教科版選修31 第一章 4 電勢能 電勢與電勢差 課件（51張）.ppt

第一章靜電場 4電勢能電勢與電勢差 1 知道電場力做功的特點 掌握電場力做功與電勢能變化的關系 2 理解電勢能 電勢 電勢差的概念 掌握電勢差的計算公式 3 知道什么是等勢面 并能理解等勢面的特點 學習目標 內容索引 知識探究 題型探究 達標檢測 知識探究 1 一 電場力做功的特點 圖1 a b c 分別表示勻強電場 場強為e 中的 q0電荷沿不同路徑從a到b 圖1 1 計算 a b c 三種情況下電場力做的功分別是多少 答案 a 中電場力做的功w q0ed b 中在線段ac上電場力做的功w1 q0e ac cos q0ed 在線段bc上做的功w2 0 總功w w1 w2 q0ed c 中在垂直于電場方向的各線段上電場力不做功 在沿著電場方向的各線段上電場力做功之和為w q0ed 2 通過計算你發(fā)現(xiàn)了什么 通過計算發(fā)現(xiàn) 在勻強電場中沿不同路徑由a運動到b 電場力做功相同 說明電場力做功與路徑無關 只與移動電荷的電荷量以及起點和終點的位置有關 答案 1 電場力做功的特點 電場力對某電荷所做的功 與該電荷的電荷量 選填 有關 或 無關 與電荷經過的路徑 選填 有關 或 無關 該結論在任何電場中均成立 2 電場力做功與 做功相似 只要初 末位置確定了 移動電荷q做的功就是確定值 有關 無關 重力 判斷下列說法的正誤 1 電荷從電場中的a點運動到b點 路徑不同 電場力做功的大小就可能不同 2 電荷從電場中的某點開始出發(fā) 運動一段時間后 又回到了該點 則電場力做功為零 3 正電荷沿著電場線運動 電場力對正電荷做正功 負電荷逆著電場線運動 電場力對負電荷做正功 4 在勻強電場中 電場力做功與路徑無關 在非勻強電場中 電場力做功與路徑有關 1 物體從高處向低處運動 重力做什么功 物體的重力勢能如何變化 重力做功和物體的重力勢能變化有什么關系 二 電勢能 重力做正功重力勢能減少wg ep1 ep2 答案 2 正電荷順著電場線移動 電場力做什么功 電荷的電勢能如何變化 負電荷順著電場線移動 電場力做什么功 電荷的電勢能如何變化 電勢能的變化與電場力做功有什么關系 電場力做正功電勢能減少電場力做負功電勢能增加w電 ep1 ep2 答案 1 電勢能 電荷在靜電場中也具有勢能 這種勢能叫做 用符號 表示 2 電場力做功與電勢能變化的關系 wab 即電場力做正功 電勢能 電場力做負功 電勢能 3 電荷在某點的電勢能 等于把它從這點移動到 位置時靜電力做的功 4 電勢能具有相對性電勢能零點的規(guī)定 通常把電荷在離場源電荷 處或把電荷在大地表面上的電勢能規(guī)定為零 電勢能 ep epa epb 減少 增加 無窮遠 無限遠 判斷下列說法的正誤 1 電場力做正功 電荷的電勢能減少 電場力做負功 電荷的電勢能增加 2 正電荷和負電荷沿著電場線運動 電勢能均減少 3 確定電荷在某點的電勢能應先規(guī)定零勢能點 4 因電勢能有正負之分 所以電勢能是矢量 1 在圖1中將電荷量分別為q 2q的電荷分別從a點移到b點 兩電荷電勢能的變化是否相同 電勢能的變化與電荷量的比值是否相同 這個比值與電荷量有關嗎 三 電勢與電勢差 答案 圖1 電勢能的變化epa epb wab eqlcos 與電荷量q成正比 故兩電荷電勢能的變化不同 但電勢能的變化與電荷量的比值定值 與電荷量q無關 只與a b兩點位置有關 2 若取b點為零勢能點 兩電荷在a點的電勢能分別為多大 電勢能與電荷量的比值分別為多大 兩電荷在a點的電勢能epa分別為qelcos 2qelcos 雖然電勢能不同 但與電荷量的比值相同 都為elcos 答案 1 電勢 1 定義 電荷在電場中某一點的 與它的 的比值 2 表達式 單位為 符號為 電場中某點的電勢與檢驗電荷q 取決于電場本身 3 電勢是 量 只有大小 沒有方向 但有正負之分 電勢為正表示比零電勢 電勢為負表示比零電勢 4 零電勢點選取原則 一般選 或 為零電勢點 只有選取了零電勢點才能確定某點的電勢大小 5 沿電場線方向 電勢逐漸 電荷量 電勢能 伏特 v 低 無關 標 降低 無窮遠處 大地 高 2 電勢差 電場中兩點電勢的差值 1 電勢差的計算公式 uab uba uab uba 2 電場力做功與電勢差的關系 wab 或uab 3 電場中兩點間的電勢差與零電勢點的選擇 選填 有關 或 無關 4 電勢差是 若uab為正值 則a點的電勢比b點的電勢 若uab為負值 