2017-2018學(xué)年高中物理第一章靜電場(chǎng)第5講電勢(shì)能和電勢(shì)學(xué)案新人教版選修3-1

1、電勢(shì)能和電勢(shì)目標(biāo)定位1.知道靜電力做功的特點(diǎn)，掌握靜電力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系.2.理解電勢(shì)能、電勢(shì)的概念，知道參考點(diǎn)的選取原則3 知道什么是等勢(shì)面，并能理解等勢(shì)面的特點(diǎn).一、靜電力做功、電勢(shì)能及其關(guān)系知識(shí)梳理-1靜電力做功的特點(diǎn)如圖 1 所示，在勻強(qiáng)電場(chǎng)中不論q經(jīng)由什么路徑從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)，靜電力做的功都相等.說(shuō) 明靜電力做的功與電荷的起始位置和終止位置有關(guān)，與電荷經(jīng)過(guò)的路徑無(wú)關(guān)(填“有關(guān)”或“無(wú)關(guān)”)可以證明，對(duì)于非勻強(qiáng)電場(chǎng)也是適用的.2.電勢(shì)能-圖 1(1)概念：電荷在電場(chǎng)中具有的勢(shì)能用EP表示.靜電力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系：靜電力做的功等于電勢(shì)能的減少量.表達(dá)式:EpB.WAB=EA靜

2、電力做正功，電勢(shì)能減少；靜電力做負(fù)功，電勢(shì)能增加 電勢(shì)能的大?。弘姾稍谀滁c(diǎn)的電勢(shì)能，等于把它從這點(diǎn)移動(dòng)到零勢(shì)能位置時(shí)靜電力做的功.深度思考(1)在電場(chǎng)中確定的兩點(diǎn)移動(dòng)等量的正、負(fù)電荷時(shí)，靜電力做功和電勢(shì)能的變化有何差異? 電勢(shì)能是標(biāo)量還是矢量？它有正負(fù)之分嗎？若有，其正負(fù)號(hào)表示什么？答案(1)靜電力做功的絕對(duì)值相等，正負(fù)不同，電勢(shì)能的變化量相等，增減情況相反.(2)電勢(shì)能是標(biāo)量，有正負(fù)、無(wú)方向電勢(shì)能為正值表示電勢(shì)能大于零勢(shì)能點(diǎn)的電勢(shì)能，電勢(shì)能為負(fù)值表示電勢(shì)能小于零勢(shì)能點(diǎn)的電勢(shì)能.典例精析-例 1 將帶電荷量為 6X106C 的負(fù)電荷從電場(chǎng)中的A點(diǎn)移到B點(diǎn)，克服電場(chǎng)力做了 3X10 J 的功，再

3、從B移到C電場(chǎng)力做了 1.2x105J 的功，則：(1)電荷從A移到B,再?gòu)腂移到C的過(guò)程中電勢(shì)能共改變了多少?3選項(xiàng) B 錯(cuò)誤，選項(xiàng) C 正確；由WAB=EPA EPB可知，當(dāng)選A點(diǎn)的電勢(shì)能為零時(shí)，EPB= WAB=qEl, 選項(xiàng)D 正確.答案 ACD如果規(guī)定A點(diǎn)的電勢(shì)能為零，則該電荷在B點(diǎn)和C點(diǎn)的電勢(shì)能分別為多少?如果規(guī)定B點(diǎn)的電勢(shì)能為零，則該電荷在A點(diǎn)和C點(diǎn)的電勢(shì)能分別為多少?5一 5解析VAC=VAB+W= ( 3x10一+ 1.2x10 jj可見(jiàn)電勢(shì)能增加了 1.8x105J.一 5=1.8x10 J.(2)如果規(guī)定A點(diǎn)的電勢(shì)能為零，由公式得該電荷在x105J.B點(diǎn)的電勢(shì)能為EpB=

4、 EaAWB=0WB=3同理，C點(diǎn)的電勢(shì)能為Epc=EpAWAC=0WAC=1.8x105J.如果規(guī)定B點(diǎn)的電勢(shì)能為零，則該電荷在A點(diǎn)的電勢(shì)能為:&A= &B+WAB=0+WAB=3x105J.一 5C點(diǎn)的電勢(shì)能為EpJ= &B，w= 0 W= 1.2x10 J.答案見(jiàn)解析1 /1電勢(shì)能的系統(tǒng)性：電勢(shì)能由電場(chǎng)和電荷共同決定，但我們習(xí)慣說(shuō)成電場(chǎng)中的電荷所具有的勢(shì)能.2電勢(shì)能的相對(duì)性：電勢(shì)能是一個(gè)相對(duì)量，其數(shù)值與零勢(shì)能點(diǎn)的選取有關(guān)例2在電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，一質(zhì)量為m帶電荷量為+q的物體從A點(diǎn)開(kāi)始以某一初速度沿電場(chǎng)反方向做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，其加速度的大小為到B時(shí)速度變

