高中物理 第四節(jié) 電勢(shì)和電視能課件 新人教選修31

1、2021/8/11 星期三1第4節(jié) 電勢(shì)能和電勢(shì)2021/8/11 星期三2一、電場(chǎng)力做功的特點(diǎn)1、復(fù)習(xí)：功的計(jì)算2、如圖正電荷從靜止開始運(yùn)動(dòng)，求電場(chǎng)力對(duì)電荷做功情況。問：是什么能轉(zhuǎn)化為試探電荷的動(dòng)能？+2021/8/11 星期三3一、電場(chǎng)力做功的特點(diǎn)3、電場(chǎng)力做功情況分析+直線+曲線+傾斜直線結(jié)論：靜電力做功只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)。 說明1：雖然上式以勻強(qiáng)電場(chǎng)進(jìn)行推導(dǎo)，但其結(jié)論對(duì)任意電場(chǎng)均成立。說明2：只要初、末位置A、B確定了，移動(dòng)電荷做功WAB就確定，與路徑無關(guān)。2021/8/11 星期三4一、電場(chǎng)力做功的特點(diǎn)3、電場(chǎng)力做功情況分析針對(duì)練習(xí)例1（2000。

2、上海）如圖，在場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中有相聚為L的A、B兩點(diǎn)，連線AB與電場(chǎng)線的夾角為，將一電荷量為q的正電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，若沿直線AB移動(dòng)該電荷，電場(chǎng)力做的功W1=_，若沿路徑ACB移動(dòng)該電荷，電場(chǎng)力做功W2=_，若沿曲線ADB移動(dòng)該電荷，電場(chǎng)力做功W3=_。2021/8/11 星期三5二、電勢(shì)能1、電勢(shì)能與重力勢(shì)能的比較 重力做功與通過的路徑無關(guān)，只與始末位置的相對(duì)高度有關(guān)。 靜電力做功與通過的路徑無關(guān)，只與始末位置在電場(chǎng)線方向的距離有關(guān)。 重力勢(shì)能：物體由于高度和位置而具有的能量，叫重力勢(shì)能（EP）。重力勢(shì)能電勢(shì)能 電勢(shì)能：由于移動(dòng)電荷時(shí)靜電力做功與移動(dòng)的路徑無關(guān)，電荷在電場(chǎng)中也具有勢(shì)能，

3、這種勢(shì)能我們叫做電勢(shì)能。電勢(shì)能用Ep表示。 2021/8/11 星期三6二、電勢(shì)能1、電視能與重力勢(shì)能的比較重力勢(shì)能電勢(shì)能 重力做正功，重力勢(shì)能減少；重力做負(fù)功，重力勢(shì)能增加。 靜電力做正功，電勢(shì)能減少；靜電力做負(fù)功，電勢(shì)能增加。 靜電力做的功等于電勢(shì)能的減少量。 重力做的功等于重力勢(shì)能的減少量。2021/8/11 星期三7二、電勢(shì)能2、思考與討論：對(duì)不同的電荷從A運(yùn)動(dòng)到B的過程中，電勢(shì)能的變化情況： 1、正電荷從A運(yùn)動(dòng)到B做正功，即有WAB0，則EpAEpB，電勢(shì)能減少。正電荷順著電場(chǎng)線的方向其電勢(shì)能逐漸減少。2、負(fù)電荷從A運(yùn)動(dòng)到B做負(fù)功，即有WAB0，則EpA B，場(chǎng)強(qiáng)EAEBB、電勢(shì)A

4、B，場(chǎng)強(qiáng)EAEPB場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)弱看疏密，電勢(shì)高低看箭頭。2021/8/11 星期三16四、電勢(shì)6、電勢(shì)的相關(guān)練習(xí)例題2：把q1=4109C的試探電荷放在電場(chǎng)中的A點(diǎn),具有6108J的電勢(shì)能,求A點(diǎn)的電勢(shì).若把q2=21010C的試探電荷放在電場(chǎng)中的A點(diǎn),電荷所具有的電勢(shì)能是多少?練習(xí)：在同一條電場(chǎng)線上有A、B、C 三點(diǎn),將q=610-6 C 的點(diǎn)電荷由A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn),電場(chǎng)力做什么功?做多少功?電勢(shì)能變化了多少?在將該電荷由B點(diǎn)移到C點(diǎn),電場(chǎng)力做什么功?做多少功?電勢(shì)能變化了多少? 2021/8/11 星期三17四、電勢(shì)6、電勢(shì)的相關(guān)練習(xí)例題3：在靜電場(chǎng)中,把一個(gè)電荷量q=2.0105C的負(fù)電荷由M點(diǎn)

