高中物理 第1章 第4節(jié) 第1課時 靜電力做功的特點(diǎn) 電勢能和電勢課件 新人教版選修3-1.ppt

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第一章靜電場 第4節(jié)電勢能和電勢第1課時靜電力做功的特點(diǎn)電勢能和電勢 1 通過討論靜電力對試探電荷做功 知道靜電力做功與路徑無關(guān)的特點(diǎn) 2 將靜電力做功與重力做功進(jìn)行類比 理解靜電力做功與電勢能變化的關(guān)系 認(rèn)識電勢能的相對性 3 知道電勢的定義方法及其定義式 單位 要點(diǎn)一電場力做功的特點(diǎn)1 勻強(qiáng)電場中電場力做功的計算 如圖所示 在場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場中 將正電荷q從A移到B 若AB L 并且AB與電場線的夾角為 則電場力對電荷所做的功為W FLcos qELcos 2 電場力做功的特點(diǎn)靜電場中 電場力做功只與移動電荷的電荷量以及起點(diǎn)和終點(diǎn)的位置有關(guān) 而與路徑無關(guān) 判斷電場力做正功還是做負(fù)功的方法判斷電場力做功正負(fù) 一般有兩種方法 1 根據(jù)電場力和位移方向的夾角判斷 此方法常用于勻強(qiáng)電場中恒定電場力做功的判斷 夾角為銳角做正功 夾角為鈍角做負(fù)功 夾角為直角不做功 2 根據(jù)電場力和瞬時速度方向的夾角判斷 此方法常用于判斷曲線運(yùn)動中變化電場力的做功 夾角為銳角做正功 夾角為鈍角做負(fù)功 夾角為直角不做功 要點(diǎn)二電勢能1 定義 由于移動電荷時靜電力做功與移動的路徑無關(guān) 電荷在電場中也具有勢能 這種勢能叫做電勢能 用Ep表示 單位是J 2 靜電力做功與電勢能變化的關(guān)系 1 電場力對電荷做正功時 電荷電勢能減少 電場力對電荷做負(fù)功時 電荷電勢能增加 2 若用WAB表示電荷從A點(diǎn)移動到B點(diǎn)的過程中靜電力做的功 EpA和EpB表示電荷在A點(diǎn)和B點(diǎn)的電勢能 則有WAB EpA EpB 3 電勢能的大小若規(guī)定電荷在B點(diǎn)電勢能為0 則EpB 0 EpA WAB 即電荷在電場中某點(diǎn)處電勢能的大小 等于把它從該點(diǎn)移動到零勢能位置時靜電力做的功 4 對電勢能的理解 1 系統(tǒng)性 電勢能由電場和電荷共同決定 屬于電場和電荷系統(tǒng)所共有的 我們習(xí)慣說成電場中的電荷所具有的 2 相對性 電勢能是一個相對量 其數(shù)值與零勢能點(diǎn)的選取有關(guān) 因此確定電荷的電勢能首先應(yīng)確定參考點(diǎn) 也就是零勢能點(diǎn)的位置 3 標(biāo)量性 電勢能是標(biāo)量 有正負(fù) 無方向 電勢能為正值表示電勢能大于參考點(diǎn)的電勢能 電勢能為負(fù)值表示電勢能小于參考點(diǎn)的電勢能 5 電勢能與重力勢能的比較 電勢能大小的判斷 1 場源電荷判斷法 離正場源電荷越近 正試探電荷的電勢能越大 負(fù)試探電荷的電勢能越小 離負(fù)場源電荷越近 正試探電荷的電勢能越小 負(fù)試探電荷的電勢能越大 2 電場線法 正電荷順著電場線的方向移動時電勢能逐漸減小 逆著電場線的方向移動時電勢能逐漸增大 負(fù)電荷順著電場線的方向移動時電勢能逐漸增大 逆著電場線的方向移動時電勢能逐漸減小 3 做功判斷法 無論正 負(fù)電荷 電場力做正功 電荷的電勢能減小 電場力做負(fù)功 電荷的電勢能增大 