高二物理電勢(shì)能和電勢(shì)(共10頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第4節(jié)電勢(shì)能和電勢(shì).要點(diǎn)一 判斷電勢(shì)高低的方法電場(chǎng)具有力的性質(zhì)和能的性質(zhì)，描述電場(chǎng)的物理量有電勢(shì)、電勢(shì)能、靜電力、靜電力做功等，為了更好地描述電場(chǎng)，還有電場(chǎng)線、等勢(shì)面等概念，可以從多個(gè)角度判斷電勢(shì)高低1在正電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)中，離電荷越近電勢(shì)越高，在負(fù)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)中，離電荷越近，電勢(shì)越低2電勢(shì)的正負(fù)若以無(wú)窮遠(yuǎn)處電勢(shì)為零，則正點(diǎn)電荷周圍各點(diǎn)電勢(shì)為正，負(fù)點(diǎn)電荷周圍各點(diǎn)電勢(shì)為負(fù)3利用電場(chǎng)線判斷電勢(shì)高低沿電場(chǎng)線的方向電勢(shì)越來(lái)越低4根據(jù)只在靜電力作用下電荷的移動(dòng)情況來(lái)判斷只在靜電力作用下，電荷由靜止開(kāi)始移動(dòng)，正電荷總是由電勢(shì)高的點(diǎn)移向電勢(shì)低的點(diǎn)；負(fù)電荷總是由電勢(shì)低的點(diǎn)移向電勢(shì)高的

2、點(diǎn)但它們都是由電勢(shì)能高的點(diǎn)移向電勢(shì)能低的點(diǎn)要點(diǎn)二 理解等勢(shì)面及其與電場(chǎng)線的關(guān)系1電場(chǎng)線總是與等勢(shì)面垂直的(因?yàn)槿绻妶?chǎng)線與等勢(shì)面不垂直，電場(chǎng)在等勢(shì)面上就有分量，在等勢(shì)面上移動(dòng)電荷，靜電力就會(huì)做功)，因此，電荷沿電場(chǎng)線移動(dòng)，靜電力必定做功，而電荷沿等勢(shì)面移動(dòng)，靜電力必定不做功2在同一電場(chǎng)中，等差等勢(shì)面的疏密也反映了電場(chǎng)的強(qiáng)弱，等勢(shì)面密處，電場(chǎng)線密，電場(chǎng)也強(qiáng)，反之則弱3已知等勢(shì)面，可以畫出電場(chǎng)線；已知電場(chǎng)線，也可以畫出等勢(shì)面4電場(chǎng)線反映了電場(chǎng)的分布情況，它是一簇帶箭頭的不閉合的有向曲線，而等勢(shì)面是一系列的電勢(shì)相等的點(diǎn)構(gòu)成的面，可以是封閉的，也可以是不封閉的要點(diǎn)三 等勢(shì)面的特點(diǎn)和應(yīng)用1特點(diǎn)(1)在同

3、一等勢(shì)面內(nèi)任意兩點(diǎn)間移動(dòng)電荷時(shí)，靜電力不做功(2)在空間沒(méi)有電荷的地方兩等勢(shì)面不相交(3)電場(chǎng)線總是和等勢(shì)面垂直，且從電勢(shì)較高的等勢(shì)面指向電勢(shì)較低的等勢(shì)面(4)在電場(chǎng)線密集的地方，等差等勢(shì)面密集在電場(chǎng)線稀疏的地方，等差等勢(shì)面稀疏(5)等勢(shì)面是虛擬的，為描述電場(chǎng)的性質(zhì)而假想的面2應(yīng)用(1)由等勢(shì)面可以判斷電場(chǎng)中各點(diǎn)電勢(shì)的高低及差別(2)由等勢(shì)面可以判斷電荷在電場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)靜電力做功的情況(3)由于等勢(shì)面和電場(chǎng)線垂直，已知等勢(shì)面的形狀分布，可以繪制電場(chǎng)線，從而確定電場(chǎng)大體分布(4)由等差等勢(shì)面的疏密，可以定性地確定某點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的大小.1.重力做功和靜電力做功的異同點(diǎn)如何？重力做功靜電力做功相似點(diǎn)重力對(duì)物

