《電勢能和電勢》

成才之路·物理路漫漫其修遠兮吾將上下而求索人教版·選修3-1靜電場第一章4電勢能和電勢第一章學習目標定位1課堂情景切入2知識自主梳理3重點難點突破4考點題型設(shè)計6課時作業(yè)8課堂知識構(gòu)建5易錯案例剖析7學習目標定位※知道靜電力做功的特點，了解靜電力做功和電勢能變化的關(guān)系※※掌握電勢能、電勢的概念、公式和性質(zhì)※知道什么是等勢面，理解等勢面的特點課堂情景切入我們知道重力做正功，物體的重力勢能減小，其高度降低(如圖甲)；當重力做負功，物體的重力勢能增大，其高度升高(如圖乙)。那么當電場力做正功(或負功)時(如圖丙)，其電勢能與電勢又是怎樣變化的呢？復習回顧1、功的計算：2、重力做功有什么特點？(1)與路徑無關(guān),由初末位置的高度差來決定.(2)WG與重力勢能的關(guān)系.(3)重力勢能是相對的,有零勢能面.(人為選定)重力勢能具有系統(tǒng)性功是能量轉(zhuǎn)化的量度！知識自主梳理生物靜電力做功的特點1.特點在靜電場中移動電荷時，靜電力做的功與電荷的_______位置和________位置有關(guān)，與電荷經(jīng)過的路徑________。2．適用范圍該結(jié)論對于勻強電場和非勻強電場均適用。起始終止無關(guān)電勢能1.概念電荷在______________叫做電勢能，可用Ep表示。2．大小電荷在某點的電勢能，等于靜電力把它從該點移動到____________時所做的功。電場中的勢能零勢能位置3．與電場力做功的關(guān)系靜電力做的功等于電勢能的__________，用公式表示W(wǎng)AB＝__________。電場力做正功，電勢能________，電場力做負功，電勢能_______。4．相對性電勢能的數(shù)值大小與__________的選取有關(guān)。通常把離場源電荷__________或__________的電勢能規(guī)定為零。減少量EPA－EPB減小增加零勢能點無窮遠處地球表面1.定義電荷在電場中某一點的________與它的__________的比值，叫做這一點的電勢。3．單位__________，符號是V。電勢電勢能電荷量伏特4．特點(1)相對性：電場中各點電勢的高低，與所選取的__________的位置有關(guān)。(2)標量性：電勢是標量，只有大小，沒有方向，但有________。5．判斷電勢高低的辦法(1)在電場中沿著電場線的方向，電勢逐漸________。(2)在電場力作用下，靜止的正電荷從__________移向__________。電勢零點正負降低高電勢低電勢等勢面1.定義在電場中，______________________叫做等勢面。2．等勢面特點(1)等勢面上各點電勢相等，在等勢面上移動電荷電場力_________。(2)等勢面一定跟電場線________，而且電場線總是由電勢較高的等勢面指向__________的等勢面。(3)規(guī)定：畫等勢面時，相鄰兩等勢面間電勢差相等，這樣，在等勢面密處電場強度________，在等勢面疏處，電場強度__________。電勢相等的點組成的面不做功垂直電勢較低較大較小重點難點突破一、對電勢能的理解1．電勢能的特點(1)電勢能是由電場和電荷共同決定的，屬于電荷和電場所共有的，我們習慣上說成電荷的電勢能。(2)電勢能是標量，有正負但沒有方向，其正負表示大小。(3)電勢能是相對的，其大小與選定的參考點有關(guān)。確定電荷的電勢能，首先應確定參考點，也就是零勢能點的位置。2．電勢能增減的判斷方法(1)做功判斷法無論正、負電荷，只要電場力做正功，電荷的電勢能一定減小；只要電場力做負功，電荷的電勢能一定增大。(2)電場線判斷法正電荷順著電場線的方向移動時，電勢能逐漸減??；逆著電場線的方向移動時，電勢能逐漸增大。負電荷順著電場線的方向移動時，電勢能逐漸增大；逆著電場線的方向移動時，電勢能逐漸減小。3．電勢能與重力勢能的比較兩種勢能比較內(nèi)容電勢能重力勢能定義電場中的電荷具有的勢能——電勢能重力場中的物體具有的勢能——重力勢能系統(tǒng)性電荷和電場物體和地球大小的相對性電荷在某點的電勢能等于把電荷從該點移到零勢能位置時靜電力做的功物體在某點的重力勢能等于把物體從該點移到零勢能位置時重力做的功變化大小的量度電場力做的功是電勢能變化大小的量度，靜電力做的功等于電勢能的減少量重力做的功是重力勢能變化大小的量度，重力做的功等于重力勢能的減少量對應力做功的特點做功多少只與始末位置有關(guān)，與經(jīng)過的路徑無關(guān)，且做的功等于勢能的減少量二、對電勢的理解1．