教科版选修31 第一章 4 电势能 电势与电势差 课件（51张）.ppt

第一章静电场 4电势能电势与电势差 1 知道电场力做功的特点 掌握电场力做功与电势能变化的关系 2 理解电势能 电势 电势差的概念 掌握电势差的计算公式 3 知道什么是等势面 并能理解等势面的特点 学习目标 内容索引 知识探究 题型探究 达标检测 知识探究 1 一 电场力做功的特点 图1 a b c 分别表示匀强电场 场强为e 中的 q0电荷沿不同路径从a到b 图1 1 计算 a b c 三种情况下电场力做的功分别是多少 答案 a 中电场力做的功w q0ed b 中在线段ac上电场力做的功w1 q0e ac cos q0ed 在线段bc上做的功w2 0 总功w w1 w2 q0ed c 中在垂直于电场方向的各线段上电场力不做功 在沿着电场方向的各线段上电场力做功之和为w q0ed 2 通过计算你发现了什么 通过计算发现 在匀强电场中沿不同路径由a运动到b 电场力做功相同 说明电场力做功与路径无关 只与移动电荷的电荷量以及起点和终点的位置有关 答案 1 电场力做功的特点 电场力对某电荷所做的功 与该电荷的电荷量 选填 有关 或 无关 与电荷经过的路径 选填 有关 或 无关 该结论在任何电场中均成立 2 电场力做功与 做功相似 只要初 末位置确定了 移动电荷q做的功就是确定值 有关 无关 重力 判断下列说法的正误 1 电荷从电场中的a点运动到b点 路径不同 电场力做功的大小就可能不同 2 电荷从电场中的某点开始出发 运动一段时间后 又回到了该点 则电场力做功为零 3 正电荷沿着电场线运动 电场力对正电荷做正功 负电荷逆着电场线运动 电场力对负电荷做正功 4 在匀强电场中 电场力做功与路径无关 在非匀强电场中 电场力做功与路径有关 1 物体从高处向低处运动 重力做什么功 物体的重力势能如何变化 重力做功和物体的重力势能变化有什么关系 二 电势能 重力做正功重力势能减少wg ep1 ep2 答案 2 正电荷顺着电场线移动 电场力做什么功 电荷的电势能如何变化 负电荷顺着电场线移动 电场力做什么功 电荷的电势能如何变化 电势能的变化与电场力做功有什么关系 电场力做正功电势能减少电场力做负功电势能增加w电 ep1 ep2 答案 1 电势能 电荷在静电场中也具有势能 这种势能叫做 用符号 表示 2 电场力做功与电势能变化的关系 wab 即电场力做正功 电势能 电场力做负功 电势能 3 电荷在某点的电势能 等于把它从这点移动到 位置时静电力做的功 4 电势能具有相对性电势能零点的规定 通常把电荷在离场源电荷 处或把电荷在大地表面上的电势能规定为零 电势能 ep epa epb 减少 增加 无穷远 无限远 判断下列说法的正误 1 电场力做正功 电荷的电势能减少 电场力做负功 电荷的电势能增加 2 正电荷和负电荷沿着电场线运动 电势能均减少 3 确定电荷在某点的电势能应先规定零势能点 4 因电势能有正负之分 所以电势能是矢量 1 在图1中将电荷量分别为q 2q的电荷分别从a点移到b点 两电荷电势能的变化是否相同 电势能的变化与电荷量的比值是否相同 这个比值与电荷量有关吗 三 电势与电势差 答案 图1 电势能的变化epa epb wab eqlcos 与电荷量q成正比 故两电荷电势能的变化不同 但电势能的变化与电荷量的比值定值 与电荷量q无关 只与a b两点位置有关 2 若取b点为零势能点 两电荷在a点的电势能分别为多大 电势能与电荷量的比值分别为多大 两电荷在a点的电势能epa分别为qelcos 2qelcos 虽然电势能不同 但与电荷量的比值相同 都为elcos 答案 1 电势 1 定义 电荷在电场中某一点的 与它的 的比值 2 表达式 单位为 符号为 电场中某点的电势与检验电荷q 取决于电场本身 3 电势是 量 只有大小 没有方向 但有正负之分 电势为正表示比零电势 电势为负表示比零电势 4 零电势点选取原则 一般选 或 为零电势点 只有选取了零电势点才能确定某点的电势大小 5 沿电场线方向 电势逐渐 电荷量 电势能 伏特 v 低 无关 标 降低 无穷远处 大地 高 2 电势差 电场中两点电势的差值 1 电势差的计算公式 uab uba uab uba 2 电场力做功与电势差的关系 wab 或uab 3 电场中两点间的电势差与零电势点的选择 选填 有关 或 无关 4 电势差是 若uab为正值 则a点的电势比b点的电势 若uab为负值 则a点的电势比b点的电势 5 