4、體做正功，物體重力勢(shì)能減少，重力對(duì)物體做負(fù)功，物體重力勢(shì)能增加其數(shù)值與路徑無(wú)關(guān)，只與始末位置有關(guān)靜電力對(duì)電荷做正功，電荷電勢(shì)能減少，靜電力對(duì)電荷做負(fù)功，電荷電勢(shì)能增加其數(shù)值與路徑無(wú)關(guān)，只與始末位置有關(guān)不同點(diǎn)重力只有引力，正、負(fù)功比較容易判斷例如，物體上升，重力做負(fù)功由于存在兩種電荷，靜電力做功和重力做功有很大差異例如：在同一電場(chǎng)中沿同一方向移動(dòng)正電荷與移動(dòng)負(fù)電荷，電荷電勢(shì)能的變化是相反的，靜電力做功的正負(fù)也是相反的應(yīng)用由重力做功的特點(diǎn)引入重力勢(shì)能由靜電力做功的特點(diǎn)引入了電勢(shì)能2.電勢(shì)和電勢(shì)能的區(qū)別和聯(lián)系是什么？電勢(shì)電勢(shì)能Ep物理意義反映電場(chǎng)的能的性質(zhì)的物理量，即已知電勢(shì)就可以知道任意電荷在該點(diǎn)

5、的電勢(shì)能電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)所具有的能量相關(guān)因素電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電勢(shì)的大小，只跟電場(chǎng)本身有關(guān)，跟檢驗(yàn)電荷q無(wú)關(guān)電勢(shì)能大小是由點(diǎn)電荷q和該點(diǎn)電勢(shì)共同決定的大小正負(fù)電勢(shì)沿電場(chǎng)線逐漸下降，取定零電勢(shì)點(diǎn)后，某點(diǎn)的電勢(shì)高于零者，為正值；某點(diǎn)的電勢(shì)低于零者，為負(fù)值正點(diǎn)電荷(q)：電勢(shì)能的正負(fù)跟電勢(shì)的正負(fù)相同負(fù)點(diǎn)電荷(q)：電勢(shì)能的正負(fù)跟電勢(shì)的正負(fù)相反單位伏特V焦耳J聯(lián)系Epq3.常見(jiàn)電場(chǎng)等勢(shì)面和電場(chǎng)線的圖示應(yīng)該怎樣畫？(1)點(diǎn)電荷電場(chǎng)：等勢(shì)面是以點(diǎn)電荷為球心的一簇球面，越向外越稀疏，如圖145所示圖145(2)等量異種點(diǎn)電荷的電場(chǎng)：是兩簇對(duì)稱曲面，兩點(diǎn)電荷連線的中垂面是一個(gè)等勢(shì)面如圖146所示在從正電荷到負(fù)電荷

6、的連線上電勢(shì)逐漸降低，A>A；在中垂線上BB.圖146(3)等量同種點(diǎn)電荷的電場(chǎng)：是兩簇對(duì)稱曲面，如圖147所示，在AA線上O點(diǎn)電勢(shì)最低；在中垂線上O點(diǎn)電勢(shì)最高，向兩側(cè)電勢(shì)逐漸降低，A、A和B、B對(duì)稱等勢(shì)圖147(4)勻強(qiáng)電場(chǎng)：等勢(shì)面是與電場(chǎng)線垂直、間隔相等、相互平行的一簇平面，如圖148所示圖148一、電勢(shì)能【例1】 下列關(guān)于電荷的電勢(shì)能的說(shuō)法正確的是()A電荷在電場(chǎng)強(qiáng)度大的地方，電勢(shì)能一定大B電荷在電場(chǎng)強(qiáng)度為零的地方，電勢(shì)能一定為零C只在靜電力的作用下，電荷的電勢(shì)能一定減少D只在靜電力的作用下，電荷的電勢(shì)能可能增加，也可能減少答案D解析電荷的電勢(shì)能與電場(chǎng)強(qiáng)度無(wú)直接關(guān)系，A、B錯(cuò)誤；如