則a點的電勢比b點的電勢 5 電勢差的單位和電勢的單位相同 均為 符號是 b a a b quab 低 無關 標量 伏特 高 v 判斷下列說法的正誤 1 電勢有正負之分 因而是矢量 2 電荷在電勢高處具有的電勢能大 3 沿電場線方向電勢降低 與試探電荷的電性無關 4 電勢差與電勢一樣 是相對量 與零電勢點的選取有關 5 a b兩點的電勢差是恒定的 與零電勢的選取無關 所以uab uba 1 類比地圖上的等高線 簡述什么是等勢面 四 等勢面 電場中電勢相等的各點構成的面 答案 2 當電荷從同一等勢面上的a點移到b點時 電荷的電勢能是否變化 電場力做功情況如何 不發(fā)生變化電場力不做功 答案 1 等勢面的特點 1 在等勢面上移動電荷時靜電力 2 電場線跟等勢面垂直 并且由電勢 的等勢面指向電勢 的等勢面 3 等勢面密的地方 電場強度較 等勢面疏的地方 電場強度較 4 任意兩個等勢面都不相交 強 不做功 低 弱 高 2 幾種常見電場的等勢面 如圖2所示 圖2 1 點電荷的等勢面是以點電荷為球心的一簇球面 2 等量異號點電荷的等勢面 點電荷的連線上 從正電荷到負電荷電勢越來越低 中垂線是一條等勢線 3 等量同號點電荷的等勢面 等量正點電荷連線的中點電勢最低 中垂線上該點的電勢最高 從中點沿中垂線向兩側 電勢越來越低 等量負點電荷連線的中點電勢最高 中垂線上該點的電勢最低 從中點沿中垂線向兩側 電勢越來越高 4 勻強電場的等勢面是垂直于電場線的一簇平行等間距的平面 2 題型探究 一 靜電力做功與電勢能變化的關系 1 靜電力做功的特點 1 靜電力做的功與電荷的起始位置和終止位置有關 但是與具體路徑無關 這與重力做功特點相似 2 靜電力做功的特點不受物理條件限制 不管靜電力是否變化 是否是勻強電場 是直線運動還是曲線運動 靜電力做功的特點不變 2 靜電力做功與電勢能變化的關系 1 wab epa epb 靜電力做正功 電勢能減小 靜電力做負功 電勢能增加 2 正電荷在電勢高的地方電勢能大 而負電荷在電勢高的地方電勢能小 例1將帶電荷量為6 10 6c的負電荷從電場中的a點移到b點 克服靜電力做了3 10 5j的功 再從b移到c 靜電力做了1 2 10 5j的功 則 1 電荷從a移到b 再從b移到c的過程中電勢能共改變了多少 wac wab wbc 3 10 5 1 2 10 5 j 1 8 10 5j 電勢能增加了1 8 10 5j 答案 解析 見解析 2 如果規(guī)定a點的電勢能為零 則該電荷在b點和c點的電勢能分別為多少 如果規(guī)定a點的電勢能為零 由公式得該電荷在b點的電勢能為epb epa wab 0 wab 3 10 5j 同理 c點的電勢能為epc epa wac 0 wac 1 8 10 5j 答案 解析 見解析 3 如果規(guī)定b點的電勢能為零 則該電荷在a點和c點的電勢能分別為多少 如果規(guī)定b點的電勢能為零 則該電荷在a點的電勢能為 epa epb wab 0 wab 3 10 5j c點的電勢能為epc epb wbc 0 wbc 1 2 10 5j 答案 解析 見解析 針對訓練1在電場中 把電荷量為4 10 9c的正點電荷從a點移到b點 克服靜電力做功6 10 8j 以下說法中正確的是a 電荷在b點具有的電勢能是6 10 8jb b點電勢是15vc 電荷的電勢能增加了6 10 8jd 電荷的電勢能減少了6 10 8j 電荷在電場中某點的電勢能具有相對性 只有確定了零勢能點 b點的電勢 電荷在b點的電勢能才有確定的數(shù)值 故選項a b錯誤 由于電荷從a點移到b點的過程中克服靜電力做功6 10 8j 故電荷電勢能應該是增加了6 10 8j 選項c正確 選項d錯誤 答案 解析 二 電勢 電勢差的理解與計算電勢和電勢差的比較 例2如果把電荷量為q 1 0 10 8c的電荷從無限遠處移到電場中的a點 需要克服靜電力做功w 1 2 10 4j 那么 1 q在a點的電勢能和a點的電勢各是多少 答案 解析 1 2 10 4j1 2 104v 靜電力做負功 電勢能增加 無限遠處的電勢為零 電荷在無限遠處的電勢能也為零 即 0 ep 0 由w a ep epa得epa ep w a 0 1 2 10 4j 1 2 10 4j再由 a 得 a 1 2 104v 2 q未移入電場前 a點的電勢是多少 答案 解析 1 2 104v a點的電勢是由電場本身決定的 跟a點是否有電荷存在無關 所以q未移入電場前 a點的電勢仍為1 2 104v 