教科版高中物理選修31課件1電勢能電勢與電勢差課件1

1、4電勢能電勢與電勢差1理解靜電力做功的特點、電勢能的概念、電勢能與電場力做功的關(guān)系2理解電勢的概念，知道電勢是描述電場的能的性質(zhì)的物理量了解等勢面的意義及與電場線的關(guān)系3理解電勢差是描述電場的能的性質(zhì)的物理量，熟練應(yīng)用其概念及定義式：UABWAB/q進(jìn)行相關(guān)的計算4知道電勢與電勢差的關(guān)系UABAB，電勢與零勢面的選取有關(guān). qEd 路徑 初末位置重力 電場 減少量 WABEpAEpB 減少 增加 無限遠(yuǎn)處 零勢能 參考點比值 伏特 標(biāo)量 降低 電勢 無關(guān) BA UBA 標(biāo)量 電壓伏特 V 電勢差 路徑 五、等勢面1定義：電場中電勢相等的點構(gòu)成的曲面叫等勢面2特點：(1)在同一等勢面內(nèi)任意兩點間

2、移動電荷時，電場力不做功(2)在空間沒有電荷的地方兩等勢面不相交(3)電場線總是和等勢面垂直，且從電勢較高的等勢面指向電勢較低的等勢面等勢面可以是封閉的，也可以是不封閉的(4)在電場線密集的地方，等差等勢面密集在電場線稀疏的地方，等差等勢面稀疏(5)等勢面是虛擬的，為描述電場的性質(zhì)而假想的面. 一、電場力做功與電勢能的關(guān)系1電場力做功和重力做功類比重力做功電場力做功相似點重力對物體做正功，物體重力勢能減少，重力對物體做負(fù)功，物體重力勢能增加其數(shù)值與路徑無關(guān)，只與始末位置有關(guān)電場力對電荷做正功，電荷電勢能減少，電場力對電荷做負(fù)功，電荷電勢能增加其數(shù)值與路徑無關(guān)，只與始末位置有關(guān)重力做功電場力做功

3、不同點重力只有引力，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，電場力做功和重力做功有很大差異例如：在同一電場中沿同一方向移動正電荷與移動負(fù)電荷，電荷電勢能的變化是相反的，電場力做功的正負(fù)也是相反的應(yīng)用由重力做功的特點引入重力勢能由電場力做功的特點引入了電勢能特別提醒電場力做功只與始末位置有關(guān)，與之對應(yīng)的能量變化也只與位置有關(guān)，所以當(dāng)零勢點確定后電荷在某一位置具有確定的能量電勢能2電場力做功與電勢能的關(guān)系(1)電場力做功一定伴隨有電勢能的變化，電勢能的變化只有通過電場力做功才能實現(xiàn)(2)電場力做正功，電勢能一定減少，電場力做負(fù)功，電勢能一定增加，電場力做功的值等于電勢能的變

4、化量，即WABEpAEpB.3電場力做功的計算方法(1)功的定義法由公式WABFxABcos計算，此公式只適用于勻強(qiáng)電場，又可變形為WABEqx，式中E為勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度，x為電荷初、末位置在電場方向上的位移(2)電勢差法：WABqUAB.(3)電勢能變化法：WABEABEpAEpB.(4)動能定理法：W電場力W其他力Ek.二、電勢1電勢的相對性(1)電勢是相對的，只有先確定了零電勢的位置，才能確定其它點的電勢(2)電場中某點的電勢跟零電勢位置的選擇有關(guān)(3)實際問題中，常選取無限遠(yuǎn)處電勢為零，還常取大地電勢為零2電勢的固有性電勢是表示電場能量屬性的一個物理量，電場中某處的大小是由電場本身的

5、條件決定的，與在該點處是否放著電荷、電荷的電性、電荷量均無關(guān)，這和許多用比值定義的物理量相同，如前面學(xué)過的電場強(qiáng)度EF/q.3電勢的標(biāo)矢性(1)電勢是標(biāo)量，只有大小，沒有方向(2)電勢有正、負(fù)，正值表示該點電勢比零電勢高，負(fù)值表示該點電勢比零電勢低(3)當(dāng)規(guī)定了無限遠(yuǎn)處為零電勢時，正電荷產(chǎn)生的電場中各點的電勢均為正值，且越靠近正電荷的地方電勢越高負(fù)電荷形成的電場則相反4判斷電勢高低的方法電場具有力的性質(zhì)和能的性質(zhì)，描述電場的物理量有電勢、電勢能、靜電力、靜電力做功等，為了更好地描述電場，還有電場線、等勢面等概念，可以從多個角度判斷電勢高低(1)在正電荷產(chǎn)生的電場中，離電荷越近電勢越高，在負(fù)電荷

