高中物理 6.2電場能的性質(zhì)課件 魯教選修31

1、2021/8/11 星期三16.2 電場能的性質(zhì)2021/8/11 星期三2知 識 精 要高效梳理知識備考2021/8/11 星期三3一電勢差UAB1.定義:電荷在電場中,由一點(diǎn)A移動到另一點(diǎn)B時(shí),靜電力所做的功與移動電荷電荷量的比值WAB/q,叫做AB兩點(diǎn)間的電勢差,用UAB表示.2.定義式:UAB3.單位:伏特,1 V=1 J/C.4.矢標(biāo)性:是標(biāo)量,但有正負(fù),正負(fù)表示電勢的高低.2021/8/11 星期三4二電勢1.定義:電勢實(shí)質(zhì)上是和標(biāo)準(zhǔn)位置的電勢差,即電場中某點(diǎn)的電勢,在數(shù)值上等于把單位正電荷從某點(diǎn)移到標(biāo)準(zhǔn)位置(零電勢點(diǎn))時(shí)靜電力所做的功.2.定義式:A=UAB= .(B=0)3.單

2、位:伏特.4.矢標(biāo)性:是標(biāo)量,但有正負(fù).電勢的正負(fù)表示該點(diǎn)電勢比零電勢點(diǎn)高還是低.2021/8/11 星期三5三電勢能Ep1.定義:電荷在電場中某點(diǎn)的電勢能在數(shù)值上等于把電荷從這一點(diǎn)移到電勢能為零處(電勢為零)靜電力所做的功.2.定義式:Ep=q.3.單位:焦耳(J).4.矢標(biāo)性:標(biāo)量.2021/8/11 星期三65.電場力做功與電勢能變化的關(guān)系(1)靜電力對電荷做正功,電荷的電勢能減少;靜電力對電荷做負(fù)功,電荷的電勢能增加.(2)靜電力對電荷做的功等于電荷電勢能的變化量,所以靜電力的功是電荷電勢能變化的量度.用Ep表示電勢能,則將電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn),有WAB=qUAB=qA-qB或WAB=E

3、pA-EpB=-Ep.2021/8/11 星期三7四等勢面1.定義:在電場中電勢相同的點(diǎn)構(gòu)成的面叫做等勢面.2.等勢面的特點(diǎn)(1)等勢面一定跟電場線垂直;(2)電場線總是從電勢較高的等勢面指向電勢較低的等勢面;(3)任意兩等勢面都不會相交;(4)電荷在同一等勢面上移動,電場力做的功為零;(5)電場強(qiáng)度較大的地方,等差等勢面較密.2021/8/11 星期三8五勻強(qiáng)電場中電勢差和電場強(qiáng)度的關(guān)系1.勻強(qiáng)電場中電勢差U和電場強(qiáng)度E的關(guān)系式為:U=Ed.2.說明:(1)U=Ed只適用于勻強(qiáng)電場的計(jì)算.(2)式中d的含義是某兩點(diǎn)沿電場線方向上的距離,或兩點(diǎn)所在等勢面間距.由此可知,電場強(qiáng)度的方向是電勢降落

4、最快的方向.2021/8/11 星期三9雙 基 精 練自主探究基礎(chǔ)備考2021/8/11 星期三101.在靜電場中,將一電子從A點(diǎn)移到B點(diǎn),靜電力做了正功,則( )A.電場強(qiáng)度的方向一定是由A點(diǎn)指向B點(diǎn)B.電場強(qiáng)度的方向一定是由B點(diǎn)指向A點(diǎn)C.電子在A點(diǎn)的電勢能一定比在B點(diǎn)高D.電子在B點(diǎn)的電勢能一定比在A點(diǎn)高答案:C2021/8/11 星期三11解析:電子由AB電場力做正功,電勢能減少,故C對.因無法確定電場力的具體情況,故無法判斷場強(qiáng)方向,由靜電力對電子做功為正,只能判斷出B點(diǎn)電勢高于A點(diǎn)電勢,若滿足從B到A為電勢降落最快,才可以說B選項(xiàng)正確.2021/8/11 星期三122.關(guān)于電場強(qiáng)度