電勢的特點(1)電勢具有相對性；電勢是相對的，電場中某點的電勢高低與零電勢點的選取有關(guān)。通常將離場源電荷無窮遠處，或是地球表面選為零電勢點。(2)電勢是標量：電勢是只有大小、沒有方向的物理量，在規(guī)定了電勢零點后，電場中各點的電勢可能是正值，也可能是負值。正值表示該點的電勢高于零電勢；負值表示該點的電勢低于零電勢。顯然，電勢的正負只表示大小，不表示方向。2．電勢高低的判斷方法(1)電場線法：沿電場線方向，電勢越來越低。(2)場源電荷判斷法：離場源正電荷越近的點，電勢越高；離場源負電荷越近的點，電勢越低。(3)電勢能判斷法：對于正電荷，電勢能越大，所在位置的電勢越高；對于負電荷，電勢能越小，所在位置的電勢越高。3．電勢能與電勢的區(qū)別與聯(lián)系(河北石家莊市2013～2014學年高二上學期期末)將一電荷量為＋Q的小球放在不帶電的金屬球附近，所形成的電場線分布如圖所示，金屬球表面的電勢處處相等，a、b為電場中的兩點，則()A．a(chǎn)點的電場強度比b點的大B．a(chǎn)點的電勢比b點的高C．檢驗電荷－q在a點的電勢能比在b點的大D．將檢驗電荷－q從a點移到b點的過程中，電場力做正功答案：AB解析：電場線越密集，表示該處的電場強度越大，故a點的電場強度比b點的大，選項A正確；順電場線方向電勢逐漸降低，故a點電勢比b點的高，選項B正確；檢驗電荷－q從a點移到b點，電場力做負功，電勢能增加，故選項C、D錯誤。三、對等勢面的理解1．等勢面的特點(1)在等勢面內(nèi)任意兩點間移動電荷，電場力不做功。(2)在空間中兩等勢面不相交。(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。(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)等勢面是為描述電場的性質(zhì)而假想的面。(6)等勢面的分布與零電勢點的選取無關(guān)。2．幾種常見的電場的等勢面分布[特別提醒](1)已知等勢面的情況時，可作等勢面的垂線來確定電場線，并由“電勢降低”的方向確定電場線方向。(2)已知電場線時，可作電場線的垂線來確定等勢面，并由“沿電場線方向電勢降低”確定等勢面的電勢高低。(河北冀州中學2013～2014學年高二上學期期中)位于A、B處的兩個帶有不等量負電的點電荷在平面內(nèi)電勢分布如圖所示，圖中實線表示等勢線，則()A．a(chǎn)點和b點的電場強度相同B．正電荷從c點移到d點，電場力做正功C．負電荷從a點移到c點，電場力做正功D．正電荷從e點沿圖中虛線移到f點電勢能不變答案：C解析：同一檢驗電荷在a、b兩點受力方向不同，所以A錯誤；因為A、B兩處有負電荷，所以，等勢線由外向內(nèi)表示的電勢越來越低。將正電荷從c點移到d點，正電荷的電勢能增加，靜電力做負功，B錯誤；負電荷從a點移到c點，電勢能減少，靜電力做正功，C正確；正電荷沿虛線從e點移到f點的過程中，電勢先降低再升高，電勢能先減小后增大，D錯誤。課堂知識構(gòu)建考點題型設(shè)計 如圖所示，Q1、Q2為兩個固定點電荷，其中Q1帶正電，它們連線的延長線上有a、b兩點。一正試探電荷以一定的初速度沿直線從b點開始經(jīng)a點向遠處運動，其速度圖象如圖所示，則()電場力做功與電勢能的變化A．Q2帶正電B．Q2帶負電C．試探電荷從b到a的過程中電勢能增大D．試探電荷從b到a的過程中電勢能減小解析：逐項分析如下：答案：BC選項診斷結(jié)論A由v－t圖，v↓，故試探電荷受向左的庫侖力，因此Q2帶負電×B同上√C由于靜電力(庫侖力)做負功，故其電勢能增大√D同選項C×(吉林一中2013～2014學年高二上學期檢測)如圖所示，某點O處固定點電荷＋Q，另一帶電－q的粒子以O(shè)為焦點做橢圓軌道運動，運動過程中經(jīng)過最近點a和最遠點b，下述說法不正確的是()A．粒子在a點運動速率大于在b點速率B．粒子在a點運動加速度大于在b點加速度C．粒子在a點的電勢能大于在b點的電勢能D．＋Q所產(chǎn)生的電場中，a點電勢高于b點答案：C解析：C粒子在從b到a的過程中，電場力做正功，動能增大，電勢能減?。