2022-2023年粵教版(2019)新教材高中物理必修3 第1章靜電場的描述第4節(jié)電勢能與電勢課件

電勢能與電勢1．如圖所示為某一負點電荷的電場線,A、B為電場線上的兩點,一電子以某一速度沿電場線由A運動到B的過程中,速度增加,由此可知該電場線的方向為____________,電子所受的電場力的大小變化為_______(選填“增大”“減小”或“不變”)．由B指向A

減小【答案】D【解析】電場線不相交(否則相交點處的電場就有兩個方向,這是不可能的),故A、B錯誤；電場線從正電荷發(fā)出,回到負電荷,故C錯誤,D正確．一、電勢差1．電場力做功的特點如圖在電場中將電荷q從A點移到B點,沿①②③不同的路徑,電場力做功相同,說明電場力做功與________無關(guān),只與__________有關(guān)．路徑始末位置2．電場力做功與電勢能的關(guān)系電場力所做的功等于電勢能的減少量,用公式表示為__________________．3．電勢差(1)定義：電場中兩點間______的差值．(2)電場中兩點間的電勢差與零電勢點的選擇________．(3)公式UAB＝φA－φB,UBA＝____________,可見UAB＝_______．(4)電勢差是______,可以是正值,也可以是負值,也叫______．(5)電勢差的單位是______,符號是V．WAB＝EpA－EpB電勢無關(guān)φB－φA

－UBA

標(biāo)量電壓伏特二、電勢1．定義：_____________從電場中的某點A移到參考點P時________做的功,就表示A點的______,符號為φ,則φP＝______．2．公式和單位：電勢的定義公式φA＝________.單位是______,符號是______．3．相對性：電場中某點的電勢與參考點有關(guān),常取離場源電荷無限遠處電勢為零,也可取大地的電勢為零,電場線指向電勢______的方向,電勢是______,可以是正值,也可以是負值,只有大小,沒有方向．把單位正電荷電場力電勢0伏特V降低標(biāo)量三、等勢面1．定義：電場中______相同的各點構(gòu)成的面．2．等勢面：是為了形象描述電場而引入的(如圖所示)．

電勢高壓線附近常見到“高壓危險”的警示牌,人能承受的最大安全電壓為36V,一般的輸電電壓高達上萬甚至幾十萬伏,可我們經(jīng)常見到小鳥在高壓線上停留而沒有出現(xiàn)險情,想一想這是為什么．【答案】小鳥兩腳之間的電勢差很?。?/p>

電勢差的理解與計算3．靜電力做的功與電勢能變化的關(guān)系(1)功是能量轉(zhuǎn)化的量度．(2)靜電力做的功等于電勢能變化的負值．WAB＝－ΔEPAB＝－(EpB－EpA)＝EpA－EpB,即：靜電力做了多少正功,電勢能就減少多少；靜電力做了多少負功,電勢能就增加多少．(3)電勢能的大?。篧AB＝EpA－EpB．若規(guī)定在B點電勢能為0,EpB＝0,則EpA＝WAB＝qφA．即電荷在電場中某點電勢能的大小,等于靜電力把它從該點移動到零勢能位置時所做的功．說明：①WAB＝EpA－EpB既適用于勻強電場,也適用于非勻強電場；既適用于正電荷,也適用于負電荷．②電荷在電場中某點電勢能的大小與零電勢點的選取有關(guān),有相對性,但電荷在某兩點之間的電勢能之差與零電勢點的選取無關(guān),具有絕對性．③通常把電荷在離場源電荷無限遠處的電勢能規(guī)定為零,或把電荷在大地表面上的電勢能規(guī)定為零．④靜電力做的功只能決定電勢能的變化量,而不能決定電荷的電勢能的具體數(shù)值．

例1有一個帶電荷量q＝－3×10－6C的點電荷,從某電場中的A點移到B點,電荷克服靜電力做6×10－4J的功,從B點移到C點,靜電力對電荷做9×10－4J的功,求A、C兩點的電勢差并說明A、C兩點哪點的電勢較高．答案：－100V

C點的電勢較高?題后反思電場中兩點的電勢差UAB＝φA－φB,若UAB>0,說明φA>φB,反之則有φA<φB．電場力做功時,可連同符號代入W＝Uq進行計算,得出的正、負號就表示正、負功．1．如圖所示,在平行金屬帶電極板MN電場中,將電荷量為－4×10－6C的點電荷從A點移到M板,電場力做負功8×10－4J,把該點電荷從A點移到N板,電場力做正功4×10－4J,N板接地,設(shè)地面為零勢面．求：(1)A點的電勢φA的大??；(2)UMN的大??；(3)M板的電勢φM.1．電勢的相對性(1)電勢是相對的,只有先確定了零電勢點的位置,才能確定其他點的電勢．(2)電場中某點的電勢跟零電勢點的選擇有關(guān)．(3)實際問題中,常選取無限遠處電勢為零,或取大地電勢為零．電勢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,正值表示該點電勢比零電勢高,負值表示該點電勢比零電勢低．(3)當(dāng)規(guī)定了無限遠處為零電勢時,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．負電荷形成的電場則相反．4．電勢和電勢能的區(qū)別與聯(lián)系區(qū)別和聯(lián)系電勢φ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φ的大小,只跟電場本身有關(guān),跟檢驗電荷q無關(guān)電勢能大小是由點電荷q和該點電勢φ共同決定的5．電勢和電勢差的區(qū)別與聯(lián)系區(qū)別與聯(lián)系電勢φ電勢差UAB＝φA－φB區(qū)別(1)(電場中某點的)電勢與零電勢點的選取有關(guān)(一般取無限遠處或地球表面的電勢為零)(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,正負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,可正可負,正負號反映了φA、φB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)UAB＝－UBA,書寫電勢差應(yīng)標(biāo)清角標(biāo)符號．(2)電勢差的正負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．

