高中物理选修课件研究电场的能的性质

汇报人：XX高中物理选修课件研究电场的能的性质20XX-01-19目录电场与电荷电势能与电势差静电场中的导体和绝缘体静电场中能量转化与守恒定律带电粒子在匀强电场中运动规律平行板电容器和匀强电场关系探究总结回顾与拓展延伸01电场与电荷Chapter

电场基本概念电场定义存在于电荷周围的一种特殊物质，它对放入其中的电荷产生力的作用。电场强度描述电场强弱的物理量，用E表示，单位是牛/库（N/C）。电场力电荷在电场中受到的力，用F表示，方向与电场强度方向相同或相反。正电荷和负电荷，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。电荷种类电荷量电荷守恒定律描述电荷多少的物理量，用Q表示，单位是库仑（C）。在一个与外界没有电荷交换的系统内，正、负电荷的代数和保持不变。030201电荷及其相互作用为了形象地描述电场而引入的线，它的切线方向表示该点电场强度的方向。电场线电势相等的各个点构成的面，等势面与电场线处处垂直。等势面电势差是指电场中两点间的电势之差，电势则是描述电场能性质的物理量。电势差与电势电场线与等势面02电势能与电势差Chapter电荷在电场中具有的势能称为电势能。它是电场和电荷共同具有的能量。电势能可以通过计算电荷在电场中的位置与电势的乘积得到，即Ep=qφ。其中，Ep为电势能，q为电荷量，φ为电势。电势能定义及计算电势能计算电势能定义电场中两点的电势之差称为电势差，用U表示。电势差是标量，其大小等于单位正电荷从一点移动到另一点时电场力所做的功。电压是电势差的另一种表述方式，两者在数值上相等，但电压更强调电场力对电荷做功的能力。电势差定义电压与电势差关系电势差与电压关系例题1：一正电荷在电场中从A点移到B点，电场力做了正功，则（）A.A点的电势一定比B点高B.电场线方向一定由B指向A典型例题分析C.A点的电场强度一定比B点大D.该电荷的动能一定增加答案：A、D典型例题分析解析：正电荷在电场中从A点移到B点，电场力做了正功，根据电势能公式Ep=qφ可知，正电荷在电势高的地方电势能大，在电势低的地方电势能小，所以A点的电势一定比B点高，故A正确；由于不知道电场线的分布情况，所以无法判断电场线的方向，故B错误；电场强度的大小与电势的高低无关，所以A点的电场强度不一定比B点大，故C错误；根据动能定理可知，电场力做正功，电荷的动能一定增加，故D正确。典型例题分析例题2：关于电势差和电场力做功的说法中，正确的是()A.电势差是矢量，电场力做的功是标量B.在两点间移动电荷时，电场力做功的多少跟这两点间的电势差有关典型例题分析0102典型例题分析D.在两点间移动电荷时，电场力做功的多少跟这两点间移动电荷的电荷量无关C.在两点间被移动的电荷的电荷量越多，则电场力做功越多答案：B解析：电势差是标量，电场力做功也是标量，选项A错误；根据$W_{AB}=qU_{AB}$可知，在两点间移动电荷时，电场力做功的多少跟这两点间的电势差有关，选项B正确；由公式$W_{AB}=qU_{AB}$可知，电场力做功的多少与两点间的电势差和移动的电荷量都有关，选项C、D错误.典型例题分析03静电场中的导体和绝缘体Chapter导体内部电荷可以自由移动，因此在静电场作用下，导体内部电荷会重新分布，使得导体成为一个等势体。电荷分布当导体置于静电场中时，导体内的自由电荷会受到电场力的作用而移动，直到导体内部电场强度为零，这种现象称为静电感应。静电感应当导体达到静电平衡状态时，导体内部电场强度为零，电荷只分布在导体的外表面，且电荷分布与导体形状和电场方向有关。静电平衡导体在静电场中特性电荷束缚01绝缘体中的电荷被紧紧束缚在原子或分子内部，不能自由移动，因此绝缘体不容易导电。极化现象02在静电场作用下，绝缘体中的正负电荷中心会发生偏移，产生极化现象。极化程度与电场强度、绝缘体性质以及温度等因素有关。电介质击穿03当静电场强度超过一定限度时，绝缘体会被击穿而变成导体，这种现象称为电介质击穿。击穿电压与绝缘体的性质、厚度以及电场均匀程度等因素有关。绝缘体在静电场中特性导体应用避雷针利用导体的性质将电荷引入地下；电容器中的金属极板利用导体的性质储存电荷。绝缘体应用电线电缆的外皮采用绝缘材料以防止电流外泄；高压设备的支撑结构采用绝缘材料以防止电流通过。导体和绝缘体的组合应用在电子设备中，常常需要将导体和绝缘体组合起来使用。例如，在印刷电路板中，金属导线被镶嵌在绝缘基板上以构成电路；在变压器中，线圈采用绝缘导线绕制而成以实现电压变换。导体和绝缘体应用举例04静电场中能量转化与守恒定律Chapter电场力做功与电势能变化在静电场中，电荷在电场力的作用下移动时，电场力对电荷做功，导致电荷的电势能发生变化。