5、移到N點(diǎn),電場(chǎng)力做功6.0 104J,由N點(diǎn)移到P點(diǎn),電場(chǎng)力做負(fù)功1.0 103J,則M、N、P三點(diǎn)的電勢(shì)高低關(guān)系是？2021/8/11 星期三18四、電勢(shì)6、電勢(shì)的相關(guān)練習(xí)例題4：一負(fù)電荷僅受電場(chǎng)力的作用，從電場(chǎng)中的A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，在此過程中該電荷做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，則A、B兩點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度EA、EB及該電荷在A、B兩點(diǎn)的電勢(shì)能EPA、EPB之間的關(guān)系是（ ）例題5：如圖，是某電場(chǎng)中的一條直線，一電子從a點(diǎn)由靜止釋放，它將沿直線向b點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，下列有關(guān)該電場(chǎng)情況判斷正確的是（ ）A.該電場(chǎng)一定是勻強(qiáng)電場(chǎng) B.場(chǎng)強(qiáng)Ea一定小于EbC.電子的電勢(shì)能EPaEPb D.電子的電勢(shì)能EPaq2）。將

6、細(xì)線拉直并使之與電場(chǎng)方向平行，如圖所示，若將兩小球同時(shí)從靜止?fàn)顟B(tài)釋放，則釋放后細(xì)線中的張力T為多少？（不計(jì)重力及兩小球之間的庫倫力）解：由題意分析可知，兩小球由靜止開始運(yùn)動(dòng)，且受力恒定所以必為勻加速，以1為研究對(duì)象得：再以2為研究對(duì)象得：2021/8/11 星期三34六、補(bǔ)充練習(xí) 5、（變式）變式：電荷量均為-q、質(zhì)量分別為m和3m的兩小球A和B，中間連接質(zhì)量不計(jì)的細(xì)線，在豎直方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)中以恒定的速度v0勻速上升，若不計(jì)兩帶電小球間的庫侖力，某時(shí)刻細(xì)線斷開，求此時(shí)A、B兩球的加速度。解：以A、B為系統(tǒng)，開始時(shí)兩小球勻速運(yùn)動(dòng)，則滿足：斷開后以A為研究對(duì)象得：斷開后以A為研究對(duì)象得：2021/

7、8/11 星期三35六、補(bǔ)充練習(xí) 6、如下圖所示在豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，使一個(gè)帶負(fù)電的小球從斜軌道上的A點(diǎn)由靜止沿軌道滑下，若使小球恰好通過半徑為R的圓軌道頂端的B點(diǎn)時(shí)不至于落下來，求至少應(yīng)使A點(diǎn)在斜面軌道上的高度h為多少？（設(shè)軌道光滑絕緣，小球的重力大于所受的電場(chǎng)力）解：小球在B點(diǎn)剛好不下落，由牛頓第二定律得：從A點(diǎn)到B點(diǎn)，應(yīng)用動(dòng)能定理得：由以上兩式得：2021/8/11 星期三36六、補(bǔ)充練習(xí) 6、如下圖所示在豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，使一個(gè)帶負(fù)電的小球從斜軌道上的A點(diǎn)由靜止沿軌道滑下，若使小球恰好通過半徑為R的圓軌道頂端的B點(diǎn)時(shí)不至于落下來，求至少應(yīng)使A點(diǎn)在斜面軌道上的高度h為多少？（設(shè)軌道

8、光滑絕緣，小球的重力大于所受的電場(chǎng)力）追問：在最低點(diǎn)C處軌道對(duì)小球的支持力為多少？解：小球從A點(diǎn)到C點(diǎn)，由動(dòng)能定理得：在C點(diǎn)由牛二定律和圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律得：由以上兩式得：2021/8/11 星期三37六、補(bǔ)充練習(xí) 7、變式：題中其它條件不變，只改變小球電性，則結(jié)果如何？解：小球在B點(diǎn)剛好不下落，由牛頓第二定律得：從A點(diǎn)到B點(diǎn)，應(yīng)用動(dòng)能定理得：由以上兩式得：2021/8/11 星期三38六、補(bǔ)充練習(xí) 8、在方向水平的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，一不可伸長的不導(dǎo)電細(xì)線連著一個(gè)質(zhì)量為m，電量為+q的帶電小球，令一端固定于O點(diǎn)，將小球拉起至細(xì)線于場(chǎng)強(qiáng)平行，然后無初速度釋放，則小球沿圓弧作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。已知小球擺到最低點(diǎn)的令一