要點(diǎn)三電勢1 定義 電荷在電場中某一點(diǎn)的電勢能與它的電荷量的比值 叫做這一點(diǎn)的電勢 用 表示 有的同學(xué)誤認(rèn)為根據(jù)電勢 的定義式 與Ep成正比 與q成反比 辨析 與電場強(qiáng)度一樣 電場中某點(diǎn)處 的大小是由電場本身的條件決定的 與在該點(diǎn)處是否放置電荷 電荷的電性 電荷量均無關(guān) 4 電勢的相對性 電勢是相對的 只有先確定了電勢零點(diǎn)以后 才能確定電場中其他位置的電勢 電場中某點(diǎn)的電勢跟電勢零點(diǎn)的選擇有關(guān) 對不是無限大的帶電體產(chǎn)生的電場 通常取無限遠(yuǎn)處的電勢為零 在實(shí)際處理問題中 又常取大地電勢為零 4 電勢與電場線的關(guān)系 無論什么電場 沿電場線方向電勢是逐漸降低的 且是電勢降落最快的方向 5 電勢能與電勢的區(qū)別與聯(lián)系 6 電勢和電場強(qiáng)度的關(guān)系 如何比較電場中兩點(diǎn)電勢的高低 1 根據(jù)電場力做功判斷 在兩點(diǎn)間移動正電荷 如果電場力做正功 則電勢降低 如果電場力做負(fù)功 則電勢升高 在兩點(diǎn)間移動負(fù)電荷 如果電場力做正功 則電勢升高 如果電場力做負(fù)功 則電勢降低 2 根據(jù)電場線確定 電場線的方向就是電勢降低最快的方向 3 根據(jù)電荷電勢能的變化 如果在兩點(diǎn)間移動正電荷時 電勢能增加 則電勢升高 電勢能減少 則電勢降低 如果在兩點(diǎn)間移動負(fù)電荷時 電勢能增加 則電勢降低 電勢能減少 則電勢升高 如果把q 1 0 10 8C的點(diǎn)電荷Q從無窮遠(yuǎn)處移到電場中的A點(diǎn) 需要克服電場力做功W 1 2 10 4J 那么 1 Q在A點(diǎn)的電勢能和A點(diǎn)的電勢各是多少 2 Q在未移入電場前A點(diǎn)的電勢是多少 分析 由W Ep EpA 可計算出EpA 根據(jù)A點(diǎn)的電勢能可求出A點(diǎn)的電勢 答案 1 1 2 10 4J1 2 104V 2 1 2 104V 在靜電場中 把一個電荷量為q 2 0 10 5C的負(fù)電荷由M點(diǎn)移到N點(diǎn) 電場力做正功6 0 10 4J 由N點(diǎn)移到P點(diǎn) 電場力做負(fù)功1 0 10 3J 則M N P三點(diǎn)電勢高低關(guān)系是 變式訓(xùn)練1 1 解析 首先畫一條電場線 如圖所示 在中間位置附近畫一點(diǎn)作為M點(diǎn) 因?yàn)橛蒑 N電場力做正功 而負(fù)電荷所受電場力與場強(qiáng)方向相反 則可確定N點(diǎn)在M點(diǎn)左側(cè) 由N P電場力做負(fù)功 即沿著電場線移動 又因1 0 10 3J 6 0 10 4J 所以肯定移過了M點(diǎn) 即P點(diǎn)位于M點(diǎn)右側(cè) 這樣 M N P三點(diǎn)電勢的高低關(guān)系是 N M P 答案 N M P 某靜電場的電場線分布如圖所示 圖中P Q兩點(diǎn)的電場強(qiáng)度的大小分別為EP和EQ 電勢分別為 P和 Q 則 A EP EQ P QB EP EQ P QD EP EQ P Q 解析 從圖可以看出P點(diǎn)的電場線的密集程度大于Q點(diǎn)的密集程度 故P點(diǎn)的場強(qiáng)大于Q點(diǎn)的場強(qiáng) 因電場線的方向由P指向Q 而沿電場線的方向電勢逐漸降低 所以P點(diǎn)的電勢高于Q點(diǎn)的電勢 故A正確 答案 A 方法總結(jié) 