电势差的单位和电势的单位相同 均为 符号是 b a a b quab 低 无关 标量 伏特 高 v 判断下列说法的正误 1 电势有正负之分 因而是矢量 2 电荷在电势高处具有的电势能大 3 沿电场线方向电势降低 与试探电荷的电性无关 4 电势差与电势一样 是相对量 与零电势点的选取有关 5 a b两点的电势差是恒定的 与零电势的选取无关 所以uab uba 1 类比地图上的等高线 简述什么是等势面 四 等势面 电场中电势相等的各点构成的面 答案 2 当电荷从同一等势面上的a点移到b点时 电荷的电势能是否变化 电场力做功情况如何 不发生变化电场力不做功 答案 1 等势面的特点 1 在等势面上移动电荷时静电力 2 电场线跟等势面垂直 并且由电势 的等势面指向电势 的等势面 3 等势面密的地方 电场强度较 等势面疏的地方 电场强度较 4 任意两个等势面都不相交 强 不做功 低 弱 高 2 几种常见电场的等势面 如图2所示 图2 1 点电荷的等势面是以点电荷为球心的一簇球面 2 等量异号点电荷的等势面 点电荷的连线上 从正电荷到负电荷电势越来越低 中垂线是一条等势线 3 等量同号点电荷的等势面 等量正点电荷连线的中点电势最低 中垂线上该点的电势最高 从中点沿中垂线向两侧 电势越来越低 等量负点电荷连线的中点电势最高 中垂线上该点的电势最低 从中点沿中垂线向两侧 电势越来越高 4 匀强电场的等势面是垂直于电场线的一簇平行等间距的平面 2 题型探究 一 静电力做功与电势能变化的关系 1 静电力做功的特点 1 静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关 但是与具体路径无关 这与重力做功特点相似 2 静电力做功的特点不受物理条件限制 不管静电力是否变化 是否是匀强电场 是直线运动还是曲线运动 静电力做功的特点不变 2 静电力做功与电势能变化的关系 1 wab epa epb 静电力做正功 电势能减小 静电力做负功 电势能增加 2 正电荷在电势高的地方电势能大 而负电荷在电势高的地方电势能小 例1将带电荷量为6 10 6c的负电荷从电场中的a点移到b点 克服静电力做了3 10 5j的功 再从b移到c 静电力做了1 2 10 5j的功 则 1 电荷从a移到b 再从b移到c的过程中电势能共改变了多少 wac wab wbc 3 10 5 1 2 10 5 j 1 8 10 5j 电势能增加了1 8 10 5j 答案 解析 见解析 2 如果规定a点的电势能为零 则该电荷在b点和c点的电势能分别为多少 如果规定a点的电势能为零 由公式得该电荷在b点的电势能为epb epa wab 0 wab 3 10 5j 同理 c点的电势能为epc epa wac 0 wac 1 8 10 5j 答案 解析 见解析 3 如果规定b点的电势能为零 则该电荷在a点和c点的电势能分别为多少 如果规定b点的电势能为零 则该电荷在a点的电势能为 epa epb wab 0 wab 3 10 5j c点的电势能为epc epb wbc 0 wbc 1 2 10 5j 答案 解析 见解析 针对训练1在电场中 把电荷量为4 10 9c的正点电荷从a点移到b点 克服静电力做功6 10 8j 以下说法中正确的是a 电荷在b点具有的电势能是6 10 8jb b点电势是15vc 电荷的电势能增加了6 10 8jd 电荷的电势能减少了6 10 8j 电荷在电场中某点的电势能具有相对性 只有确定了零势能点 b点的电势 电荷在b点的电势能才有确定的数值 故选项a b错误 由于电荷从a点移到b点的过程中克服静电力做功6 10 8j 故电荷电势能应该是增加了6 10 8j 选项c正确 选项d错误 答案 解析 二 电势 电势差的理解与计算电势和电势差的比较 例2如果把电荷量为q 1 0 10 8c的电荷从无限远处移到电场中的a点 需要克服静电力做功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 答案 解析 1 2 10 4j1 2 104v 静电力做负功 电势能增加 无限远处的电势为零 电荷在无限远处的电势能也为零 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未移入电场前 a点的电势是多少 答案 解析 1 2 104v a点的电势是由电场本身决定的 跟a点是否有电荷存在无关 所以q未移入电场前 a点的电势仍为1 2 104v 