6、產(chǎn)生的電場中，離電荷越近，電勢越低(2)電勢的正負(fù)若以無窮遠(yuǎn)處電勢為零，則正點電荷周圍各點電勢為正，負(fù)點電荷周圍各點電勢為負(fù)(3)利用電場線判斷電勢高低沿電場線的方向電勢越來越低(4)根據(jù)只在靜電力作用下電荷的移動情況來判斷只在靜電力作用下，電荷由靜止開始移動，正電荷總是由電勢高的點移向電勢低的點；負(fù)電荷總是由電勢低的點移向電勢高的點但它們都是由電勢能高的點移向電勢能低的點5電勢與電勢能的區(qū)別與聯(lián)系電勢電勢能Ep物理意義反映電場的能的性質(zhì)的物理量，即已知電勢就可以知道任意電荷在該點的電勢能電荷在電場中某點所具有的能量相關(guān)因素電場中某一點的電勢的大小，只跟電場本身有關(guān)，跟檢驗電荷q無關(guān)電勢能大小

7、是由點電荷q和該點電勢共同決定的大小電勢沿電場線逐漸下降，取定零電勢點后，某點的電勢高于零者，為正值；某點的電勢低于零者，為負(fù)值正點電荷(q)：電勢能的正負(fù)跟電勢的正負(fù)相同負(fù)點電荷(q)：電勢能的正負(fù)跟電勢的正負(fù)相反單位伏特 V焦耳 J聯(lián)系Epq3電勢差和電勢的區(qū)別與聯(lián)系電勢電勢差UABAB區(qū)別(1)(電場中某點的)電勢與零電勢點的選取有關(guān)(一般取無限遠(yuǎn)處或地球表面的電勢為零電勢) (2)電勢由電場本身決定，反映電場的能的性質(zhì)(3)相對量(4)標(biāo)量，可正可負(fù)，正負(fù)號相對零電勢點而言.(1)(電場中兩點間的)電勢差與零電勢點的選取無關(guān)(2)電勢差由電場和這兩點間的位置決定(3)絕對量(4)標(biāo)量，

8、可正可負(fù)，正負(fù)號反映了A、B的高低聯(lián)系(1)電場中某點的電勢在數(shù)值上等于該點與零電勢點之間的電勢差(2)電勢與電勢差的單位相同，皆為伏特(V)特別提醒(1)UABUBA，書寫電勢差應(yīng)標(biāo)清角標(biāo)符號(2)電勢差的正負(fù)既不代表電勢差的大小，也不能代表方向，只能區(qū)分電場中兩點電勢的高低【典例1】 如圖143所示，帶正電的點電荷固定于Q點，電子在庫侖力作用下，做以Q為焦點的橢圓運動M、P、N為橢圓上的三點，P點是軌道上離Q最近的點電子在從M經(jīng)P到達(dá)N點的過程中()A速率先增大后減小 B速率先減小后增大C電勢能先減小后增大 D電勢能先增大后減小解析電子受到點電荷Q的引力，當(dāng)電子由M向P運動時，二者距離減小

9、，電場力做正功，故電子的電勢能減小，又由動能定理，動能增大，速率增大，當(dāng)電子由P向N運動時，電場力做負(fù)功動能減小，速率減小，電勢能增大，故選A、C.答案AC借題發(fā)揮(1)電荷的電勢能是否變化，取決于電場力是否做功，與其他力做功無關(guān)，也就是電勢能的變化只有通過電場力做功才能實現(xiàn)(2)電勢能增減的判斷方法：電勢能增減的判定由電場力做功的情況來定，電場力做正功，電荷的電勢能減?。浑妶隽ψ鲐?fù)功，電荷的電勢能增加【變式1】在電場強(qiáng)度為4105 V/m的勻強(qiáng)電場中，一質(zhì)子從A點移動到B點，如圖144所示已知A、B間距離為20 cm，A、B連線與電場線成30夾角，求電場力做的功以及質(zhì)子電勢能的變化答案1.1

10、11014 J，減小了1.111014 J.【典例2】 如圖145所示，某區(qū)域電場線左右對稱分布，M、N為對稱線上的兩點下列說法正確的是()AM點電勢一定高于N點電勢BM點場強(qiáng)一定大于N點場強(qiáng)C正電荷在M點的電勢能大于在N點的電勢能D將電子從M點移動到N點，電場力做正功解析沿電場線方向，電勢降低，所以M點電勢一定高于N點電勢，A項正確；電場線的疏密程度表示電場的強(qiáng)弱，由題圖可知，M點場強(qiáng)一定小于N點場強(qiáng)，B項錯；正電荷q在M點的電勢能EpMqM，在N點的電勢能EpNqN，由于MN，所以EpMEpN，C項正確；電子在電場中受電場力的方向沿NM指向M，故從M移動到N，電場力做負(fù)功，D項錯誤答案AC