電場強(qiáng)度與電勢的大小沒有直接的關(guān)系 它們是從兩個不同的角度描述電場性質(zhì)的物理量 電荷在電場中某點(diǎn)受力大 該點(diǎn)場強(qiáng)大 電勢不一定高 所以電場強(qiáng)度大的地方電勢不一定高 電場強(qiáng)度等于0的地方電勢不一定等于0 2014 洛陽二模 如圖所示 Q1和Q2是兩個電荷量大小相等的點(diǎn)電荷 MN是兩電荷的連線 HG是兩電荷連線的中垂線 O是垂足 下列說法正確的是 變式訓(xùn)練2 1 A 若兩電荷是異種電荷 則OM的中點(diǎn)與ON的中點(diǎn)電勢一定相等B 若兩電荷是異種電荷 則O點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小 與MN上各點(diǎn)相比是最小的 而與HG上各點(diǎn)相比是最大的C 若兩電荷是同種電荷 則OM中點(diǎn)與ON中點(diǎn)處的電場強(qiáng)度一定相同D 若兩電荷是同種電荷 則O點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小 與MN上各點(diǎn)相比是最小的 與HG上各點(diǎn)相比是最大的 解析 若兩電荷是異種電荷 則OM的中點(diǎn)與ON的中點(diǎn)電勢不相等 正電荷周圍的電勢高 A選項(xiàng)錯誤 MN連線上中點(diǎn)O的電場強(qiáng)度最小 中垂線上O點(diǎn)的電場強(qiáng)度最大 B選項(xiàng)正確 若兩電荷是同種電荷 根據(jù)對稱性可知 OM中點(diǎn)與ON中點(diǎn)處的電場強(qiáng)度大小相等 方向相反 C選項(xiàng)錯誤 MN連線上中點(diǎn)O的場強(qiáng)為零 故D選項(xiàng)錯誤 答案 B 如圖所示 在靜電場中 一個負(fù)電荷q受到一個非靜電力作用 由A點(diǎn)移動到B點(diǎn) 則下列說法正確的是 解析 根據(jù)動能定理 合外力對電荷所做的功等于電荷動能的增量 對電荷和電場組成的系統(tǒng)而言 非靜電力是外力 非靜電力對電荷做了多少正功 系統(tǒng)能量 電勢能和電荷動能 就增加多少 根據(jù)靜電力做功與電勢能變化的關(guān)系及靜電力對電荷做負(fù)功 得電荷克服靜電力做功等于電荷電勢能的增量 所以B C D對 答案 BCD 方法總結(jié) 1 明確研究對象與研究過程 2 對研究對象受力分析 明確物體受什么力作用 知道力做功所對應(yīng)的能量變化問題 3 依據(jù)電場力做功 引起電勢能的變化 重力做功引起重力勢能的變化 而動能變化則取決于合外力做功 來判斷各種能量是如何變化的 2014 鹽城一模 如圖所示 實(shí)線表示電場線 虛線表示帶電粒子運(yùn)動的軌跡 帶電粒子只受電場力的作用 運(yùn)動過程中電勢能逐漸減小 它運(yùn)動到b處時的運(yùn)動方向與受力方向可能的是 變式訓(xùn)練3 1 解析 帶電粒子在電場力作用下做曲線運(yùn)動 根據(jù)曲線運(yùn)動力和軌跡的關(guān)系可知 電場力指向軌跡的內(nèi)側(cè) 與電場線重合 方向向左 運(yùn)動過程中電勢能逐漸減小 根據(jù)功能關(guān)系可知 電場力做正功 粒子由C運(yùn)動到a點(diǎn) 故D選項(xiàng)正確 ABC選項(xiàng)錯誤 答案 D 1 下列說法中正確的是 A 無論是正電荷還是負(fù)電荷 從電場中某點(diǎn)移到無窮遠(yuǎn)處時 電場力做的正功越多 電荷在該點(diǎn)的電勢能就越大B 無論是正電荷還是負(fù)電荷 