5、電勢和電勢能,下列說法中正確的是( )A.在電場中,電勢高的地方,電荷在該點(diǎn)具有的電勢能就大B.在電場中,電勢高的地方,放在該點(diǎn)的電荷的電荷量越大,它所具有的電勢能也越大C.在電場中電勢高的點(diǎn),電場強(qiáng)度一定大D.在負(fù)的點(diǎn)電荷所產(chǎn)生的電場中的任何一點(diǎn)上,正電荷所具有的電勢能一定小于負(fù)電荷所具有的電勢能2021/8/11 星期三13解析:電勢能由電荷和電場中的電勢共同決定,它們均有正負(fù),而且正大于負(fù),故AB均錯(cuò)誤.電場強(qiáng)度和電勢沒有必然聯(lián)系,故C錯(cuò).負(fù)電荷形成的電場中無限遠(yuǎn)處為零勢能點(diǎn),正電荷的電勢能為負(fù)值,負(fù)電荷的電勢能為正值,故D正確.答案:D2021/8/11 星期三143.將一正電荷從無限

6、遠(yuǎn)處移入電場中M點(diǎn),靜電力做功W1=610-9 J,若將一個(gè)等量的負(fù)電荷從電場中N點(diǎn)移向無限遠(yuǎn)處,靜電力做功W2=710-9 J,則MN兩點(diǎn)的電勢MN,有如下關(guān)系( )A.MNM0C.NMN0答案:C2021/8/11 星期三152021/8/11 星期三164.(2009山東濰坊質(zhì)檢)圖6-2-1如圖6-2-1所示的直線是真空中某電場的一條電場線,AB是這條直線上的兩點(diǎn).一帶正電粒子僅在電場力作用下,以速度vA經(jīng)過A點(diǎn)向B點(diǎn)運(yùn)動,經(jīng)過一段時(shí)間后,粒子以速度vB經(jīng)過B點(diǎn),且vA與vB方向相反,則( )2021/8/11 星期三17A.A點(diǎn)的場強(qiáng)一定大于B點(diǎn)的場強(qiáng)B.A點(diǎn)的電勢一定高于B點(diǎn)的電勢

7、C.粒子在A點(diǎn)的動能一定小于在B點(diǎn)的動能D.粒子在A點(diǎn)的電勢能一定小于在B點(diǎn)的電勢能答案:D2021/8/11 星期三18解析:根據(jù)該帶電粒子的運(yùn)動情況,可判定電場強(qiáng)度方向應(yīng)是由B指向A,由于只有一條電場線,故無法判斷AB兩點(diǎn)處的場強(qiáng)大小,A錯(cuò)誤;電場線的方向就是電勢降低的方向,故B錯(cuò)誤;由能量守恒可判斷,粒子在A點(diǎn)的動能大于在B點(diǎn)的動能,粒子在A點(diǎn)的電勢能一定小于在B點(diǎn)的電勢能,C錯(cuò)誤,D正確.2021/8/11 星期三19疑 難 精 講名師解疑能力備考2021/8/11 星期三20疑難點(diǎn)一.電勢是相對的還是絕對的?你用哪些方法來判斷電勢的高低?名師在線:1.電勢是具有相對性電勢的高低與參考

8、點(diǎn)的選取有關(guān),但電勢差與參考點(diǎn)的選取無關(guān),這一關(guān)系類似于高度與參考面的選取有關(guān),高度差與參考面的選取無關(guān).一般選無窮遠(yuǎn)或電場中的接地點(diǎn)為零電勢點(diǎn),但電勢又是客觀的,由電場本身決定,與是否有試探電荷無關(guān).2021/8/11 星期三212.電勢高低的判斷(1)沿電場線方向,電勢越來越低.(2)由UAB=A-B,若UAB0,則AB;若UAB0,則AECx,A項(xiàng)正確;2021/8/11 星期三35同理可知O點(diǎn)場強(qiáng)最小,電荷在該點(diǎn)受到的電場力最小,C項(xiàng)錯(cuò)誤;沿電場方向電勢降低,在O點(diǎn)左側(cè),EBx的方向沿x軸負(fù)方向;在O點(diǎn)右側(cè),ECx的方向沿x軸正方向,所以B項(xiàng)錯(cuò)誤,D項(xiàng)正確.答案:AD2021/8/11

