新教材同步輔導2023年高中物理第一章靜電場的描述第四節(jié)電勢能與電勢課件粵教版必修第三冊

第一章靜電場的描述學習目標STSE情境導學1．掌握電場力做功的特點并會求電場力做功．(重點)2．理解電勢的概念，并能用此解決相關(guān)問題．3．掌握電勢能及其特性并會求電勢能．(重點)4．掌握電場力做功與電勢能變化的關(guān)系，并能用此解決相關(guān)問題．(難點)5．了解等勢面的概念，知道在等勢面上移動電荷電場力不做功利用電場力做功與等高線類似，可以將礦石分離等勢面是電場中電勢相等的

各點組成的面

知識點一電場力做功在勻強電場中移動電荷時，電場力所做的功只與電荷的電量及其起點、終點的位置有關(guān)，與路徑無關(guān)，更多的研究表明，上述結(jié)論也適用于非勻強電場．知識點二電勢能1．定義：一個電荷在靜電場中的某一位置的勢能．2．電場力做功與電勢能的關(guān)系：WAB＝EpA－EpB．3．電勢能的單位是焦耳，簡稱焦，符號是J．知識點四等勢面1．定義．電場中電勢相同的各點構(gòu)成的面叫作等勢面．2．等勢面與電場線的關(guān)系．(1)電場線跟等勢面垂直．(2)電場線由電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面．1．如圖所示為某電場的一簇電場線，A、B兩點的電場強度分別用EA、EB表示，A、B兩點的電勢分別用φA、φB表示，則(

)A．EA<EB，φA>φBB．EA<EB，φA<φBC．EA>EB，φA>φBD．EA>EB，φA<φB解析：根據(jù)沿電場線方向電勢逐漸降低可知φA>φB，根據(jù)電場線的疏密程度表示電場強度的大小可知EA<EB，則B、C、D錯誤，A正確．故選A.答案：A2.如圖所示，圖中實線表示一勻強電場的電場線，一帶負電荷的粒子射入電場，虛線是它的運動軌跡，a、b是軌跡上的兩點，若粒子所受重力不計，那么正確的判斷是(

)A．電場線方向向下B．粒子一定從a點運動到b點C．a(chǎn)點電勢比b點電勢高D．粒子在a點的電勢能大于在b點的電勢能解析：無論粒子從a點或者從b點射入電場，由于運動軌跡向下彎曲，說明粒子受電場力方向向下，可判斷電場線的方向向上而不是向下，A錯誤；粒子既可以從a點運動到b點，也可以從b點運動到a點，B錯誤；由于順著電場線方向電勢降低，故有φa<φb，C錯誤；負電荷逆著電場線方向運動時電勢能減少，順著電場線方向運動時電勢能增加，因而粒子在a點的電勢能大于在b點的電勢能，D正確．答案：D3.如圖所示，實線表示某電場的電場線，虛線表示該電場的等勢面，下列判斷正確的是(

)A．1、2兩點的場強相等B．1、3兩點的場強相等C．1、2兩點的電勢相等D．2、3兩點的電勢相等解析：由電場線的疏密程度可以描述場強的大小可知，1、2兩點和1、3兩點的場強均不相同，A、B均錯誤；1、2兩點不在同一等勢面上，電勢不相等，2、3兩點在同一等勢面上，電勢相等，C錯誤，D正確．答案：D學習小結(jié)1．通過類比重力勢能知道靜電場中的電荷具有電勢能．2．電勢的概念采用比值定義法，知道電勢是電勢能的性質(zhì)的物理量探究一電場力做功與電勢能的變化1．電場力做功的特點．如圖所示，在電場中將電荷q從A點移到B點，沿著①②③不同的路徑，電場力做功相同，說明電場力做功與路徑無關(guān)，只由電荷的始末位置決定．2．電勢能．(1)概念：電荷在電場中所具有的勢能．(2)對電勢能的理解．①與重力勢能類似，電勢能在選取零勢能位置后，才能有絕對的大小．②一般選取無限遠或大地作為零勢能位置．3．電場力做功和電荷電勢能的變化關(guān)系．(1)電場力做正功，電勢能一定減少(電勢能轉(zhuǎn)化為其他形式的能)．(2)電場力做負功，電勢能一定增加(其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢能)．(3)電場力做功的多少，等于電勢能的變化：WAB＝EpA－EpB.【典例1】如圖所示，A、B為某電場線上的兩點，那么以下結(jié)論正確的是(