從電場中某點(diǎn)移到無窮遠(yuǎn)處時 電場力做的正功越少 電荷在該點(diǎn)的電勢能越大 C 無論是正電荷還是負(fù)電荷 從無窮遠(yuǎn)處移到電場中某點(diǎn)時 克服電場力做功越多 電荷在該點(diǎn)的電勢能越大D 無論是正電荷還是負(fù)電荷 從無窮遠(yuǎn)處移到電場中某點(diǎn)時 克服電場力做功越少 電荷在該點(diǎn)的電勢能越大 解析 無窮遠(yuǎn)處的電勢能為0 電荷從電場中某處移動到無窮遠(yuǎn)處時 若電場力做正功 電勢能減少 到無窮遠(yuǎn)處時電勢能減為0 電荷在該點(diǎn)的電勢能為正值 且等于移動過程中電荷電勢能的變化 也就等于電場力做的功 因此電場力做的正功越多 電荷在該點(diǎn)電勢能越大 A正確 B錯誤 電荷從無窮遠(yuǎn)處移到電場中某點(diǎn)時 若克服電場力做功 電勢能由零增大到某值 此值就是電荷在該點(diǎn)的電勢能值 因此 電荷在該點(diǎn)的電勢能等于電荷從無窮遠(yuǎn)處移到該點(diǎn)時 克服電場力所做的功 故C正確 D錯誤 答案 AC 2 2014 松江區(qū)一模 一點(diǎn)電荷 僅在電場力的作用下 沿直線由A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)的過程中 速率逐漸增大 下列判斷正確的是 A 在此過程中 電荷所受電場力的方向總是由A指向BB 在此過程中 電荷的電勢能逐漸增大C 線段AB間的各點(diǎn) 電場強(qiáng)度的方向都是由A指向BD 自A至B 電勢逐漸降低 解析 點(diǎn)電荷僅在電場力的作用下 沿直線由A運(yùn)動到B 則根據(jù)軌跡和受力的關(guān)系可知 電場力由A指向B 點(diǎn)電荷的電性未知 則電場強(qiáng)度方向未知 電勢高低未知 故A選項(xiàng)正確 CD選項(xiàng)錯誤 速率逐漸增大 動能增大 根據(jù)能量守恒定律可知 電勢能逐漸減小 B選項(xiàng)錯誤 答案 A 3 2014 閔行區(qū)一模 關(guān)于靜電場 下列結(jié)論普遍成立的是 A 電場強(qiáng)度大的地方電勢高 電場強(qiáng)度小的地方電勢低B 電場中任意兩點(diǎn)之間的電勢差只與這兩點(diǎn)的場強(qiáng)有關(guān)C 單位正電荷在電場中某點(diǎn)具有的電勢能越大 該點(diǎn)的電勢越高D 將正點(diǎn)電荷從場強(qiáng)為零的一點(diǎn)移動到場強(qiáng)為零的另一點(diǎn) 電場力做功一定為零 解析 電場強(qiáng)度從力的角度反映了電場的強(qiáng)弱 電勢是從能量角度上描述電場的物理量 電場強(qiáng)度大小和電勢高低沒有直接關(guān)系 故A選項(xiàng)錯誤 電場中任意兩點(diǎn)之間的電勢差與兩點(diǎn)的距離和電場強(qiáng)度有關(guān) 勻強(qiáng)電場中兩點(diǎn)間的電勢差等于電場強(qiáng)度乘以兩點(diǎn)在電場方向上的投影距離 即U Ed 故B選項(xiàng)錯誤 根據(jù)電勢能的定義式Ep q 可知 正電荷在電勢高的地方電勢能大 在電勢低的地方電勢能小 單位正電荷在電場中某點(diǎn)具有的電勢能越大 該點(diǎn)的電勢越高 故C選項(xiàng)正確 根據(jù)公式W qU可知 電場力做功與電荷量 兩點(diǎn)間的電勢差有關(guān) 初末位置的電勢差為零 則電場力不做功 將正點(diǎn)電荷從電勢為零的一點(diǎn)移動到電勢為零的另一點(diǎn) 電場力做功一定為零 故D選項(xiàng)錯誤 答案 C 答案 B