7、果電荷的初速度為零，電荷只在靜電力的作用下，做加速運(yùn)動(dòng)，電荷的電勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，電勢(shì)能減少，但如果電荷的初速度不為零，電荷可能在靜電力的作用下，先做減速運(yùn)動(dòng)，這樣靜電力對(duì)電荷做負(fù)功，電荷的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能，電勢(shì)能增加，所以C錯(cuò)誤，D正確二、判斷電勢(shì)的高低【例2】 在靜電場(chǎng)中，把一個(gè)電荷量為q2.0×105 C的負(fù)電荷由M點(diǎn)移到N點(diǎn)，靜電力做功6.0×104 J，由N點(diǎn)移到P點(diǎn)，靜電力做負(fù)功1.0×103 J，則M、N、P三點(diǎn)電勢(shì)高低關(guān)系是_ 答案N>M>P 解析首先畫一條電場(chǎng)線,如上圖所示.在中間位置附近畫一點(diǎn)作為M點(diǎn).因?yàn)橛蒑N靜電力做正功,而負(fù)電荷

8、所受靜電力與場(chǎng)強(qiáng)方向相反，則可確定N點(diǎn)在M點(diǎn)左側(cè)由NP靜電力做負(fù)功，即沿著電場(chǎng)線移動(dòng)，又因1.0×103 J>6.0×104 J，所以肯定移過(guò)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(shì)的高低關(guān)系是N>M>P.1.有一電場(chǎng)的電場(chǎng)線如圖149所示，圖149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()AEA>EB，A>BBEA>EB，A<BCEA<EB，A>BDEA<EB，A<B答案D2有關(guān)電場(chǎng)，下列說(shuō)法正確的是()A某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大，該點(diǎn)的電勢(shì)一定高B某點(diǎn)的電勢(shì)高，檢驗(yàn)電荷在該

9、點(diǎn)的電勢(shì)能一定大C某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為零，檢驗(yàn)電荷在該點(diǎn)的電勢(shì)能一定為零D某點(diǎn)的電勢(shì)為零，檢驗(yàn)電荷在該點(diǎn)的電勢(shì)能一定為零答案D3將一個(gè)電荷量為2×108 C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4×108 J，則M點(diǎn)電勢(shì)M_ V若將該電荷從M點(diǎn)移到N點(diǎn)，靜電力做功14×108 J，則N點(diǎn)電勢(shì)N_ V，MN兩點(diǎn)間的電勢(shì)差UMN_ V.答案257解析本題可以根據(jù)電勢(shì)差和電勢(shì)的定義式解決由WSMqUSM得USM V2 V而USMSM，所以MSUSM(02) V2 V由WMNqUMN得UMN V7 V而UMNMN，所以NMUMN2(7) V5 V4如圖1410所示圖141

10、0(1)在圖甲中，若規(guī)定EpA0，則EpB_0(填“>”“”或“<”)試分析靜電力做功情況及相應(yīng)的電勢(shì)能變化情況答案(1)<(2)見(jiàn)解析解析(1)AB移動(dòng)正電荷，WAB>0，故EpA>EpB，若EpA0，則EpB<0.(2)甲中從AB移動(dòng)負(fù)電荷，WAB<0，EpA<EpB乙中從BA移動(dòng)負(fù)電荷，WAB>0，EpA<EpB.題型一 靜電力做功和電勢(shì)能變化之間的關(guān)系 如圖1所示，圖1把電荷量為5×109 C的電荷，從電場(chǎng)中的A點(diǎn)移到B點(diǎn)，其電勢(shì)能_(選填“增加”、“減少”或“不變”)；若A點(diǎn)的電勢(shì)UA15 V，B點(diǎn)的電勢(shì)UB10

