中垂线O上方合场强沿中垂线向上 下方合场强沿中垂线向下 因 沿场强方向电势降低 可判断A错 B对 电势是标量 由对称性可知C对 D错 本题还可以根据等量正点电荷等势面的分布情况 结合等势面与电场线的关系判断 答案 BC 题型训练 1 如右图所示 P Q是两个电荷量相等的异种电荷 在其电场中有a b c三点在一条直线上 平行于P Q的连线 b在P Q连线的中垂线上 a b c分别表示a b c三点的电势 Ea Eb Ec分别表示a b c三点的场强大小 下列说法正确的是 A a b cB a c bC Ea Eb EcD Eb Ea Ec 解析 从a到b和从b到c 电场力对正电荷均做正功 所以a到b到c的电势能逐渐变小 电势是标量 叠加遵从代数加减法则 根据正电荷产生的电势为正 负电荷产生的电势为负 电势大小与电荷多少及距离有关 b点到正 负电荷距离一样远 所以电势为零 所以a b c 根据等量异种电荷电场线分布可知Eb Ea Ec 但应注意三处场强方向不同 答案 A 题型二电场力做功与电势差 电势能的关系 一带电荷量为q 3 10 6C的点电荷 从电场中A点移到B点时 克服电场力做功6 10 4J 从B点移动到C点时 电场力做功9 10 4J 则 A AB间电势差为UAB 200VB BC间电势差为UBC 300VC 电荷在B点的电势能大于在A点的电势能D 若以B点电势为零 则电荷在C点的电势能为EC 9 10 4J 解析 电荷从A点移动到B点时 电场力做功为WAB 6 10 4J 根据电势差的计算公式 有 300V 故A正确B错误 由于电荷从A点移到B点时克服电场力做功 电势能增加 故电荷的在B点的电势能大于在A点的电势能 C正确 设B 0 根据UBC B C 解得C UBC 300V 所以电荷在C点电势能EC qC 9 10 4J D错误 答案 AC 点评 首先在计算电势差和电势的时候都要注意做功 电荷量的正 负性 其次从电势差确定电势一定要有零势点的选取说明 再次 要利用电场力做功的性质来判断电势能的变化或高低 题型训练 2 如右图所示的匀强电场E的区域内 由A B C D A B C D 作为顶点构成一正方体空间 电场方向与面ABCD垂直 下列说法正确的是 A A D两点间电势差UAD与A A 两点间电势差UAA 相等B 带正电的粒子从A点沿路径A D D 移到D 点 电场力做正功C 带负电的粒子从A点沿路径A D D 移到D 点 电势能减小D 带电的粒子从A点移到C 点 沿对角线AC 与沿路径A B B C 电场力做功相同 解析 电场力的方向与面ABCD垂直 所以面ABCD是等势面 A D两点的电势差为0 又因A A 两点的电势差不为0 所以选项A错 带正电的粒子从A点到D电场力不做功 而由D D 电场力做功 所以选项B正确 同理 带负电的粒子从A点沿路径A D D 移到D 点 电场力做负功 电势能增大 选项C错 由电场力做功的特点得选项D也正确 答案 BD 题型三等势面的理解与应用 a b c d为某一电场中的等势面 一带负电粒子飞入电场后只在电场力作用下沿M点到N点 见右图 的虚线运动 不计粒子的重力 由图可知 A M点处的电场强度大于N点处的电场强度B 带电粒子在N点的速度比在M点处的速度大C 带电粒子在N点处的电势能比在M点处的电势能大D 四个等势面电势关系为a b c d 解析 先根据电场线与等势线的关系作得如右图所示的电场线 由此可知 M点处的电场线比N点处的电场线密 电场强度大 由此看出 等势线密的地方电场线也密 故A正确 在M点画轨迹的切线为带电粒子的速度方向 由于轨迹要处于电场力 与速度所夹的角度内 故电场力必须沿M点上的电场线向右 由此可知粒子运动至N点电场力做负功 电势能增加 则动能减小 速度减小 选项B错C对 又因为移动的是负电粒子 则电势将减小 四个等势面电势关系为a b c d D错误 答案 AC 点评 从等势面的分布可以分析电势和电场强度的分布 从而可以确定电荷的加速度的变化 速度的变化 电场力所做的功 电势能的变化等 分析这类问题的关键是从等势面画出电场线 将电场强度的电势分布统一起来 题型训练 3A 2011年广州一模 如图 在正点电荷Q形成的电场中 AD BC是以Q为圆心的两段圆弧 正点电荷q沿移动则该电荷q A 沿BC运动时不受电场力作用B 沿DA运动时电场力不做功C 在B点时的电势能比在D点时小D 在A点时受到的电场力比在C点时小 BC 3B 如图所示 实线是一个电场线 虚线是一个负检验电荷在这个电场中的轨迹 若电荷是从a运动到b处 以下判断正确的是 A 电荷从a点到b加速度减小B b处电势能大C b处电势高D 电荷在b处速度小 3 解析 由图可知b处电场线比a处电场线密 说明b处场强大于a处场强 根据牛顿第二定律 检验电荷在b点的加速度大于a处的加速度 A选项错 电荷做曲线运动 必受到不等于零的合外力 且F方向应指向运动轨迹的凹向 因为检验电荷带负电 所以电场线指向从疏到密 再利用 电场线方向为电势降低最快的方向 判断a b处电势高低关系是Ua Ub C选项不正确 根据检验电荷的位移与所受电场力的夹角大于90 可知电场力对检验电荷做负功 功是能量变化的量度 可判断由a b电势能增加 B选项正确 又因电场力做功与路径无关 系统的能量守恒 电势能增加则动能减小 即速度减小 D选项正确 答案 BD 警示混淆电势与电势差的概念 将一电荷量为q 2 10 6C的点电荷从电场外一点移至电场中某点A 电场力做功4 10 5J 求A点的电势 错解 电场力做功W qU 得U V 20V 所以可得A点电势为20V 分析纠错 错误混淆了电势与电势差两个概念间的区别 在电场力的功的计算式W qU中 U是指电场中两点间的电势差而不是某点电势 解法一设场外一点P电势为P且P 0 从P A 电场力的功W qUPA 所以W q P A 即4 10 5 2 10 6 0 A 得A 20V 解法二设A与场外一点P的电势差为U 由W qU 所以U V 20V 设UP 0 所以 20V因为电场力对正电荷做正功 必由高电势移向低电势 所以A 20V答案 20V点评 公式W qU有两种用法 1 当电荷由A B时 写为W qUAB q UA UB 强调带符号用 此时W的正 负直接与电场力做正功 负功对应 如 解法一 2 W q U三者都取绝对值运算 如 解法二 但所得W或U的正负号需另做判断 祝 您 学业有成