)A．把正電荷從A移到B，靜電力做正功，電荷的電勢能增加B．把負電荷從A移到B，靜電力做負功，電荷的電勢能增加C．把負電荷從A移到B，靜電力做正功，電荷的電勢能增加D．不論正電荷還是負電荷，從A到B電勢能逐漸降低解析：正電荷從A移到B，靜電力做正功，電勢能減少；負電荷從A移到B，靜電力做負功，電勢能增加，因此B正確．答案：B判定電勢能增減的方法做功判定法無論是哪種電荷，只要電場力做正功，電荷的電勢能一定減少；只要電場力做負功，電荷的電勢能一定增加電場線法正電荷順著電場線方向移動，電勢能一定減小，逆著電場線方向移動，電勢能一定增加；負電荷順著電場線方向移動，電勢能一定增加，逆著電場線方向移動，電勢能一定減小電性判定法同種電荷靠近時電勢能增大，遠離時電勢能減??；異種電荷靠近時電勢能減小，遠離時電勢能增大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解析：電荷在電場中某點的電勢能具有相對性，只有確定了零勢點，B點的電勢、電荷在B點的電勢能才是確定的數(shù)值，故選項A、B錯誤；由于電荷從A移到B的過程中是克服靜電力做功6×10－8J，故電荷電勢能應(yīng)該是增加了6×10－8J，選項C正確，選項D錯誤．答案：C2．如圖所示，有一帶電的微粒，在電場力的作用下沿曲線從M點運動到N點，則微粒(

)A．帶負電，電勢能增加

B．帶負電，電勢能減少C．帶正電，電勢能增加

D．帶正電，電勢能減少解析：由帶電微粒運動的徑跡可以看出帶電微粒受到的電場力指向徑跡凹側(cè)，即與電場方向相同，故帶電微粒帶正電，選項A、B錯誤；電場力對帶電微粒做正功，微粒電勢能減少，選項C錯誤，D正確．答案：D探究二電勢的理解和電勢高低的判斷1．對電勢的理解．(1)相對性：電勢是相對的，電場中某點的電勢高低與電勢零點的選取有關(guān)．通常將離場源電荷無窮遠處或地球表面選為電勢零點．(2)固有性：電場中某點的電勢大小是由電場本身的性質(zhì)決定的，與在該點是否放有電荷及所放電荷的電荷量和電勢能均無關(guān)．(3)標量性：電勢是只有大小、沒有方向的物理量，在規(guī)定了電勢零點后，電場中各點的電勢可能是正值，也可能是負值．正值表示該點的電勢高于零電勢；負值表示該點的電勢低于零電勢．顯然，電勢的正負只表示大小，不表示方向．2．電勢高低的判斷方法．(1)電場線法：沿電場線方向，電勢越來越低．(2)場源電荷判斷法：離場源正電荷越近的點，電勢越高；離場源負電荷越近的點，電勢越低．(3)電勢能判斷法：對于正電荷，電勢能越大，所在位置的電勢越高；對于負電荷，電勢能越小，所在位置的電勢越高．3．電勢與電勢能的比較．項目電勢φ電勢能Ep物理意義反映電場能的性質(zhì)的物理量電荷在電場中某點所具有的電勢能續(xù)上表相關(guān)因素電場中某一點的電勢φ的大小，只跟電場本身有關(guān)，跟試探電荷q無關(guān)電勢能大小是由點電荷q和該點電勢φ共同決定的大小電勢沿電場線方向逐漸下降，選定零電勢點后，某點的電勢高于0，為正值；某點的電勢低于0，為負值正電荷(＋q)電勢能的正負跟電勢的正負相同；負電荷(－q)電勢能的正負跟電勢的正負相反單位伏特(V)焦耳(J)【典例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，需要克服電場力做功W＝1.2×10－4J，取無限遠處的電勢為零，那么：(1)q在A點的電勢能和A點的電勢各是多少？(2)q未移入電場前，A點的電勢是多少？答案：(1)1.2×10－4J