11、借題發(fā)揮由電場線的分布和方向可以確定電場強(qiáng)度的大小和方向以及電勢的高低，結(jié)合試探電荷的電性及移動才能確定電勢能的大小和電場力做功情況【變式2】如圖146中的實線表示電場線，虛線表示只受電場力作用的帶正電粒子的運動軌跡，粒子先經(jīng)過M點，再經(jīng)過N點，可以判定()AM點的電勢大于N點的電勢BM點的電勢小于N點的電勢C粒子在M點受到的電場力大于在N點受到的電場力D粒子在M點受到的電場力小于在N點受到的電場力解析由于沿電場線方向電勢逐漸降低，故MN，A項正確、B項錯誤；由電場線疏密程度表示場強(qiáng)大小知，EMEN，電場力FqE，所以粒子在M點受到電場力小于在N點受到的電場力，C項錯誤、D項正確答案AD【典例

12、3】 有一個帶電荷量q3106 C的點電荷，從某電場中的A點移到B點，電荷克服靜電力做6104 J的功，從B點移到C點，靜電力對電荷做9104 J的功，問：(1)AB、BC、CA間電勢差各為多少？(2)如以B點電勢為零，則A、C兩點的電勢各為多少？該電荷在A、C兩點的電勢能各為多少？答案(1)UAB200 VUBC300 VUCA100 V(2)A200 VC300 VEpA6104 JEpC9104 J借題發(fā)揮(1)兩種求電勢差的方法各有利弊：取絕對值的方法，判斷正負(fù)較為繁瑣，但對“電場”這一章中的計算公式的記憶卻較為容易所有公式中的物理量均以絕對值代入計算(如庫侖定律、場強(qiáng)公式等)；取代數(shù)

13、值的方法無需判斷正負(fù)，直接求出，但對“電場”這一章的公式要區(qū)別記憶有代入絕對值的，有代入代數(shù)值的，給公式使用方法的記憶帶來麻煩，讀者請根據(jù)自己的特點或老師的要求選擇使用(2)對電勢差要注意角標(biāo)的排序，UABUBA，UABUBCUCDUAD.(3)若規(guī)定了零電勢點，要會根據(jù)電勢差求電勢【變式3】圖147是一勻強(qiáng)電場的一部分，已知電場強(qiáng)度E2102 N/C，現(xiàn)讓一個電荷量q4108 C的電荷沿電場方向從M點移到N點，M、N間的距離s30 cm.試求：(1)電荷從M點移到N點電勢能的變化(2)M、N兩點間的電勢差解析(1)由原題圖可知，負(fù)電荷在該電場中所受電場力F方向向左因此從M點移到N點，電荷克服

14、電場力做功，電勢能增加，增加的電勢能E電等于電荷克服電場力做的功W.電荷克服電場力做功為WqEs410821020.3 J2.4106 J，即電荷從M點移到N點電勢能增加了2.4106 J.答案(1)增加了2.4106 J(2)60 V(3)等量同種點電荷的電場：是兩簇對稱曲面，如圖149乙所示，在AA線上O點電勢最低；在中垂線上O點電勢最高，向兩側(cè)電勢逐漸降低，A、A和B、B對稱等勢(4)勻強(qiáng)電場：等勢面是與電場線垂直、間隔相等、相互平行的一簇平面，如圖1410所示2等勢面的應(yīng)用(1)由等勢面可以判斷電場中各點電勢的高低及差別(2)由等勢面可以判斷電荷在電場中移動時靜電力做功的情況(3)由于

15、等勢面和電場線垂直，已知等勢面的形狀分布，可以繪制電場線，從而確定電場大體分布(4)由等差等勢面的疏密，可以定性地確定某點場強(qiáng)的大小【典例4】 電場中電勢值相等的各點構(gòu)成的面叫做等勢面圖1411 中虛線所示為靜電場中的等勢面1、2、3、4，相鄰的等勢面之間的電勢差相等，其中等勢面3的電勢為0.一帶正電的點電荷在靜電力的作用下運動，經(jīng)過a、b點時的動能分別為26 eV和5 eV.當(dāng)這一點電荷運動到某一位置，其電勢能變?yōu)? eV，它的動能應(yīng)為()A8 eV B13 eV C20 eV D34 eV解析等勢面3的電勢為零，則電荷在該等勢面上的電勢能也為零由于兩相鄰等勢面的電勢差相等，又知EkaEkb，則a點的電勢能可表示為2qU(U為相鄰兩等勢面的電勢差)，b點的電勢能可表示為qU.由于總的能量守恒，則有：Eka(2qU)EkbqU，即262qU5qU，解得qU7 eV，則總能量為7 eV5 eV12 eV，當(dāng)電勢能為8 eV時，動能Ek12(8) eV20 eV.答案C 解析電場力對電荷做正功，電荷電勢能減少，電場力對電荷做負(fù)功，電荷電勢能增加電場力做的功是電荷電勢能變化的量度由電