9、 星期三36易錯(cuò)點(diǎn)三不運(yùn)用規(guī)律解題導(dǎo)致出錯(cuò)自我診斷3靜電場中,帶電粒子在電場力作用下從電勢為a的a點(diǎn)運(yùn)動至電勢為b的b點(diǎn).若帶電粒子在ab兩點(diǎn)的速率分別為vavb,不計(jì)重力,則帶電粒子的比荷 為( )2021/8/11 星期三37 答案:C2021/8/11 星期三38題 型 研 練互動探究方法備考2021/8/11 星期三39題型一電勢電勢差的計(jì)算【例1】 有一帶電荷量q=-310-6 C的點(diǎn)電荷,從電場中的A點(diǎn)移到B點(diǎn)時(shí),克服電場力做功610-4 J,從B點(diǎn)移到C點(diǎn)時(shí),電場力做功910-4 J,問:(1)ABBCCA間電勢差各為多少?(2)如取B點(diǎn)電勢為零,則AC兩點(diǎn)的電勢各為多少?答案:

10、(1)200 V -300 V 100 V (2)200 V 300 V2021/8/11 星期三40解析:(1)方法一:先求電勢差的絕對值,再判斷正負(fù).因負(fù)電荷從A移到B克服電場力做功,必是從高電勢點(diǎn)移向低電勢點(diǎn),即AB,UAB=200 V.2021/8/11 星期三41因負(fù)電荷從B移到C電場力做正功,必是從低電勢點(diǎn)移到高電勢點(diǎn),即BBCD.電勢差UAB=UBC2021/8/11 星期三46解析:由題給的等勢線為同心圓可知,場源為位于圓心處的點(diǎn)電荷,越靠近點(diǎn)電荷,電場強(qiáng)度越大,所以電子沿AC運(yùn)動時(shí)受到的電場力越來越大,選項(xiàng)A錯(cuò);由電子只在電場力作用下由A向C運(yùn)動時(shí)速度越來越小,可知電場力做負(fù)

11、功,電勢能越來越大,選項(xiàng)B正確;電子所受電場力方向沿CA方向,即電場方向沿AC方向,場源點(diǎn)電荷為負(fù)電荷,電勢A點(diǎn)最高,C點(diǎn)最低,選項(xiàng)C正確;由A到C電場強(qiáng)度增加,因?yàn)锽為AC中點(diǎn),所以UAB0)質(zhì)量為m的粒子從O點(diǎn)以速率v0射入電場,運(yùn)動到A點(diǎn)時(shí)速率為2v0.現(xiàn)有另一帶電荷量為-q質(zhì)量為m的粒子以速率2v0仍從O點(diǎn)射入該電場,運(yùn)動到B點(diǎn)時(shí)速率為3v0.若忽略重力的影響,則( )A.在OAB三點(diǎn)中,B點(diǎn)電勢最高B.在OAB三點(diǎn)中,A點(diǎn)電勢最高C.OA間的電勢差比BO間的電勢差大D.OA間的電勢差比BO間的電勢差小答案:AD2021/8/11 星期三74解析:正電荷由O到A,動能變大,電場力做正功