涣Ｗ釉趶腶到b的過程中，電場力做負功，動能減小，電勢能增大，可知粒子在a點的動能大于在b點的動能，則粒子在a點運動速率大于在b點速率，粒子在a點電勢能小于在b點電勢能。故A正確，C錯誤。粒子在運動過程中只受到庫侖力作用，粒子在a點離Q點近，根據(jù)庫侖定律分析可知粒子在a點受到的庫侖力大，加速度大，故B正確。＋Q所產(chǎn)生的電場中，電場線從Q出發(fā)到無窮遠終止，a點離Q較近，電勢較高。故D正確。 如圖甲是某電場中的一條電場線，a、b是這條電場線上的兩點，一負電荷只受電場力作用，沿電場線從a運動到b。在這個過程中，電荷的v－t圖象如圖乙所示，比較a、b兩點場強的大小和電勢的高低，下列說法正確的是()電勢高低的判斷A．Ea<Eb、φa>φb B．Ea＝Eb、φa>φbC．Ea>Eb、φa>φb D．Ea＝Eb、φa<φb解析：由圖乙可看出，電荷運動過程中，加速度不變，所以可判定Ea＝Eb；因為負電荷做勻減速運動，所以電場方向由a指向b，根據(jù)沿電場線方向電勢降低，所以φa>φb，選項B正確。答案：B(湖南瀏陽一中、醴陵一中2013～2014學年高二上學期聯(lián)考)三個點電荷電場的電場線分布如圖所示，圖中a、b兩點處的場強大小分別為Ea、Eb，電勢分別為φa、φb，則()A．Ea>Eb，φa>φb B．Ea<Eb，φa<φbC．Ea>Eb，φa<φb D．Ea<Eb，φa>φb答案：C解析：根據(jù)電場線的疏密表示場強的大小可知：Ea>Eb；根據(jù)順著電場線電勢越來越低的規(guī)律可知：φa<φb，C正確。 空間中P、Q兩點處各固定一個點電荷，其中P點處為正電荷，P、Q兩點附近電場的等勢面分布如圖所示，a、b、c、d為電場中的4個點。則()A．P、Q兩點處的電荷等量同種B．a(chǎn)點和b點的電場強度相同C．c點的電勢低于d點的電勢D．負電荷從a到c，電勢能減少等勢面的應用解析：由電場的等勢面分布圖可判斷P、Q為等量異種點電荷，Q帶負電，選項A錯誤。電場強度是矢量，a、b兩點的電場強度方向不同，選項B錯誤。根據(jù)等勢面可畫出電場線的分布，沿電場線方向電勢降低，可判C點電勢高于d點的電勢，選項C錯誤，負電荷由a到c，電場力做正功，電勢能將減少，選項D正確。答案：D圖中虛線為勻強電場中與場強方向垂直的等間距平行直線。兩粒子M、N質(zhì)量相等，所帶電荷的絕對值也相等?，F(xiàn)將M、N從虛線上的O點以相同速率射出，兩粒子在電場中運動的軌跡分別如圖中兩條實線所示。點a、b、c為實線與虛線的交點，已知O點電勢高于c點。若不計重力，則()A．M帶負電荷，N帶正電荷B．N在a點的速度與M在c點的速度大小相等C．N在從O點運動至a點的過程中克服電場力做功D．M在從O點運動至b點的過程中，電場力對它做的功等于零答案：BD解析：由O點電勢高于c點電勢知，場強方向垂直虛線向下，由兩粒子運動軌跡的彎曲方向知N粒子所受電場力方向向上，M粒子所受電場力方向向下，故M粒子帶正電、N粒子帶負電，A錯誤。N粒子從O點運動到a點，電場力做正功。M粒子從O點運動到c點電場力也做正功。因為UaO＝UOc，且M、N粒子質(zhì)量相等，電荷的絕對值相等，由動能定理易知B正確。因O點電勢低于a點電勢，且N粒子帶負電，故N粒子運動中電勢能減少，電場力做正功，C錯誤。O、b兩點位于同一等勢線上，D正確。 如圖所示，一質(zhì)量為m的塑料球形容器放在桌面上，它的內(nèi)部有一勁度系數(shù)為k的輕彈簧，彈簧直立地固定于容器內(nèi)壁的底部，彈簧上端經(jīng)絕緣體系住一只帶正電q、質(zhì)量也為m的小球。從加一個豎直向上的場強為E的勻強電場起，到容器對桌面壓力減為零時為止，求：(1)小球的電勢能改變量；(2)容器對桌面壓力減為零時小球的 速度大小。帶電物體在電場中的功能轉(zhuǎn)化關(guān)系點評：涉及到能量轉(zhuǎn)化題時，要找準功能對應關(guān)系，如電勢能的變化看電場力做的功；彈性勢能的變化，看彈力做的功；機械能的變化，看重力以外的力做的功；動能的變化，看合外力做的功。如圖所示，在場強E＝104N/C的水平勻強電場中，有一根長l＝15cm的細線，一端固定在O點，另一端系一個質(zhì)量m＝3g、電荷量q＝2×10－6C的帶正電小球，當細線處于水平位置時，小球從靜止開始釋放，g取10m/s2。求：(1)小球到達最低點B的過程中重力勢能、電勢能分別變