電勢能和電勢素材

電勢能和電勢素材第1頁/共49頁

自主學(xué)習(xí)

課堂探究

課堂達(dá)標(biāo)第2頁/共49頁自主學(xué)習(xí)目標(biāo)導(dǎo)航第3頁/共49頁(教師參考)情境鏈接如圖(甲)所示,我們知道物體的高度降低,重力做正功,其重力勢能減小;高度升高,重力做負(fù)功,其重力勢能增大.那么電場中,當(dāng)帶正電的粒子的運(yùn)動(dòng)情景如圖(乙)所示時(shí),帶正電的粒子沿電場線方向移動(dòng),靜電力做功的正負(fù)性如何?帶正電的粒子逆著電場線方向移動(dòng),靜電力做功的正負(fù)性又如何?帶正電的粒子從B運(yùn)動(dòng)到A,類比重力做功與重力勢能的變化關(guān)系,猜想其與靜電力做功對應(yīng)的勢能是怎樣變化的?信息1.帶正電的粒子沿電場線方向移動(dòng),靜電力做正功;2.帶正電的粒子逆著電場線方向移動(dòng),靜電力做負(fù)功;3.帶正電的粒子從B運(yùn)動(dòng)到A,與靜電力做功所對應(yīng)的“勢能”是增加的.第4頁/共49頁教材梳理一、靜電力做功的特點(diǎn)靜電力做的功只與電荷的

位置和

位置有關(guān),與電荷經(jīng)過的

無關(guān).以上結(jié)論適用于勻強(qiáng)電場和非勻強(qiáng)電場.二、電勢能1.概念:電荷在電場中具有的勢能.2.靜電力做功與電勢能變化的關(guān)系:靜電力做的功等于電勢能的

,用公式表示W(wǎng)AB=

.3.電勢能的大小:電荷在某點(diǎn)的電勢能,等于把它從這點(diǎn)移動(dòng)到

位置時(shí)靜電力做的功.4.零勢能點(diǎn):通常把電荷在離場源電荷

的電勢能規(guī)定為0,或把電荷在

上的電勢能規(guī)定為0.起始終止路徑EpA-EpB減少量零勢能無限遠(yuǎn)處大地表面第5頁/共49頁電勢能2.單位:

,符號是V.3.特點(diǎn):(1)相對性:電場中各點(diǎn)電勢的高低,與所選取的電勢零點(diǎn)的位置有關(guān).(2)標(biāo)量性:電勢是標(biāo)量,只有大小,沒有方向,但有正、負(fù).4.與電場線的關(guān)系:沿電場線方向電勢逐漸

.四、等勢面1.定義:電場中

的各點(diǎn)構(gòu)成的面.2.等勢面的特點(diǎn):(1)在同一等勢面上移動(dòng)電荷時(shí)靜電力

.(2)電場線跟等勢面

,并且由電勢

的等勢面指向電勢

的等勢面.伏特降低電勢相同不做功垂直高低第6頁/共49頁自主檢測1.思考判斷(1)靜電力做功雖然與電荷經(jīng)過的路徑無關(guān),但與電荷移動(dòng)的速度有關(guān).(

)(2)無論正、負(fù)電荷,只要靜電力做正功,電荷的電勢能一定減少.(

)(3)負(fù)電荷順著電場線的方向移動(dòng),電勢能減少.(

)(4)因?yàn)檠仉妶鼍€方向電勢降低,所以電勢降低的方向就是電場線的方向.(

)(5)等勢面上各點(diǎn)的電場強(qiáng)度也是相同的.(

)答案:(1)×

(2)√

(3)×

(4)×

(5)×第7頁/共49頁2.外力克服靜電力對電荷做功時(shí)(

)A.電荷的動(dòng)能一定增大B.電荷的動(dòng)能一定減小C.電荷一定從電勢能大處移到電勢能小處D.電荷一定從電勢能小處移到電勢能大處解析:外力克服靜電力對電荷做功時(shí),由于不知道合力做功的正、負(fù),無法確定電荷動(dòng)能的增減,故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤.外力克服靜電力做功,即靜電力對電荷做負(fù)功,電荷的電勢能增大,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤、D正確.答案:D第8頁/共49頁解析:由點(diǎn)電荷電場線分布以及電勢與電場線的關(guān)系可知選項(xiàng)A正確.答案:A第9頁/共49頁4.(多選)某靜電場中的一條電場線與x軸重合,其電勢的變化規(guī)律如圖所示.在O點(diǎn)由靜止釋放一電子,電子僅受靜電力的作用,則在-x0～x0區(qū)間內(nèi)(