12、,電勢能減小,電勢也減小,O點(diǎn)電勢較高;負(fù)電荷從O到B速度增大,電場力也做正功,電勢能減小,電勢升高,B點(diǎn)電勢比O點(diǎn)高.所以B點(diǎn)最高,A對;2021/8/11 星期三755.(2009寧夏卷)空間有一勻強(qiáng)電場,在電場中建立如圖6-2-10所示的直角坐標(biāo)系Oxyz,MNP為電場中的三個(gè)點(diǎn),M點(diǎn)的坐標(biāo)為(0,a,0),N點(diǎn)的坐標(biāo)為(a,0,0),P點(diǎn)的坐標(biāo)為( ).已知電場方向平行于直線MN,M點(diǎn)電勢為0,N點(diǎn)的電勢為1 V,則P點(diǎn)的電勢為( )2021/8/11 星期三76答案:D解析:將立體圖畫成平面圖,如圖6-2-11所示,可見P點(diǎn)沿電場線方向?yàn)镸N的四等分點(diǎn),故P點(diǎn)的電勢為 V,D正確.2

13、021/8/11 星期三772021/8/11 星期三786.如圖6-2-12所示,在粗糙水平面上固定一點(diǎn)電荷Q,在M點(diǎn)無初速度釋放一帶有恒定電荷量的小物塊,小物塊在Q的電場中運(yùn)動到N點(diǎn)靜止,則從M點(diǎn)運(yùn)動到N點(diǎn)過程中( )2021/8/11 星期三79A.小物塊所受電場力逐漸變大B.小物塊具有的電勢能逐漸減小C.M點(diǎn)的電勢一定高于N點(diǎn)的電勢D.小物塊電勢能變化量的大小一定大于克服摩擦力做的功答案:B2021/8/11 星期三80解析:從題目提供的信息可知,小物塊與點(diǎn)電荷Q帶同種電荷(均為正電或均為負(fù)電).小物塊遠(yuǎn)離Q時(shí),小物塊所在處場強(qiáng)變小,所受電場力變小;小物塊從MN,電場力做正功,電勢能變

14、小;因未知固定點(diǎn)電荷的帶電性質(zhì),故不能判定MN兩點(diǎn)電勢高低;據(jù)功能關(guān)系和題目條件,電場力做的功即電勢能的變化量大小一定等于克服摩擦力做的功.2021/8/11 星期三817.如圖6-2-13(a)是某一點(diǎn)電荷形成的電場中的一條電場線,AB是電場線上的兩點(diǎn),一負(fù)電荷q僅在電場力作用下以初速度v0從A運(yùn)動到B過程中的速度圖線如圖6-2-13(b)所示,則以下說法中正確的是( )2021/8/11 星期三82A.AB兩點(diǎn)的電場強(qiáng)度是EABC.負(fù)電荷q在AB兩點(diǎn)的電勢能大小是EpAEpBD.此電場一定是負(fù)電荷形成的電場答案:ABD2021/8/11 星期三83解析:由v-t圖知,負(fù)電荷q做加速度增大的

15、減速運(yùn)動,故所受電場力變大,電場強(qiáng)度變大,EBEA,A對;又因電場力的方向在(a)圖中向左,故電場線的方向?yàn)锳B,則AB,B正確;又Ep=qU,對負(fù)電荷q,EpAEpB,C錯(cuò);根據(jù)電場線的方向和電場強(qiáng)度的特點(diǎn)知,此電場一定是負(fù)電荷形成的電場,D對.2021/8/11 星期三848.一帶電油滴在勻強(qiáng)電場E中的運(yùn)動軌跡如圖6-2-14中虛線所示,電場方向豎直向下.若不計(jì)空氣阻力,則此帶電油滴從a運(yùn)動到b的過程中,能量的變化情況為( )2021/8/11 星期三85A.動能減少B.電勢能增加C.動能和電勢能之和減少D.重力勢能和電勢能之和增加答案:C2021/8/11 星期三86解析:該油滴從a點(diǎn)進(jìn)