例2

兩個相同的負電荷和一個正電荷附近的電場線分布如圖所示．c是兩負電荷連線的中點,d點在正電荷的正上方,c、d到正電荷的距離相等,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．c點的電場強度比d點的大D．c點的電勢比d點的低解析：電場線越密的地方電場越強,故選項A正確；a點離負電荷近,b點離正電荷近,故b點電勢高于a點電勢,即選項B錯誤；假設(shè)拿走兩個負電荷而只留下正電荷,由于c、d兩點到正電荷的距離相等,則c、d兩點的電場強度大小相等,而若只考慮兩個等量負電荷在c、d兩點的影響時,c點電場強度為零,d點在這兩個負電荷的垂直平分線上,考慮電場的疊加,c點的電場僅相當(dāng)于正電荷產(chǎn)生的電場,而d點的電場是這兩部分的疊加,正電荷在d點的電場向上,兩負電荷在d點的電場向下,兩者的合場強必小于c點的場強,故選項C正確；正電荷在c、d兩點產(chǎn)生的電勢相同,但兩個負電荷在d點的電勢高于c點的電勢,電勢是標(biāo)量,c、d兩點的總電勢d點的電勢高于c點的電勢,故選項D正確．答案：ACD?題后反思抓住電場線的疏密和方向,從而判定場強的大小和電勢的高低．2．如圖所示,在正點電荷形成的電場中有a、b、c三點,它們到該點電荷的距離分別為ra、rb和rc,且ra<rb<rc.分別用φa、φb、φc表示a、b、c三點的電勢,則(

)A．φa＝φb＝φcB．φa<φb<φcC．φb>φa>φcD．φa>φb>φc【答案】D

【解析】正電荷的電場中電場線從正電荷出發(fā)到無窮遠處終止,因為ra<rb<rc,根據(jù)順著電場線方向電勢降低可知,a、b、c三點的電勢φa>φb>φc,故A、B、C錯誤,D正確．1．特點(1)在同一等勢面上任意兩點間移動電荷時,電場力不做功．(2)在空間沒有電荷的地方兩等勢面不相交．

等勢面(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．2．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,可以定性地比較某點場強的大?。?．幾種常見電場的等勢面(1)點電荷電場：等勢面是以點電荷為球心的一簇球面,越向外越稀疏,如圖甲所示．(2)等量異種點電荷的電場：是兩簇對稱曲面,兩點電荷連線的中垂面是一個等勢面．如圖乙所示.在從正電荷到負電荷的連線上電勢逐漸降低φA＞φA′.在中垂線上φB＝φB′．(3)等量同種點電荷的電場：是兩簇對稱曲面,如圖丙所示,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)勻強電場：等勢面與電場線垂直、間隔相等、相互平行的一簇平面,如圖丁所示．

例3如圖所示,虛線圓是某靜電場中的等勢面,其電勢分別為φa、φb和φc.一帶正電粒子射入電場中,其運動軌跡如實線KLMN所示,由圖可知(

)解析：由粒子運動軌跡可知,該電場是正電荷形成的電場,帶正電的粒子射入電場中時,受斥力作用,在靠近場源電荷的過程中,電場力做負功,動能減少,電勢能增加．在遠離場源電荷的過程中,電場力做正功,動能增加,電勢能減少．粒子由K到L的過程中,由低電勢到高電勢處,電場力做負功,動能減少,電勢能增加,故A、C正確；粒子由L到M的過程中,由高電勢向低電勢處移動,電場力做正功,動能增加,電勢能減少,故B、D項錯．答案：AC?題后反思如果電荷在電場中只受電場力作用,其動能與電勢能之和不變．若電荷由電場中的某一個等勢面出發(fā),在電場中運動一段時間后又到達該等勢面上的另一點,此過程中電場力所做總功為零,兩狀態(tài)的電勢能相等．由此也可判斷電荷動能的變化．

例4

如圖所示,M、N兩點分別放置兩個等量異種電荷,A是它們連線的中點,B為連線上靠近N的一點,C為連線中垂線上處于A點上方的一點,在A、B、C三點中(

)A．場強最小的點是A點,電勢最高的點是B點B．場強最小的點是A點,電勢最高的點是C點C．場強最小的點是C點,電勢最高的點是A點D．場強最小的點是C點,電勢最高的點是B點解析：畫出等量異種電荷的電場線和等勢面的分布圖象,如圖所示：電場線的疏密程度表示電場強度的大小,在A、B、C三點中,C點位置電場線最稀疏,故場強最小的點是C點．A、C兩個點在一個等勢面上,電勢相等；沿著電場線電勢逐漸降低,故B點電勢高于A點電勢；故電勢最高的點是B點,故D正確,A、B、C錯誤．答案：D3．在如圖所示的負點