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

1、電勢能和電勢目標(biāo)定位1.知道靜電力做功的特點，掌握靜電力做功與電勢能變化的關(guān)系.2.理解電勢能、電勢的概念，知道參考點的選取原則3 知道什么是等勢面，并能理解等勢面的特點.一、靜電力做功、電勢能及其關(guān)系知識梳理-1靜電力做功的特點如圖 1 所示，在勻強電場中不論q經(jīng)由什么路徑從A點移動到B點，靜電力做的功都相等.說 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)過的路徑無關(guān)(填“有關(guān)”或“無關(guān)”)可以證明，對于非勻強電場也是適用的.2.電勢能-圖 1(1)概念：電荷在電場中具有的勢能用EP表示.靜電力做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.表達(dá)式:EpB.WAB=EA靜

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

3、從B移到C電場力做了 1.2x105J 的功，則：(1)電荷從A移到B,再從B移到C的過程中電勢能共改變了多少?3選項 B 錯誤，選項 C 正確；由WAB=EPA EPB可知，當(dāng)選A點的電勢能為零時，EPB= WAB=qEl, 選項D 正確.答案 ACD如果規(guī)定A點的電勢能為零，則該電荷在B點和C點的電勢能分別為多少?如果規(guī)定B點的電勢能為零，則該電荷在A點和C點的電勢能分別為多少?5一 5解析VAC=VAB+W= ( 3x10一+ 1.2x10 jj可見電勢能增加了 1.8x105J.一 5=1.8x10 J.(2)如果規(guī)定A點的電勢能為零，由公式得該電荷在x105J.B點的電勢能為EpB=

4、 EaAWB=0WB=3同理，C點的電勢能為Epc=EpAWAC=0WAC=1.8x105J.如果規(guī)定B點的電勢能為零，則該電荷在A點的電勢能為:&A= &B+WAB=0+WAB=3x105J.一 5C點的電勢能為EpJ= &B，w= 0 W= 1.2x10 J.答案見解析1 /1電勢能的系統(tǒng)性：電勢能由電場和電荷共同決定，但我們習(xí)慣說成電場中的電荷所具有的勢能.2電勢能的相對性：電勢能是一個相對量，其數(shù)值與零勢能點的選取有關(guān)例2在電場強度大小為E的勻強電場中，一質(zhì)量為m帶電荷量為+q的物體從A點開始以某一初速度沿電場反方向做勻減速直線運動，其加速度的大小為到B時速度變

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

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

7、(1)靜電力做負(fù)功，電勢能增加，無限遠(yuǎn)處的電勢為零，電荷在無限遠(yuǎn)處的電勢能也為零，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點的電勢是由電場本身決定的，跟A點是否有電荷存在無關(guān)，所以q未移入電場前，A點的電勢仍為 1.2X104V.答案 (1)1.2X104J 1.2X104V (2)1.2X104V總結(jié)提升I-11電勢和電勢能具有相對性，與零勢面的選擇有關(guān)2=旦是電勢的定義式.電場中某點處 的大小是由電場本身決定的，與在該點處是q5否放入試探電荷、電荷的電

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

9、 正確.7.（多選）如圖 4 甲所示的直線為某電場中的一條電場線，A、B是這條電場線上的兩點，若將一負(fù)電荷從A點自由釋放，負(fù)電荷沿電場線從A到B運動過程中的速度一時間圖象如圖乙 所示，比較A、B兩點電勢$的高低和場強E的大小可得（）A.$A $BB.$AV $BC.曰EDEA=EB答案 BC解析 負(fù)電荷的速度在增加，說明電場力方向由A指向B,場強方向由B指向A所以$B $A,B 對.又知加速度在減小，所以EAEB,C 對.& （多選）如圖 5 所示，實線是一個電場中的電場線，虛線是一個負(fù)的試探電荷在這個電場中僅在電場力作用下運動的軌跡.若電荷是從a處運動到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動能減小C.電荷從a到b電勢能減小D.電荷從a到b電勢能增大答案 ABD解析由電場線的疏密程度可知，氓，再由a=m=罟知，A項正確；電場力的方向指向曲線的內(nèi)側(cè)，即沿電場線指向左，粒子從a運動到b處，電場力做負(fù)功，動能減小，電勢能增大，所以 B D 項正確，C 項錯誤.9.一個帶電粒子在勻強電場中運動的軌跡如圖6 中曲線AB所示，平行的虛線a、b、c、ditr表示該電場中的四個等勢面.不計粒子重力，下列說法中正確的是（）A 該粒子- -定帶正電B.四個等勢面中 a 等勢面的電勢一定最低C.該粒子由A到B過程中動能一定逐漸減小D.該粒子由A到

11、B過程中電勢能一定逐漸減小電場力，由于粒子帶電正負(fù)不確定，所以無法判斷電場線的方向，無法判斷電勢高低，A、B錯；由A到B的運動過程中，電場力做正功，所以粒子的動能增大，電勢能減小.C 錯，Di /S正確.題組三電勢能和電勢的計算/10.將一正電荷從無窮遠(yuǎn)處移至電場中M點，電場力做功為6.0X10 J,若將一個等量的負(fù)*弋尢孑電荷從電場中N點移向無窮遠(yuǎn)處，電場力做功為7.0X109J,貝U M N兩點的電勢$M$N有（）A. $M$NV0C$N$M $M 0D. $M $N 016對負(fù)電荷：WN=EN0 = qN,W7X109N=_ ；所以NVMV0，選項 C 正確.11.如圖 7 所示，把電荷

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