16、入電場,根據(jù)其軌跡的彎曲方向,結(jié)合動力學(xué)中質(zhì)點(diǎn)做曲線運(yùn)動的條件,可以判斷電場力一定豎直向上,且電場力大于重力,所以油滴帶負(fù)電荷.運(yùn)動過程中合力向上做正功,根據(jù)動能定理,油滴動能增加,A錯(cuò)誤;電場力做正功,電勢能必然減少,B錯(cuò)誤;該處能量守恒的形式表現(xiàn)為電勢能機(jī)械能(動能+重力勢能)之和守恒,根據(jù)能量守恒定律,既然動能增加,則重力勢能與電勢能之和一定減少,D錯(cuò)誤;油滴上升,重力勢能增加,動能和電勢能之和必然減少,所以本題正確選項(xiàng)是C.2021/8/11 星期三879.如圖6-2-15所示,兩個(gè)完全相同的金屬小球AB,其中B固定在絕緣地板上,A在離B高H的正上方由靜止釋放下落,與B發(fā)生碰撞后回跳的

17、高度為h,若碰撞中無能量損失,空氣阻力不計(jì),則( )2021/8/11 星期三88A.若AB帶等量同種電荷,則hHC.若AB帶等量同種電荷,則h=HD.若AB帶等量異種電荷,則h=H答案:BC2021/8/11 星期三89解析:若AB帶等量同種電荷,下落過程和上升過程相應(yīng)位置處加速度相同,碰撞過程中AB帶電荷量不變,所以上升高度h=H.若AB帶等量異種電荷,下落過程加速度 .碰撞時(shí)電荷完全中和,AB都不帶電,A上升過程中加速度a=g,所以上升高度hH,故選項(xiàng)BC正確.2021/8/11 星期三9010.如圖6-2-16所示,豎直放置的勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧,上端與質(zhì)量為m的小球連接,下端與放在

18、水平桌面上的質(zhì)量為M的絕緣物塊相連,小球與彈簧絕緣,小球帶正電,帶電荷量為q,物塊彈簧和小球組成的系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài).現(xiàn)突然加上一個(gè)豎直向上,大小為E的勻強(qiáng)電場,某時(shí)刻物塊對水平面的壓力為零,則從加上勻強(qiáng)電場到物塊對水平面的壓力為零的過程中,小球電勢能改變量的大小為( )2021/8/11 星期三91答案:A解析:加上電場前mg=kx1,加上電場后,物塊對水平面壓力為零時(shí),Mg=kx2,由功能關(guān)系:電勢能的改變量等于電場力做的 功W=qE(x1+x2)= ,故A正確.2021/8/11 星期三92二非選擇題1.如圖6-2-17所示,在沿水平方向的勻強(qiáng)電場中有一固定點(diǎn)O,用一根長度為l=0.40

19、m的絕緣細(xì)線把質(zhì)量為m=0.10 kg帶有正電荷的金屬小球懸掛在O點(diǎn),小球靜止在B點(diǎn)時(shí)細(xì)線與豎直方向的夾角為=37.現(xiàn)將小球拉至位置A使細(xì)線水平后由靜止釋放,求:2021/8/11 星期三93(1)小球運(yùn)動通過最低點(diǎn)C時(shí)的速度大小.(2)小球通過最低點(diǎn)C時(shí)細(xì)線對小球的拉力大小.(g取10 m/s2,sin37=0.60,cos37=0.80)2021/8/11 星期三94解析:(1)小球靜止在B點(diǎn)時(shí),qE=mgtan.從A到C,依動能定理得2021/8/11 星期三9512.一勻強(qiáng)電場,場強(qiáng)方向是水平的(如圖6-2-18),一個(gè)質(zhì)量為m的帶正電的小球,從O點(diǎn)出發(fā),初速度的大小為v0,在電場力與重力的作用下,恰能沿與電場線成角的直線運(yùn)動.求小球運(yùn)動到最高點(diǎn)時(shí)其電勢能與在O點(diǎn)的電勢能之差.2021/8/11 星期三96解析:設(shè)電場強(qiáng)度為E,小球帶電荷量為q,因?yàn)樾∏蜃鲋本€運(yùn)動,它所受的電場力qE和重力mg的合力必沿此直線,如圖6-2-19所示,所