11、V，則此過(guò)程中靜電力做的功為_(kāi) J.思維步步高電勢(shì)能變化和靜電力做功有什么關(guān)系？負(fù)電荷從A點(diǎn)移動(dòng)到B，靜電力做正功還是負(fù)功？靜電力做功和電勢(shì)能的變化在數(shù)值上有什么關(guān)系？解析將電荷從電場(chǎng)中的A點(diǎn)移到B點(diǎn)，靜電力做負(fù)功，其電勢(shì)能增加；A點(diǎn)的電勢(shì)能為EpAqUA，B點(diǎn)的電勢(shì)能為EpBqUB，靜電力做功等于電勢(shì)能變化量的相反數(shù)，即WEpAEpB2.5×108 J.答案增加2.5×108 J拓展探究如果把該電荷從B點(diǎn)移動(dòng)到A點(diǎn)，電勢(shì)能怎么變化？靜電力做功的數(shù)值是多少？如果是一個(gè)正電荷從B點(diǎn)移動(dòng)到A點(diǎn)，正電荷的帶電荷量是5×109 C，電勢(shì)能怎么變化？靜電力做功如何？答案減少

12、2.5×108 J增加2.5×108 J解析如果把該電荷從B點(diǎn)移動(dòng)到A點(diǎn)，靜電力做正功，電勢(shì)能減少靜電力做功為2.5×108 J；如果電荷的帶電性質(zhì)為正電荷，從B點(diǎn)移動(dòng)到A點(diǎn)，靜電力做負(fù)功，電勢(shì)能增加了，靜電力做負(fù)功，數(shù)值為2.5×108 J.電場(chǎng)中的功能關(guān)系：靜電力做功是電荷電勢(shì)能變化的量度，具體來(lái)講，靜電力對(duì)電荷做正功時(shí)，電荷的電勢(shì)能減少；靜電力對(duì)電荷做負(fù)功時(shí)，電荷的電勢(shì)能增加，并且，電勢(shì)能增加或減少的數(shù)值等于靜電力做功的數(shù)值電荷僅受靜電力作用時(shí)，電荷的電勢(shì)能與動(dòng)能之和守恒電荷僅受靜電力和重力作用時(shí)，電荷的電勢(shì)能與機(jī)械能之和守恒. 題型二 電場(chǎng)中的功

13、能關(guān)系 質(zhì)子和中子是由更基本的粒子即所謂“夸克”組成的兩個(gè)強(qiáng)作用電荷相反(類似于正負(fù)電荷)的夸克在距離很近時(shí)幾乎沒(méi)有相互作用(稱為“漸近自由”)；在距離較遠(yuǎn)時(shí)，它們之間就會(huì)出現(xiàn)很強(qiáng)的引力(導(dǎo)致所謂“夸克禁閉”)作為一個(gè)簡(jiǎn)單的模型，設(shè)這樣的兩夸克之間的相互作用力F與它們之間的距離r的關(guān)系為F式中F0為大于零的常量，負(fù)號(hào)表示引力用U表示夸克間的勢(shì)能，令U0F0(r2r1)，取無(wú)窮遠(yuǎn)為零勢(shì)能點(diǎn)下列Ur圖示中正確的是()思維步步高零勢(shì)能面的規(guī)定有何用處？無(wú)窮遠(yuǎn)處的勢(shì)能和rr2處的勢(shì)能是否相同？當(dāng)r<r1之后勢(shì)能怎么變化？解析從無(wú)窮遠(yuǎn)處電勢(shì)為零開(kāi)始到rr2位置，勢(shì)能恒定為零，在rr2到rr1過(guò)程中