)A.該靜電場是勻強(qiáng)電場B.該靜電場是非勻強(qiáng)電場C.電子運(yùn)動(dòng)的加速度逐漸減小D.電子運(yùn)動(dòng)的加速度逐漸增大答案:BC第10頁/共49頁5.一個(gè)電荷在某電場中運(yùn)動(dòng)了一段路程,靜電力對該電荷一定做功嗎?答案:不一定.當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)了一段路程又回到出發(fā)點(diǎn)或者是運(yùn)動(dòng)過程中電荷的速度方向始終與靜電力方向垂直時(shí),靜電力對該電荷不做功.第11頁/共49頁課堂探究電勢能的概念理解及大小確定要點(diǎn)一要點(diǎn)突破(教師備用)【問題導(dǎo)引】在如圖所示的勻強(qiáng)電場中,試探電荷q在從A到B的過程中,可能會(huì)沿多種路徑,各種可能的路徑中,靜電力做功具有怎樣的特點(diǎn)?第12頁/共49頁答案:沿直線從A移動(dòng)到B,靜電力F=qE,靜電力與位移夾角為θ,靜電力對試探電荷q做的功W=F·|AB|cosθ=qE·|AM|.(2)若q沿折線AMB從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn),在線段AM上靜電力做的功W1=qE·|AM|,在線段MB上靜電力做的功W2=0,總功W=W1+W2=qE·|AM|.(3)若q沿任意曲線從A點(diǎn)移動(dòng)到B,把路徑分為很多小段,分別看作直線運(yùn)動(dòng),所做的總功仍然為W=qE·|AM|.由以上的計(jì)算結(jié)果說明了靜電力做功與路徑無關(guān),只與初、末位置有關(guān).第13頁/共49頁?思路探究?(1)如何確定電荷的電勢能的變化量?答案:靜電力對電荷做多少正功,電荷的電勢能減小多少;靜電力對電荷做多少負(fù)功,電荷的電勢能增大多少.(2)如何確定電荷在電場中某點(diǎn)的電勢能的大小?答案:電荷在某點(diǎn)的電勢能等于把電荷從該點(diǎn)移到零電勢能處靜電力所做功.【例1】

將帶電荷量為6×10-6C的負(fù)電荷從靜電場中的A點(diǎn)移到B點(diǎn),克服靜電力做了3×10-5J的功,再從B點(diǎn)移到C點(diǎn),靜電力做了1.2×10-5J的功,則(1)電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn),再從B點(diǎn)移到C點(diǎn)的過程中電勢能共改變了多少?(2)如果規(guī)定A點(diǎn)的電勢能為零,則該電荷在B點(diǎn)和C點(diǎn)的電勢能分別為多少?第14頁/共49頁解析:(1)電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)克服靜電力做了3×10-5J的功,電勢能增加了3×10-5J;從B點(diǎn)移到C點(diǎn)的過程中靜電力做了1.2×10-5J的功,電勢能減少了1.2×10-5J,由A點(diǎn)到C點(diǎn)的整個(gè)過程電勢能增加了3×10-5J-1.2×10-5J=1.8×10-5J.(2)如果規(guī)定A點(diǎn)的電勢能為零,電荷從電場中的A點(diǎn)移到B點(diǎn),克服靜電力做了3×10-5J的功,電勢能增加了3×10-5J,所以電荷在B點(diǎn)的電勢能為EpB=3×10-5J;由A點(diǎn)到C點(diǎn)的整個(gè)過程電勢能增加了1.8×10-5J,所以電荷在C點(diǎn)的電勢能為EpC=1.8×10-5J.答案:(1)增加了1.8×10-5J(2)3×10-5J