电场力做正功，电势能减小；电场力做负功，电势能增加。静电场中的能量转化在静电场中，电荷之间的相互作用是通过电场传递的。当电荷在电场中移动时，电场能转化为其他形式的能量，如动能、重力势能等。同时，其他形式的能量也可以转化为电场能。能量转化过程分析能量守恒定律是自然界的基本定律之一，它指出在一个孤立系统中，总能量保持不变。在静电场中，电荷之间的相互作用遵循能量守恒定律。能量守恒定律动量守恒定律指出，在没有外力作用的情况下，系统的总动量保持不变。在静电场中，由于电荷之间的相互作用力是内力，因此系统的总动量保持不变。动量守恒定律守恒定律在静电场中应用例题2分析静电场中的能量转化过程，应用能量守恒定律解决问题。例题1解析电荷在电场中的运动过程，计算电场力做功和电势能变化。例题3运用动量守恒定律解决静电场中的相关问题。典型例题解析05带电粒子在匀强电场中运动规律Chapter带电粒子在电场中受到的电场力$F=qE$，其中$q$为粒子所带电荷量，$E$为电场强度。电场力方向与电场强度方向相同或相反，取决于粒子所带电荷的正负。电场力对于微观粒子，如电子、质子等，重力通常可以忽略不计。但对于宏观带电物体，如带电小球、液滴等，重力不能忽略。重力带电粒子受力分析初速度为零的带电粒子在电场力作用下做匀加速直线运动，运动轨迹为直线。初速度不为零的带电粒子当电场力与初速度方向共线时，粒子做匀变速直线运动；当电场力与初速度方向不共线时，粒子做匀变速曲线运动，如类平抛运动或圆周运动。运动轨迹确定方法例题1：一带电粒子在匀强电场中从静止开始运动，仅受电场力作用。下列说法正确的是()A.粒子一定做匀变速直线运动B.粒子的电势能一定减小典型例题解析C.粒子的动能一定增大D.粒子的加速度一定不变解析：由于粒子从静止开始运动，仅受电场力作用，因此粒子做匀加速直线运动，选项A正确；电场力对粒子做正功，粒子的电势能减小，选项B正确；电场力对粒子做正功，粒子的动能增大，选项C正确；粒子仅受恒定的电场力作用，加速度不变，选项D正确。典型例题解析例题2：一带电粒子以某一初速度垂直射入匀强磁场中，不考虑其他力的作用，则带电粒子()典型例题解析A.一定做匀速圆周运动B.速度大小不变，方向改变C.速度大小和方向都改变典型例题解析D.速度大小和方向都不变解析：带电粒子以某一初速度垂直射入匀强磁场中时，洛伦兹力充当向心力，粒子做匀速圆周运动，选项A正确；由于洛伦兹力始终与速度方向垂直，因此速度大小不变，方向时刻改变，选项B正确。典型例题解析06平行板电容器和匀强电场关系探究Chapter构成电容器的两个极板，通常使用金属材质以确保良好的导电性。两块平行金属板位于两极板之间，防止电荷直接流通，同时允许电场线在其中传播。绝缘介质在充电状态下，正极板带正电荷，负极板带负电荷，电荷均匀分布在两极板的内表面。电荷分布平行板电容器结构特点电场线匀强电场的电场线是一组等间距的平行直线，垂直于两极板，由正极板指向负极板。电场力在匀强电场中，电荷受到的电场力与其所带电荷量成正比，与电场强度成正比。形成条件当平行板电容器充电后，两极板间形成匀强电场。电场强度与两极板间的电势差成正比，与两极板间的距离成反比。匀强电场形成条件及特性实验原理：利用平行板电容器形成的匀强电场特性，通过测量电荷在电场中的受力情况来间接测量两极板间的距离。实验：测量平行板间距离实验步骤1.对平行板电容器进行充电，使其两极板间形成匀强电场。2.将一带电小球以一定初速度垂直射入电场中，记录其运动轨迹。实验：测量平行板间距离3.分析小球在电场中的受力情况，结合运动学公式求解出两极板间的距离。0102数据分析与结论：通过对实验数据的分析处理，可以得到两极板间距离的测量结果。同时，还可以通过比较不同条件下的实验结果，进一步探究影响平行板电容器性能的相关因素。实验：测量平行板间距离07总结回顾与拓展延伸Chapter电场的基本概念电场是存在于电荷周围的一种特殊物质，它对放入其中的电荷产生力的作用。电场的能的性质电场具有能量，这种能量与电场的分布和电荷的配置有关。电势与电势差电势是描述电场中某点电势能的物理量，电势差则是两点间电势的差值，与这两点间的电势能变化有关。知识体系梳理重点难点再突破电容器是一种储存电荷的装置，其电容表示电容器储存电荷的能力。了解电容器的构造、工作原理及相关计算是本章的重点内容之一。电容器与电容的概念电场线是用来形象描述电场分布的一系列曲线，等势面则是电势相等的各个点构成的面。理解电场线和等势面对于分析电场的能的性质至关重要。电场线与等势面的理解电场力做功等于电势能的减少量，掌握这一关系有助于理解和计算电场中的能量转化问题。电