9、側(cè)，線與豎直方向的最大夾角為（如圖）求（1）勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)；（2）小球經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)細(xì)線對(duì)小球的拉力。解(1）從右側(cè)最高到左側(cè)最高，由動(dòng)能定理得：2021/8/11 星期三39六、補(bǔ)充練習(xí) 8、在方向水平的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，一不可伸長的不導(dǎo)電細(xì)線連著一個(gè)質(zhì)量為m，電量為+q的帶電小球，令一端固定于O點(diǎn)，將小球拉起至細(xì)線于場(chǎng)強(qiáng)平行，然后無初速度釋放，則小球沿圓弧作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。已知小球擺到最低點(diǎn)的令一側(cè)，線與豎直方向的最大夾角為（如圖）求（1）勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)；（2）小球經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)細(xì)線對(duì)小球的拉力。解(2）從右側(cè)最高到最低點(diǎn)，由動(dòng)能定理得：再由牛二定律和圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律得：2021/8/11 星期三40六、補(bǔ)充

10、練習(xí) 8、在方向水平的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，一不可伸長的不導(dǎo)電細(xì)線連著一個(gè)質(zhì)量為m，電量為+q的帶電小球，令一端固定于O點(diǎn)，將小球拉起至細(xì)線于場(chǎng)強(qiáng)平行，然后無初速度釋放，則小球沿圓弧作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。已知小球擺到最低點(diǎn)的令一側(cè)，線與豎直方向的最大夾角為=37o（如圖）追問（3）求從右側(cè)最高到左側(cè)最低過程中，速度最大值？解(3）分析：由（1）可知：2021/8/11 星期三41六、補(bǔ)充練習(xí) 8、在方向水平的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，一不可伸長的不導(dǎo)電細(xì)線連著一個(gè)質(zhì)量為m，電量為+q的帶電小球，令一端固定于O點(diǎn)，將小球拉起至細(xì)線于場(chǎng)強(qiáng)平行，然后無初速度釋放，則小球沿圓弧作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。已知小球擺到最低點(diǎn)的令一側(cè)，線與豎直方向的最大

11、夾角為=37o（如圖）追問（3）求從右側(cè)最高到左側(cè)最低過程中，速度最大值？解(3）若=37o ，則由1結(jié)論得：由力學(xué)知識(shí)知，等效最低位置與豎直夾角為，滿足：由右側(cè)最高到等效最低，動(dòng)能定理：2021/8/11 星期三42六、補(bǔ)充練習(xí) 9、變式二：如圖豎直平面內(nèi)的光滑絕緣軌道，整個(gè)裝置處于水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，帶負(fù)電荷的小球從高出水平軌道h處的A點(diǎn)由靜止開始下滑，沿軌道ABC運(yùn)動(dòng)后進(jìn)入圓環(huán)內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，已知小球所受電場(chǎng)力是其重力的3/4，圓環(huán)半徑為R，斜面AB與水平方向的夾角=53o，水平軌道的長度xBC=2R，若要使小球在圓環(huán)內(nèi)能做完整的圓周運(yùn)動(dòng)，則h=？解：由上題結(jié)論可知，有等效最低點(diǎn)，必然存

12、在等效最高點(diǎn)，由力的合成得：即等效最高點(diǎn)為D點(diǎn)，在D點(diǎn)時(shí)球與環(huán)的彈力為零：從A點(diǎn)到D點(diǎn)動(dòng)能定理得：2021/8/11 星期三43六、補(bǔ)充練習(xí) 10、如圖所示，質(zhì)量為m、帶電量為+q的小球從距地面高為h處以一定的初速度水平拋出。在距拋出點(diǎn)水平距離為L處有一根管口比小球直徑略大的豎直細(xì)管，管的上方距地面h/2.為使小球能無碰撞地通過管子，可在管子上方的整個(gè)區(qū)域里加一個(gè)方向水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)，求（1）小球的初速度；（2）電場(chǎng)強(qiáng)度E的大??；（3）小球落地時(shí)的動(dòng)能。解（1）水平勻減速，豎直自由落體，水平無碰撞地通過管子，則到達(dá)管上方瞬間速度為零：2021/8/11 星期三44六、補(bǔ)充練習(xí) 10、如圖所示，質(zhì)量為m、帶電量為+q的小球從距地面高為h處以一定的初速度水平拋出。在距拋出點(diǎn)水平距離為L處有一根管口比小球直徑略大的豎直細(xì)管，管的上方距地面h/2.為使小球能無碰撞地通過管子，可在管子上方的整個(gè)區(qū)域里加一個(gè)方向水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)，求（1）小球的初速度；（2）電場(chǎng)強(qiáng)度E的大?。唬?）小球落地時(shí)的動(dòng)能。解（2）設(shè)小球水平方向的加速度為a，則有：2021/8/11 星期三45六、補(bǔ)充練習(xí) 10、如圖所示，質(zhì)量為m、帶電量為+q的小球從距