1.8×10-5J第15頁/共49頁規(guī)律方法電勢能增減的判斷方法(1)做功判斷法:無論正、負(fù)電荷,只要靜電力做正功,電荷的電勢能一定減小;反之亦然.(2)電場線判斷法:正電荷順著電場線的方向移動(dòng)時(shí),電勢能逐漸減小;逆著電場線的方向移動(dòng)時(shí),電勢能逐漸增大.負(fù)電荷與之相反.第16頁/共49頁(教師備用)變式:例1中,若規(guī)定B點(diǎn)的電勢能為零,則電荷在A、C的電勢能分別為多少?答案:-3×10-5J

-1.2×10-5J第17頁/共49頁解析:假設(shè)負(fù)電荷q由A點(diǎn)移到B點(diǎn),因靜電力吸引,所以靜電力對負(fù)電荷做負(fù)功,因?yàn)殪o電力做負(fù)功,電勢能增大,所以該負(fù)電荷在B點(diǎn)電勢能較大.由于把該負(fù)電荷由A點(diǎn)(或B點(diǎn))移到無窮遠(yuǎn)過程中,靜電力做負(fù)功,電勢能增大,到達(dá)無窮遠(yuǎn)時(shí),電勢能為零,因此負(fù)電荷在這個(gè)正點(diǎn)電荷的電場中的電勢能為負(fù)值.例1-1:如圖所示,把負(fù)電荷q放在A、B點(diǎn),它在哪一點(diǎn)的電勢能較大?取無窮遠(yuǎn)處的電勢能為零,負(fù)電荷q在這個(gè)電場中的電勢是正值還是負(fù)值?答案:B點(diǎn)負(fù)值第18頁/共49頁針對訓(xùn)練1:如圖所示,帶箭頭的線表示某一電場的電場線.在靜電力作用下,一帶電粒子(不計(jì)重力)經(jīng)A點(diǎn)飛向B點(diǎn),徑跡如圖中虛線所示,下列說法正確的是(

)A.粒子帶正電B.粒子在A點(diǎn)加速度大C.粒子在B點(diǎn)動(dòng)能大D.A、B兩點(diǎn)相比,帶電粒子在B點(diǎn)電勢能較高解析:電場線的方向向上,根據(jù)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡可以判斷得出粒子受到的靜電力的方向,與電場線的方向相反,所以該粒子帶負(fù)電,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;電場線密的地方電場強(qiáng)度大,所以粒子在B點(diǎn)受到的靜電力大,在B點(diǎn)時(shí)的加速度較大,所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤.從A到B的過程中,靜電力對粒子做負(fù)功,所以粒子的動(dòng)能減小,電勢能增加,所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤、D正確.答案:D第19頁/共49頁電勢的理解及高低判斷要點(diǎn)二(教師備用)【問題導(dǎo)引】如圖所示的勻強(qiáng)電場,場強(qiáng)為E,取O點(diǎn)為零勢能點(diǎn),A點(diǎn)距O點(diǎn)為l,AO連線與電場線的夾角為θ.電荷量分別為q、2q、3q的正的試探電荷在A點(diǎn)的電勢能分別為多少?它們的電勢能與其電荷量的比值有何關(guān)系?答案:由WAO=Eqlcosθ,知電荷量為q、2q、3q的正的試探電荷在A點(diǎn)的電勢能分別為Eqlcosθ、2Eqlcosθ、3Eqlcosθ;電勢能與電荷量的比值均為Elcosθ,說明該比值與試探電荷的電荷量無關(guān).第20頁/共49頁第21頁/共49頁答案:A第22頁/共49頁規(guī)律方法對電勢的理解(1)相對性:電場中某點(diǎn)的電勢具有相對性,也就是說電場中某點(diǎn)的電勢跟電勢(能)零點(diǎn)位置的選取有關(guān).常取離場源電荷無限遠(yuǎn)處的電勢為零,在實(shí)際應(yīng)用中常取大地的電勢為零.(2)固有性:電勢僅與電場中某點(diǎn)有關(guān),與靜電力做功的值及試探電荷的電荷量、電性無關(guān).(3)標(biāo)矢性:電勢是標(biāo)量,但具有正負(fù),電勢的正值表示該點(diǎn)的電勢高于電勢零點(diǎn);負(fù)值表示該點(diǎn)的電勢低于電勢零點(diǎn).(4)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(fù)電荷,電勢能越小,所在位置的電勢越高.第23頁/共49頁(2)A點(diǎn)的電勢是由電場本身決定的,跟A點(diǎn)是否有電荷存在無關(guān),所以q未移入電場前,A點(diǎn)的電勢仍為1.2×104V.答案:(1)1.2×10-4J

