高中物理 第一章 靜電場 4 電勢能和電勢課件 新人教版選修

4電勢能和電勢 1 靜電力做功的特點在勻強電場中移動電荷時 靜電力做的功與電荷的起始位置和終止位置有關(guān) 但與電荷經(jīng)過的路徑無關(guān) 這個結(jié)論在非勻強電場中同樣適用 2 電勢能 1 電勢能 電荷在電場中具有的勢能叫作電勢能 2 靜電力做的功與電勢能變化的關(guān)系 靜電力做的功等于電勢能的減少量 若用WAB表示電荷從A點移動到B點的過程中靜電力做的功 EpA和EpB分別表示電荷在A點和B點的電勢能 公式表達為WAB EpA EpB 3 電勢能等于什么 電荷在某點的電勢能 等于把它從該點移動到零勢能位置時靜電力所做的功 4 電勢能零點的規(guī)定 通常把電荷在離場源電荷無限遠處的電勢能規(guī)定為零 或把電荷在大地表面上的電勢能規(guī)定為零 將某電荷在一電場中由A點移到B點 若選不同的點作零勢能參考點 A點 或B點 電勢能的大小相同嗎 從A點到B點的移動過程中電勢能的變化相同嗎 提示 由于電勢能具有相對性 選擇不同的點作零勢能參考點 同一點A 或B 的電勢能大小可能不相同 但在同一過程中如由A到B 靜電力做功相同 電勢能的變化相同 4 等勢面 1 等勢面 電場中電勢相同的各點構(gòu)成的面叫作等勢面 在同一個等勢面上移動電荷時靜電力不做功 2 等勢面的特點 電場線跟等勢面垂直 并且由電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面 3 等勢面實例 孤立的點電荷電場的等勢面是一族以點電荷位置為球心的同心球面 勻強電場的等勢面是一族平行平面 特別提醒靜電力做功和重力做功有很多相似特點 不過要注意 地球產(chǎn)生的重力場只會對物體產(chǎn)生引力 而電場對電場中的電荷既可產(chǎn)生引力 也可產(chǎn)生斥力 所以計算靜電力做功時要注意電荷的電性 移動的方向 電場強度的方向等 以便確定功的正負和電勢能的變化情況 2 對電勢的理解 1 電勢的特點 電勢的相對性 某點電勢的大小是相對于零電勢而言的 零電勢選擇的位置不同 則該點的電勢就不同 零電勢的選擇是任意的 但通常選擇地面和無窮遠處為電勢零點 電勢的固有性 電場中某點的電勢大小是由電場本身的條件決定的 與在該點是否放有試探電荷及所放電荷的電性無關(guān) 電勢的標量性 規(guī)定了電勢零點后 電場中各點的電勢可以是正值 也可以是負值 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 在同一電場中 正電勢一定高于負電勢 如果規(guī)定無窮遠處為零電勢 則正電荷產(chǎn)生的電場中各點的電勢為正值 負電荷產(chǎn)生的電場中各點的電勢為負值 正負只表示大小 不表示方向 特別提醒當涉及 Ep q三者關(guān)系的問題時 一定要考慮三者的正負號問題 3 電勢 電勢能大小的判斷方法 1 電勢能大小的判斷方法電荷在電場中才會具有電勢能 電荷在A點具有的電勢能為EpA 在B點具有的電勢能為EpB EpA和EpB的大小怎樣來比較呢 在這兩點間移動電荷 用靜電力做功的方法來判斷 把電荷從A點移到B點 若靜電力做正功 則該電荷的電勢能減少 即EpA EpB 靜電力做多少正功 電勢能就減少多少 若靜電力做負功 也可以說是克服靜電力做功 則該電荷的電勢能增加 即EpA EpB 靜電力做多少負功 電勢能就增加多少 特別提醒電荷的電勢能是否變化 與靜電力對電荷是否做功有關(guān) 跟其他力是否做功無關(guān) 即電勢能的變化是通過靜電力做功實現(xiàn)的 2 電勢高低的判斷方法電勢高低的判斷有兩種方法 一是依據(jù)電場線 二是根據(jù)移動電荷時靜電力做功 利用電場線判斷電勢高低 沿電場線方向電勢越來越低 根據(jù)只在靜電力作用下電荷的移動情況來判斷 只在靜電力作用下 電荷由靜止開始移動 正電荷總是由電勢高的點移到電勢低的點 負電荷總是由電勢低的點移向電勢高的點 但它們都是由電勢能高的點移向電勢能低的點 移動正電荷靜電力做正功時 電勢能減少 則是從電勢高處移到電勢低處 做負功時相反 移動負電荷靜電力做正功時 電勢能減少 則是從電勢低處移到電勢高處 做負功時相反 3 電勢正負的判斷若以無窮遠處電勢為零 則正電荷周圍各點電勢為正 負電荷周圍各點電勢為負 4 等勢面的特點及應(yīng)用 1 特點 在同一等勢面上移動電荷時靜電力不做功 電場線總是跟等勢面垂直 且由電勢較高的等勢面指向電勢較低的等勢面 等勢面可以是封閉的 也可以是不封閉的 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 