5、為零下列說(shuō)法正確的是()物體克服電場(chǎng)力做功qEl物體的電勢(shì)能減少了qEl物體的電勢(shì)能增加了qEl若選A點(diǎn)的電勢(shì)能為零，則物體在B點(diǎn)的電勢(shì)能為qElZ、)A.B.C.D.所以電場(chǎng)力做負(fù)功即克服電場(chǎng)力做功W qEl,解析 物體所受電場(chǎng)力方向與運(yùn)動(dòng)方向相反，選項(xiàng) A 正確；由于電場(chǎng)力做功等于電勢(shì)能的減少量，電場(chǎng)力做負(fù)功，所以電勢(shì)能增加了qEl,4廠I總結(jié)提升I-1在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，電場(chǎng)力做的功為W=qEd,其中d為沿電場(chǎng)線方向的位移.2功是能量轉(zhuǎn)化的量度，但要理解并區(qū)別電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系、合外力做功 與動(dòng)能變化的關(guān)系動(dòng)能定理，即搞清功與能的變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系.、電勢(shì)知識(shí)梳理1 概念：電荷在電場(chǎng)中某

6、一點(diǎn)的電勢(shì)能與它的電荷量的比值.2.定義式和單位：0=旦，單位是伏特，符號(hào)是 V.q _3. 相對(duì)性：電勢(shì)也是相對(duì)的，常取離場(chǎng)源電荷無(wú)限遠(yuǎn)處的電勢(shì)為零，或大地的電勢(shì)為零，電勢(shì)可以是正值，也可以是負(fù)值丄沒(méi)有方向，因此是標(biāo)量._4. 與電場(chǎng)線的關(guān)系：沿電場(chǎng)線的方向電勢(shì)降低._深度思考電荷在電勢(shì)越高的位置電勢(shì)能越大嗎？答案 不一定，正電荷在電勢(shì)越高處電勢(shì)能越大，負(fù)電荷在電勢(shì)越高處電勢(shì)能越小.典例精析-例 3 如果把q= 1.0 x8C 的電荷從無(wú)限遠(yuǎn)移到電場(chǎng)中的A點(diǎn)，需要克服靜電力做功W41.2X10 J，那么：(1)q在A點(diǎn)的電勢(shì)能和A點(diǎn)的電勢(shì)各是什么？(2)q未移入電場(chǎng)前，A點(diǎn)的電勢(shì)是多少？解析

7、(1)靜電力做負(fù)功，電勢(shì)能增加，無(wú)限遠(yuǎn)處的電勢(shì)為零，電荷在無(wú)限遠(yuǎn)處的電勢(shì)能也為零，即 8= 0 ,&8= 0.由W8A=Ep一EPA得&A=Ep一W8A=0 一 ( 一 1.2x104J)=1.2x104J再由 A=得 A=1.2x10V(2)A點(diǎn)的電勢(shì)是由電場(chǎng)本身決定的，跟A點(diǎn)是否有電荷存在無(wú)關(guān)，所以q未移入電場(chǎng)前，A點(diǎn)的電勢(shì)仍為 1.2X104V.答案 (1)1.2X104J 1.2X104V (2)1.2X104V總結(jié)提升I-11電勢(shì)和電勢(shì)能具有相對(duì)性，與零勢(shì)面的選擇有關(guān)2=旦是電勢(shì)的定義式.電場(chǎng)中某點(diǎn)處 的大小是由電場(chǎng)本身決定的，與在該點(diǎn)處是q5否放入試探電荷、電荷的電

8、性、電荷量均無(wú)關(guān)：3由=旦求電勢(shì)時(shí)，可將各物理量的“ + ”、“一”直接代入計(jì)算，這樣更方便.q例 4 有一電場(chǎng)的電場(chǎng)線如圖 2 所示，電場(chǎng)中A、B兩點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和電勢(shì)分別用EA、EB和A、B表示，則()6fi圖 2A.EAEB,0A0BB.EAEB,0A0BC.EA0BD.EAEB,0A0B當(dāng)解析 由電場(chǎng)線的疏密可知EAEPB.$0 $P,E=E3C.負(fù)電荷在 P 點(diǎn)的電勢(shì)能大D. O P兩點(diǎn)所在直線為等勢(shì)面答案 AD解析 等量異種電荷的中垂線是一條等勢(shì)面，故$0= $P,負(fù)電荷在O P兩點(diǎn)電勢(shì)能相等，B C 錯(cuò)，D 正確；由電場(chǎng)疊加可知從中點(diǎn)0到無(wú)窮遠(yuǎn)，電場(chǎng)強(qiáng)度越來(lái)越小， 故EEP,A