1.2×104V(2)1.2×104V第24頁/共49頁第25頁/共49頁答案:(1)30J

(2)-7J

(3)-3700V第26頁/共49頁第27頁/共49頁答案:B第28頁/共49頁等勢面與電場線要點(diǎn)三(教師備用)【問題導(dǎo)引】在電場中,電勢相等的點(diǎn)構(gòu)成的面叫做等勢面,等勢面與電場線類似,也可以反映電場的情況,那么電場線與等勢面必然有一定的關(guān)系,即等勢面一定跟電場線垂直,如何解釋該結(jié)論?答案:在同一等勢面上移動(dòng)電荷時(shí),電勢能不變,所以靜電力不做功,即靜電力方向與等勢面垂直,如果不垂直,電場強(qiáng)度就有一個(gè)沿著等勢面的分量,在等勢面上移動(dòng)電荷時(shí)靜電力就要做功,所以等勢面一定跟電場線垂直.第29頁/共49頁【思維導(dǎo)圖】【例3】如圖所示,虛線表示某電場的等勢面.一帶電粒子僅在靜電力作用下由A運(yùn)動(dòng)到B的徑跡如圖中實(shí)線所示.粒子在A點(diǎn)的加速度為aA、電勢能為EpA;在B點(diǎn)的加速度為aB、電勢能為EpB.則下列結(jié)論正確的是(

)A.粒子帶正電,aA>aB,EpA>EpBB.粒子帶負(fù)電,aA>aB,EpA>EpBC.粒子帶正電,aA<aB,EpA<EpBD.粒子帶負(fù)電,aA<aB,EpA<EpB第30頁/共49頁解析:根據(jù)粒子軌跡的彎曲方向可知帶電粒子受到的靜電力是斥力,方向背離等勢面的中心.從A到B,靜電力對帶電粒子做負(fù)功,電勢能增加,則知B點(diǎn)電勢能大,即EpA<EpB.電場線與等勢面垂直,沿電場線方向電勢降低,所以電場線指向等勢面的中心,B點(diǎn)電場線比A點(diǎn)的密集,帶電粒子在B點(diǎn)受到靜電力較大,加速度也大,即aA<aB.而靜電力方向背離等勢面的中心,所以粒子帶負(fù)電.故選項(xiàng)D正確.答案:D第31頁/共49頁規(guī)律方法等勢面和電場線的應(yīng)用(1)已知等勢面的情況時(shí),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(shí),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.第32頁/共49頁第33頁/共49頁答案:AC第34頁/共49頁例3-2:如圖為一頭大一頭小的導(dǎo)體周圍等勢面和電場線(帶有箭頭的線為電場線)示意圖,已知兩個(gè)相鄰等勢面間的電勢差相等,則(