等差等勢面也稀疏 但等勢面不相交 2 應(yīng)用 由等差等勢面的疏密程度判斷電場的強弱 由等勢面判斷電場中各點電勢的高低 由等勢面判斷在電場中移動電荷時靜電力做功的情況 根據(jù)等勢面的分布確定電場線的分布 類型一 類型二 類型三 類型四 電勢 電勢能的計算 例1 如果把q 1 0 10 8C的點電荷Q從無窮遠處移到電場中的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 2 Q在未移入電場前A點的電勢是多少 點撥 由W Ep EpA 可計算出EpA 根據(jù)A點的電勢能可求出A點的電勢 類型五 類型一 類型二 類型三 類型四 類型五 類型一 類型二 類型三 類型四 類型五 類型一 類型二 類型三 類型四 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 則下列判斷中正確的是 A 電場線方向向下B 粒子一定從A點運動到B點C A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 類型五 類型一 類型二 類型三 類型四 點撥 根據(jù)粒子的運動軌跡可確定粒子所受靜電力方向 則可知電場線的方向 判斷出電勢高低 即可得電勢能的大小 解析 無論粒子從A點還是從B點射入電場 由于運動軌跡向下彎曲 說明粒子受靜電力方向向下 可判明電場線的方向向上而不是向下 A錯誤 粒子既可能從A點運動到B點 也可能從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 A B C錯誤 負電荷逆著電場線方向運動時電勢能減小 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 D 類型五 類型一 類型二 類型三 類型四 題后反思沿電場線方向電勢越來越低 但電荷的電勢能不一定減小 正電荷在電勢低處電勢能小 負電荷在電勢低處電勢能大 類型五 類型一 類型二 類型三 類型四 如圖所示 P Q是帶等量正電的點電荷 O是它們連線的中點 A B是中垂線上的兩點 OA OB 用EA EB和 A B分別表示A B兩點的電場強度和電勢 則 A EA一定大于EB A一定大于 BB EA不一定大于EB A一定大于 BC EA一定大于EB A不一定大于 BD EA不一定大于EB A不一定大于 B 類型五 類型一 類型二 類型三 類型四 點撥 根據(jù)兩個帶等量正電荷的點電荷的電場線的分布圖可解決此問題 解析 P Q所在空間中各點的電場強度和電勢由這兩個點電荷共同決定 電場強度是矢量 P Q兩點電荷在O點的電場強度矢量和為零 在無限遠處的電場強度矢量和也為零 從O點沿PQ的垂直平分線向遠處移動 電場強度先增大 后減小 所以EA不一定大于EB 電勢是標量 由等量同種電荷的電場線分布圖可知 從O點向遠處 電勢是一直降低的 故 A一定大于 B 答案 B 類型五 類型一 類型二 類型三 類型四 題后反思電場強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 電荷在電場中某點受力大 則該點電場強度大 但電勢不一定高 所以電場強度大的地方電勢不一定高 電場強度等于零的地方電勢不一定等于零 類型五 類型一 類型二 類型四 類型三 類型五 類型一 類型二 類型四 類型三 點撥 根據(jù)運動軌跡可以判斷場源電荷的性質(zhì) 從而確定各等勢面的電勢高低 根據(jù)移動方向跟靜電力方向的關(guān)系確定靜電力做功的正負及電荷電勢能的增減問題 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 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 可看作從跟軌跡有交點的同一等勢面的點到M 受到的靜電力與移動方向相同 靜電力做正功 電荷的電勢能減少 選項B錯誤 根據(jù)電場線的方向就是電勢降低的方向可知選項D正確 答案 AD 類型五 類型一 類型二 類型四 類型三 題后反思粒子在同一等勢面上的電勢能是相等的 從同一等勢面上的不同點移動電荷到某一點 靜電力做功是相同的 類型五 類型一 類型二 類型三 類型五 類型四 如圖所示 半徑為r的絕緣細圓環(huán)的環(huán)面固定在水平面上 電場強度為E的勻強電場與環(huán)面平行 一電荷量為 q 質(zhì)量為m的小球穿在環(huán)上 可沿環(huán)做無摩擦的圓周運動 若小球經(jīng)A點時 速