1.2×104V

(2)1.2×104V(1)計算電勢和電勢能時，一般要注意“＋”“－”號的代入.(2)電勢和電場強度由電場本身決定，與試探電荷q無關(guān)，但兩者大小沒有任何聯(lián)系．而電勢能由電場和電荷q共同決定，滿足Ep＝qφ的關(guān)系．(3)沿電場線電勢一定降低，而電勢能則不一定，若為正電荷，沿電場線電勢能降低；若為負電荷，沿電場線電勢能升高．3．(多選)如圖所示，某區(qū)域電場線左右對稱分布，M、N為對稱線上的兩點．下列說法正確的是(

)A．M點電勢一定高于N點電勢B．M點場強一定大于N點場強C．正電荷在M點的電勢能大于在N點的電勢能D．將電子從M點移動到N點，電場力做正功解析：沿電場線方向，電勢降低，所以M點電勢，一定高于N點電勢，A正確；電場線的疏密程度表示電場的強弱，由題圖可知，M點場強一定小于N點的場強，B錯誤；正電荷q在M點的電勢能EpM＝qφM，在N點的電勢能EpN＝qφN，由于φM＞φN，所以EpM＞EpN，C正確；電子在電場中受電場力的方向沿NM指向M，故從M移動到N，電場力做負功，D錯誤．答案：AC探究三等勢面的理解應(yīng)用1．等勢面的特點．(1)在等勢面內(nèi)任意兩點間移動電荷，電場力不做功．(2)在空間中兩等勢面不相交．(3)電場線總是和等勢面垂直，且從電勢較高的等勢面指向電勢較低的等勢面．(4)在電場線密集的地方，等差等勢面密集；在電場線稀疏的地方，等差等勢面稀疏．(5)等勢面是為描述電場的性質(zhì)而假想的面．(6)等勢面的分布與零電勢點的選取無關(guān)．2．幾種常見電場的等勢面．3．電場線與等勢面的區(qū)別與聯(lián)系．項目電場線等勢面物理意義形象描述電場強度的強弱和方向形象描述電場中各點電勢的高低圖線特點帶箭頭的不閉合的曲線，兩電場線不相交可以閉合，也可以不閉合，不同等勢面不相交描述電場曲線上某一點的切線方向為場強方向，疏密表示場強大小等勢面的垂線方向為場強方向，等差等勢面的疏密表示場強大小做功情況電荷沿電場線移動時靜電力必做功電荷沿等勢面移動時靜電力不做功聯(lián)系(1)沿電場線方向電勢降低．(2)電場線與等勢面垂直【典例3】

(多選)如圖所示，虛線同心圓是一簇某靜電場中的等勢面，其電勢分別是φa、φb和φc，一帶正電粒子射入電場中，運動軌跡如圖中實線KLMN所示．由圖可知(

)A．粒子從K到L的過程中，靜電力做負功，電勢能增加B．粒子從L到M的過程中，靜電力做負功，電勢能增加C．φa＞φb＞φcD．φa＜φb＜φc解析：由等勢面的分布規(guī)律可知，該電場為點電荷的電場．由運動軌跡可知，運動的正電荷跟場源電荷的相互作用規(guī)律是排斥，所以場源電荷是正電荷．根據(jù)電場線與等勢面垂直，得電場的分布是發(fā)散狀輻射向外的．正電荷從K到L受靜電力的方向背離圓心，與移動方向相反，做負功，電荷的電勢能增加，選項A正確；從L到M的過程中，靜電力先做負功再做正功，電勢能先增加，后減少，選項B錯誤；根據(jù)電場線的方向就是電勢降低最快的方向可知選項C錯誤，D正確．答案：AD電場力做功正負的判斷(1)根據(jù)電場力和位移方向的夾角判斷：夾角為銳角，電場力做正功；夾角為鈍角，電場力做負功．(2)根據(jù)電場力和瞬時速度方向的夾角判斷：夾角是銳角時電場力做正功，夾角是鈍角時電場力做負功，電場力和瞬時速度方向垂直時電場力不做功．(3)根據(jù)電勢能的變化情況判斷：若電勢能增加，則電場力做負功；若電勢能減小，則電場力做正功．(4)根據(jù)動能的變化情況判斷(物體只受電場力作用)：若物體的動能增加，則電場力做正功；若物體的動能減少，則電場力做負功．4.如圖所示，實線和虛線分別表示等量異種電荷的電場