)A.a點(diǎn)和d點(diǎn)的電場強(qiáng)度一定相同B.a點(diǎn)的電勢一定低于b點(diǎn)的電勢C.將負(fù)電荷從c點(diǎn)移到d點(diǎn),靜電力做正功D.將正電荷從c點(diǎn)沿虛線移到e點(diǎn),電勢能先減小后增大解析:a點(diǎn)和d點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小相等,方向不同,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;根據(jù)沿著電場線的方向電勢逐漸降低和同一等勢面上的各點(diǎn)電勢相等,可判斷選項(xiàng)B正確;c點(diǎn)、d點(diǎn)在同一等勢面上,將負(fù)電荷從c點(diǎn)移到d點(diǎn),靜電力不做功,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;將正電荷從c點(diǎn)沿虛線移到e點(diǎn),靜電力先做負(fù)功再做正功,電勢能先增大后減小,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤.答案:B第35頁/共49頁答案:A第36頁/共49頁教材探究1.教材P16“思考與討論”,如果電荷沿不同路徑移動(dòng)時(shí)靜電力做的功不一樣,還能建立電勢能的概念嗎?為什么?答案:由于移動(dòng)電荷時(shí)靜電力做的功與移動(dòng)的路徑無關(guān),所以電荷在某點(diǎn)的電勢能才是確定的;如果電荷沿不同的路徑移動(dòng)時(shí)靜電力做功不一樣,則電荷從電場中某點(diǎn)移到電勢能的零點(diǎn)時(shí),靜電力做功也就不同,電荷在該點(diǎn)的電勢能也不是唯一確定的,電勢能的概念也就無法建立了.第37頁/共49頁2.教材P18“思考與討論”中關(guān)于電勢能和電勢的討論及插圖中,我們一直把試探電荷q當(dāng)做正電荷處理,請把q當(dāng)做負(fù)電荷,重復(fù)以上討論,其結(jié)果與教材P18中的結(jié)果是否一致?答案:結(jié)果一致.在教材P17圖1.4-4所示中,q為正電荷時(shí),正電荷在A點(diǎn)的電勢能為正值,正電荷的電勢能Ep與它的電荷量q的比值為正;q為負(fù)電荷時(shí),負(fù)電荷在A點(diǎn)的電勢能為負(fù)值,負(fù)電荷的電勢能Ep與它的電荷量q的比值仍為正,并且比值都是相同的常量,所以不管正電荷還是負(fù)電荷,電荷在A點(diǎn)的電勢能Ep與它的電荷量q的比值都是不變的,即A點(diǎn)的電勢與所移動(dòng)電荷的正負(fù)無關(guān).第38頁/共49頁課堂達(dá)標(biāo)1.(多選)如圖所示,A、B為真空中的兩個(gè)點(diǎn)電荷,O為A、B連線的中點(diǎn),MN為A、B連線的中垂線,電場線的分布關(guān)于MN對稱.以下判斷正確的是(

)A.A、B為等量異種電荷B.M點(diǎn)電勢高于O點(diǎn)電勢C.M點(diǎn)場強(qiáng)小于O點(diǎn)場強(qiáng)D.正檢驗(yàn)電荷在M點(diǎn)的電勢能大于在O點(diǎn)的電勢能1.AC解析:由電場線的分布可知A、B為等量異種電荷,選項(xiàng)A正確;M、N為等勢線,M點(diǎn)電勢等于O點(diǎn)電勢,正檢驗(yàn)電荷在M點(diǎn)的電勢能等于在O點(diǎn)的電勢能,選項(xiàng)B、D錯(cuò)誤;由場強(qiáng)疊加可知,M點(diǎn)場強(qiáng)小于O點(diǎn)場強(qiáng),選項(xiàng)C正確.第39頁/共49頁2.關(guān)于電勢和電勢能的說法正確的是(

)A.電荷在電場中電勢越高的地方電勢能也越大B.電荷在電場中電勢越高的地方,電荷量越大所具有的電勢能也越大C.在正點(diǎn)電荷電場中的任意一點(diǎn)處,正電荷具有的電勢能一定大于負(fù)電荷具有的電勢能D.在負(fù)點(diǎn)電荷電場中的任意一點(diǎn)處,正電荷具有的電勢能一定大于負(fù)電荷具有的電勢能第40頁/共49頁3.(多選)如圖所