14、，恒定引力做正功，勢(shì)能逐漸均勻減小，即勢(shì)能為負(fù)值且越來(lái)越小，此過(guò)程圖象為A、B選項(xiàng)中所示；r<r1之后勢(shì)能不變，恒定為U0，由引力做功等于勢(shì)能減少量，故U0F0(r2r1)答案B拓展探究空間存在豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)，圖2質(zhì)量為m的帶正電的微粒水平射入電場(chǎng)中，微粒的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖2所示，在相等的時(shí)間間隔內(nèi)()A重力做的功相等B靜電力做的功相等C靜電力做的功大于重力做的功D靜電力做的功小于重力做的功答案C解析根據(jù)微粒的運(yùn)動(dòng)軌跡可知靜電力大于重力，故選項(xiàng)C正確由于微粒做曲線運(yùn)動(dòng)，故在相等時(shí)間間隔內(nèi)，微粒的位移不相等，故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤電勢(shì)能大小的判斷方法：利用Epq來(lái)進(jìn)行判斷，電勢(shì)能的正負(fù)號(hào)是表示大

15、小的，在應(yīng)用時(shí)把電荷量和電勢(shì)都帶上正負(fù)號(hào)進(jìn)行分析判斷利用做功的正負(fù)來(lái)判斷，不管正電荷還是負(fù)電荷，靜電力對(duì)電荷做正功，電勢(shì)能減少；靜電力對(duì)電荷做負(fù)功，電勢(shì)能增加. 一、選擇題1一點(diǎn)電荷僅受靜電力作用，由A點(diǎn)無(wú)初速釋放，先后經(jīng)過(guò)電場(chǎng)中的B點(diǎn)和C點(diǎn)點(diǎn)電荷在A、B、C三點(diǎn)的電勢(shì)能分別用EA、EB、EC表示，則EA、EB和EC間的關(guān)系可能是()AEA>EB>ECBEA<EB<ECCEA<EC<EB DEA>EC>EB答案AD解析點(diǎn)電荷在僅受靜電力作用的情況下，動(dòng)能和電勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，動(dòng)能最小時(shí)，電勢(shì)能最大，故EAEB，EAEC，A、D正確2如圖3所示電場(chǎng)中A

16、、B兩點(diǎn)，圖3則下列說(shuō)法正確的是()A電勢(shì)A>B，場(chǎng)強(qiáng)EA>EBB電勢(shì)A>B，場(chǎng)強(qiáng)EA<EBC將電荷q從A點(diǎn)移到B點(diǎn)靜電力做了正功D將電荷q分別放在A、B兩點(diǎn)時(shí)具有的電勢(shì)能EpA>EpB答案BC解析場(chǎng)強(qiáng)是描述靜電力的性質(zhì)的物理量；電勢(shì)是描述電場(chǎng)能的性質(zhì)的物理量，二者無(wú)必然的聯(lián)系場(chǎng)強(qiáng)大的地方電勢(shì)不一定大，電勢(shì)大的地方，場(chǎng)強(qiáng)不一定大，另根據(jù)公式Epq知，負(fù)電荷在電勢(shì)低的地方電勢(shì)能反而大3如圖4所示，圖4某區(qū)域電場(chǎng)線左右對(duì)稱分布，M、N為對(duì)稱線上的兩點(diǎn)下列說(shuō)法正確的是()AM點(diǎn)電勢(shì)一定高于N點(diǎn)電勢(shì)BM點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)一定大于N點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)C正電荷在M點(diǎn)的電勢(shì)能大于在N點(diǎn)的電勢(shì)能D將電子