例3有一个带电荷量q 3 10 6c的点电荷 从某电场中的a点移到b点 电荷克服静电力做6 10 4j的功 从b点移到c点 静电力对电荷做9 10 4j的功 问 1 ab bc ca间电势差各为多少 答案 解析 见解析 解法一 先求电势差的绝对值 再判断正 负 uab 200v 因负电荷从a移到b克服静电力做功 必是从高电势点移到低电势点 即 a b uab 200v ubc 300v 因负电荷从b移到c静电力做正功 必是从低电势点移到高电势点 即 b c ubc 300v uca ucb uba ubc uab 300v 200v 100v 解法二 直接代取数值求 电荷由a移向b克服静电力做功即静电力做负功 wab 6 10 4j uab 200v ubc 300v uca ucb uba ubc uab 300v 200v 100v 2 如以b点电势为零 则a c两点的电势各为多少 电荷在a c两点的电势能各为多少 答案 解析 见解析 若 b 0 由uab a b 得 a uab 200v 由ubc b c 得 c b ubc 0 300 v 300v 电荷在a点的电势能epa q a 3 10 6 200j 6 10 4j 电荷在c点的电势能epc q c 3 10 6 300j 9 10 4j 1 公式wab quab适用于任何电场 其中uab为电场中a b两点间的电势差 wab仅是电场力做的功 不包括从a到b移动电荷时 其他力所做的功 2 各物理量符号的处理方法 1 带正 负号进行运算 把电荷q的电性和电势差u的正负代入 功为正 说明静电力做正功 电荷的电势能减小 功为负 说明静电力做负功 电荷的电势能增大 2 只将绝对值代入公式运算 计算时 q u都取绝对值 算出的功也是绝对值 至于静电力做的是正功还是负功 可以根据电荷的正 负及电荷移动的方向与电场线方向的关系进行判断 3 公式wab quab中w与u的角标要对应 不要造成混乱 因为uab uba wab wba 1 电荷在等势面上移动时 静电力不做功 电荷的电势能不变 2 由等势面可以确定电场线 因为电场线总和等势面垂直 已知等势面的形状分布 可以绘制电场线 从而确定电场大体分布 3 由等差等势面的疏密 可以定性地确定场强的大小 等势面较密处 场强较大 三 等势面的特点及应用 例4关于静电场的等势面 下列说法正确的是a 两个电势不同的等势面可能相交b 电场线与等势面处处相互垂直c 同一等势面上各点电场强度一定相等d 将一负的试探电荷从电势较高的等势面移至电势较低的等势面 电场力做正功 答案 解析 若两个不同的等势面相交 则在交点处存在两个不同电势数值 与事实不符 a错 电场线一定与等势面垂直 b对 同一等势面上的电势相同 但电场强度不一定相同 c错 将一负电荷从电势较高的等势面移至电势较低的等势面 电场力做负功 故d错 达标检测 3 1 多选 关于电势 下列说法正确的是a 电场中某点的电势大小等于单位正电荷从该点移动到零电势点时 电场力所做的功b 电场中某点的电势与零电势点的选取有关c 由于电势是相对的 所以无法比较电场中两点的电势高低d 电势是描述电场能的性质的物理量 4 1 2 3 答案 解析 4 1 2 3 由电势的定义可知a正确 由于电势是相对量 电势的大小与零电势点的选取有关 故b正确 虽然电势是相对的 但电势的高低是绝对的 故c错误 电势与电势能相联系 它是描述电场能的性质的物理量 故d正确 a a点的电场强度比c点的小b 负电荷在a点的电势能比在c点的电势能大c 电荷沿等势面ab移动的过程中 电场力始终不做功d 正电荷由a移动到c 电场力做负功 2 电场中等势面如图3所示 下列关于该电场描述正确的是 答案 图3 4 1 2 3 解析 4 1 2 3 由等势面与电场线密集程度的关系可知 等势面越密集的地方电场强度越大 故a点的电场强度比c点的大 a错误 负电荷在电势越高的位置电势能越小 b错误 沿等势面移动电荷 电场力不做功 c正确 正电荷由a移动到c 电场力做正功 d错误 故选c a 4 8 10 8jb 4 8 10 8jc 8 0 10 8jd 8 0 10 8j 3 如图4所示为某静电场等势面的分布 电荷量为1 6 10 9c的正点电荷从a经b c到达d点 则从a至d 电场力对电荷做的功为 答案 解析 4 1 2 3 图4 uad a d 40 10 v 30v 所以wad quad 1 6 10 9 30 j 4 8 10 8j 4 将一电荷量为 3