例3有一個帶電荷量q 3 10 6c的點電荷 從某電場中的a點移到b點 電荷克服靜電力做6 10 4j的功 從b點移到c點 靜電力對電荷做9 10 4j的功 問 1 ab bc ca間電勢差各為多少 答案 解析 見解析 解法一 先求電勢差的絕對值 再判斷正 負 uab 200v 因負電荷從a移到b克服靜電力做功 必是從高電勢點移到低電勢點 即 a b uab 200v ubc 300v 因負電荷從b移到c靜電力做正功 必是從低電勢點移到高電勢點 即 b c ubc 300v uca ucb uba ubc uab 300v 200v 100v 解法二 直接代取數(shù)值求 電荷由a移向b克服靜電力做功即靜電力做負功 wab 6 10 4j uab 200v ubc 300v uca ucb uba ubc uab 300v 200v 100v 2 如以b點電勢為零 則a c兩點的電勢各為多少 電荷在a c兩點的電勢能各為多少 答案 解析 見解析 若 b 0 由uab a b 得 a uab 200v 由ubc b c 得 c b ubc 0 300 v 300v 電荷在a點的電勢能epa q a 3 10 6 200j 6 10 4j 電荷在c點的電勢能epc q c 3 10 6 300j 9 10 4j 1 公式wab quab適用于任何電場 其中uab為電場中a b兩點間的電勢差 wab僅是電場力做的功 不包括從a到b移動電荷時 其他力所做的功 2 各物理量符號的處理方法 1 帶正 負號進行運算 把電荷q的電性和電勢差u的正負代入 功為正 說明靜電力做正功 電荷的電勢能減小 功為負 說明靜電力做負功 電荷的電勢能增大 2 只將絕對值代入公式運算 計算時 q u都取絕對值 算出的功也是絕對值 至于靜電力做的是正功還是負功 可以根據電荷的正 負及電荷移動的方向與電場線方向的關系進行判斷 3 公式wab quab中w與u的角標要對應 不要造成混亂 因為uab uba wab wba 1 電荷在等勢面上移動時 靜電力不做功 電荷的電勢能不變 2 由等勢面可以確定電場線 因為電場線總和等勢面垂直 已知等勢面的形狀分布 可以繪制電場線 從而確定電場大體分布 3 由等差等勢面的疏密 可以定性地確定場強的大小 等勢面較密處 場強較大 三 等勢面的特點及應用 例4關于靜電場的等勢面 下列說法正確的是a 兩個電勢不同的等勢面可能相交b 電場線與等勢面處處相互垂直c 同一等勢面上各點電場強度一定相等d 將一負的試探電荷從電勢較高的等勢面移至電勢較低的等勢面 電場力做正功 答案 解析 若兩個不同的等勢面相交 則在交點處存在兩個不同電勢數(shù)值 與事實不符 a錯 電場線一定與等勢面垂直 b對 同一等勢面上的電勢相同 但電場強度不一定相同 c錯 將一負電荷從電勢較高的等勢面移至電勢較低的等勢面 電場力做負功 故d錯 達標檢測 3 1 多選 關于電勢 下列說法正確的是a 電場中某點的電勢大小等于單位正電荷從該點移動到零電勢點時 電場力所做的功b 電場中某點的電勢與零電勢點的選取有關c 由于電勢是相對的 所以無法比較電場中兩點的電勢高低d 電勢是描述電場能的性質的物理量 4 1 2 3 答案 解析 4 1 2 3 由電勢的定義可知a正確 由于電勢是相對量 電勢的大小與零電勢點的選取有關 故b正確 雖然電勢是相對的 但電勢的高低是絕對的 故c錯誤 電勢與電勢能相聯(lián)系 它是描述電場能的性質的物理量 故d正確 a a點的電場強度比c點的小b 負電荷在a點的電勢能比在c點的電勢能大c 電荷沿等勢面ab移動的過程中 電場力始終不做功d 正電荷由a移動到c 電場力做負功 2 電場中等勢面如圖3所示 下列關于該電場描述正確的是 答案 圖3 4 1 2 3 解析 4 1 2 3 由等勢面與電場線密集程度的關系可知 等勢面越密集的地方電場強度越大 故a點的電場強度比c點的大 a錯誤 負電荷在電勢越高的位置電勢能越小 b錯誤 沿等勢面移動電荷 電場力不做功 c正確 正電荷由a移動到c 電場力做正功 d錯誤 故選c a 4 8 10 8jb 4 8 10 8jc 8 0 10 8jd 8 0 10 8j 3 如圖4所示為某靜電場等勢面的分布 電荷量為1 6 10 9c的正點電荷從a經b c到達d點 則從a至d 電場力對電荷做的功為 答案 解析 4 1 2 3 圖4 uad a d 40 10 v 30v 所以wad quad 1 6 10 9 30 j 4 8 10 8j 4 將一電荷量為 3