17、從M點(diǎn)移動(dòng)到N點(diǎn)，靜電力做正功答案AC解析由圖示電場(chǎng)線的分布示意圖可知，MN所在直線的電場(chǎng)線方向由M指向N，則M點(diǎn)電勢(shì)一定高于N點(diǎn)電勢(shì)；由于N點(diǎn)所在處電場(chǎng)線分布密，所以N點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大于M點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)；正電荷在電勢(shì)高處電勢(shì)能大，故在M點(diǎn)電勢(shì)能大于在N點(diǎn)電勢(shì)能；電子從M點(diǎn)移動(dòng)到N點(diǎn)，靜電力做負(fù)功綜上所述，A、C選項(xiàng)正確4兩個(gè)帶異種電荷的物體間的距離增大一些時(shí)()A靜電力做正功，電勢(shì)能增加B靜電力做負(fù)功，電勢(shì)能增加C靜電力做負(fù)功，電勢(shì)能減少D靜電力做正功，電勢(shì)能減少答案B解析異種電荷之間是引力，距離增大時(shí)，引力做負(fù)功，電勢(shì)能增加5如圖5所示，圖5O為兩個(gè)等量異種電荷連線的中點(diǎn)，P為連線中垂線上的一點(diǎn)，比較O、

18、P兩點(diǎn)的電勢(shì)和場(chǎng)強(qiáng)大小()AOP，EO>EPBOP，EOEPCO>P，EOEPDOP，EO<EP答案A6在圖6中虛線表示某一電場(chǎng)的等勢(shì)面，圖6現(xiàn)在用外力將負(fù)點(diǎn)電荷q從a點(diǎn)沿直線aOb勻速移動(dòng)到b，圖中cd為O點(diǎn)等勢(shì)面的切線，則當(dāng)電荷通過(guò)O點(diǎn)時(shí)外力的方向()A平行于abB平行于cdC垂直于abD垂直于cd答案D7如圖7所示，圖7固定在Q點(diǎn)的正點(diǎn)電荷的電場(chǎng)中有M、N兩點(diǎn)，已知<.下列敘述正確的是()A若把一正的點(diǎn)電荷從M點(diǎn)沿直線移到N點(diǎn)，則靜電力對(duì)該電荷做功，電勢(shì)能減少B若把一正的點(diǎn)電荷從M點(diǎn)沿直線移到N點(diǎn)，則該電荷克服靜電力做功，電勢(shì)能增加C若把一負(fù)的點(diǎn)電荷從M點(diǎn)沿直線移

19、到N點(diǎn)，則靜電力對(duì)該電荷做功，電勢(shì)能減少D若把一負(fù)的點(diǎn)電荷從M點(diǎn)沿直線移到N點(diǎn)，再?gòu)腘點(diǎn)沿不同路徑移回到M點(diǎn)；則該電荷克服靜電力做的功等于靜電力對(duì)該電荷所做的功，電勢(shì)能不變答案AD解析由點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)的特點(diǎn)可知，M點(diǎn)的電勢(shì)高，N點(diǎn)的電勢(shì)低，所以正電荷從M點(diǎn)到N點(diǎn)，靜電力做正功，電勢(shì)能減少，故A對(duì)，B錯(cuò)；負(fù)電荷由M點(diǎn)到N點(diǎn)，克服靜電力做功，電勢(shì)能增加，故C錯(cuò)；靜電力做功與路徑無(wú)關(guān)，負(fù)點(diǎn)電荷又回到M點(diǎn)，則整個(gè)過(guò)程中靜電力不做功，電勢(shì)能不變，故D對(duì)二、計(jì)算論述題8如圖8所示，圖8平行板電容器兩極板間有場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)，且?guī)д姷臉O板接地一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子(不計(jì)重力)從x軸上坐標(biāo)為x0處?kù)o止釋放(1)求該粒子在x0處的電勢(shì)能Epx0.(2)試從牛頓第二定律出發(fā)，證明該帶電粒子在極板間運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，其動(dòng)能與電勢(shì)能之和保持不變答案(1)qEx0(2)見(jiàn)解析解析(1)粒子由x0到O處?kù)o電力做的功為：W電qEx0W電(0Epx0)聯(lián)立得：Epx0qEx0(2)在x軸上任取兩點(diǎn)x1、x2，速度分別為v1、v2.FqEmavv2a(