9、 正確.7.（多選）如圖 4 甲所示的直線為某電場(chǎng)中的一條電場(chǎng)線，A、B是這條電場(chǎng)線上的兩點(diǎn)，若將一負(fù)電荷從A點(diǎn)自由釋放，負(fù)電荷沿電場(chǎng)線從A到B運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的速度一時(shí)間圖象如圖乙 所示，比較A、B兩點(diǎn)電勢(shì)$的高低和場(chǎng)強(qiáng)E的大小可得（）A.$A $BB.$AV $BC.曰EDEA=EB答案 BC解析 負(fù)電荷的速度在增加，說(shuō)明電場(chǎng)力方向由A指向B,場(chǎng)強(qiáng)方向由B指向A所以$B $A,B 對(duì).又知加速度在減小，所以EAEB,C 對(duì).& （多選）如圖 5 所示，實(shí)線是一個(gè)電場(chǎng)中的電場(chǎng)線，虛線是一個(gè)負(fù)的試探電荷在這個(gè)電場(chǎng)中僅在電場(chǎng)力作用下運(yùn)動(dòng)的軌跡.若電荷是從a處運(yùn)動(dòng)到b處，以下判斷正確的是（）91

10、5W86X10A.電荷從a到b加速度減小B.電荷從a到b動(dòng)能減小C.電荷從a到b電勢(shì)能減小D.電荷從a到b電勢(shì)能增大答案 ABD解析由電場(chǎng)線的疏密程度可知，氓，再由a=m=罟知，A項(xiàng)正確；電場(chǎng)力的方向指向曲線的內(nèi)側(cè)，即沿電場(chǎng)線指向左，粒子從a運(yùn)動(dòng)到b處，電場(chǎng)力做負(fù)功，動(dòng)能減小，電勢(shì)能增大，所以 B D 項(xiàng)正確，C 項(xiàng)錯(cuò)誤.9.一個(gè)帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖6 中曲線AB所示，平行的虛線a、b、c、ditr表示該電場(chǎng)中的四個(gè)等勢(shì)面.不計(jì)粒子重力，下列說(shuō)法中正確的是（）A 該粒子- -定帶正電B.四個(gè)等勢(shì)面中 a 等勢(shì)面的電勢(shì)一定最低C.該粒子由A到B過(guò)程中動(dòng)能一定逐漸減小D.該粒子由A到

11、B過(guò)程中電勢(shì)能一定逐漸減小電場(chǎng)力，由于粒子帶電正負(fù)不確定，所以無(wú)法判斷電場(chǎng)線的方向，無(wú)法判斷電勢(shì)高低，A、B錯(cuò)；由A到B的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，電場(chǎng)力做正功，所以粒子的動(dòng)能增大，電勢(shì)能減小.C 錯(cuò)，Di /S正確.題組三電勢(shì)能和電勢(shì)的計(jì)算/10.將一正電荷從無(wú)窮遠(yuǎn)處移至電場(chǎng)中M點(diǎn)，電場(chǎng)力做功為6.0X10 J,若將一個(gè)等量的負(fù)*弋尢孑電荷從電場(chǎng)中N點(diǎn)移向無(wú)窮遠(yuǎn)處，電場(chǎng)力做功為7.0X109J,貝U M N兩點(diǎn)的電勢(shì)$M$N有（）A. $M$NV0C$N$M $M 0D. $M $N 016對(duì)負(fù)電荷：WN=EN0 = qN,W7X109N=_ ；所以NVMV0，選項(xiàng) C 正確.11.如圖 7 所示，把電荷

12、量為一 5X109C 的電荷，從電場(chǎng)中的A點(diǎn)移到B點(diǎn)，其電勢(shì)能如何變化？若A點(diǎn)的電勢(shì)A= 15V,B點(diǎn)的電勢(shì)B= 10V,則此過(guò)程中電場(chǎng)力做的功為多少？答案增大 一 2.5X10J解析 電荷由A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電場(chǎng)力做負(fù)功，故電勢(shì)能增大.由電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系知，電場(chǎng)力做的功為WB=EPAEPB=qAqB=q( AB) = ( 5X109)X(15 10) J8=2.5X10 J.12.將一個(gè)電荷量為一 2X108C 的點(diǎn)電荷，從零電勢(shì)點(diǎn)S移到M點(diǎn)要克服靜電力做功 4X108J.(1)q在M點(diǎn)的電勢(shì)能和M點(diǎn)的電勢(shì)各是多少？(2)q移入電場(chǎng)前，M點(diǎn)的電勢(shì)是多少？(3) 若將該電荷從M點(diǎn)移至N點(diǎn)，靜電力做功 1.4X107J,貝 UN點(diǎn)的電勢(shì)能和電勢(shì)分別為多8一