高中物理選修課件研究電場的能的性質(zhì)

匯報(bào)人：XX高中物理選修課件研究電場的能的性質(zhì)20XX-01-19目錄電場與電荷電勢能與電勢差靜電場中的導(dǎo)體和絕緣體靜電場中能量轉(zhuǎn)化與守恒定律帶電粒子在勻強(qiáng)電場中運(yùn)動(dòng)規(guī)律平行板電容器和勻強(qiáng)電場關(guān)系探究總結(jié)回顧與拓展延伸01電場與電荷Chapter

電場基本概念電場定義存在于電荷周圍的一種特殊物質(zhì)，它對放入其中的電荷產(chǎn)生力的作用。電場強(qiáng)度描述電場強(qiáng)弱的物理量，用E表示，單位是牛/庫（N/C）。電場力電荷在電場中受到的力，用F表示，方向與電場強(qiáng)度方向相同或相反。正電荷和負(fù)電荷，同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。電荷種類電荷量電荷守恒定律描述電荷多少的物理量，用Q表示，單位是庫侖（C）。在一個(gè)與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)內(nèi)，正、負(fù)電荷的代數(shù)和保持不變。030201電荷及其相互作用為了形象地描述電場而引入的線，它的切線方向表示該點(diǎn)電場強(qiáng)度的方向。電場線電勢相等的各個(gè)點(diǎn)構(gòu)成的面，等勢面與電場線處處垂直。等勢面電勢差是指電場中兩點(diǎn)間的電勢之差，電勢則是描述電場能性質(zhì)的物理量。電勢差與電勢電場線與等勢面02電勢能與電勢差Chapter電荷在電場中具有的勢能稱為電勢能。它是電場和電荷共同具有的能量。電勢能可以通過計(jì)算電荷在電場中的位置與電勢的乘積得到，即Ep=qφ。其中，Ep為電勢能，q為電荷量，φ為電勢。電勢能定義及計(jì)算電勢能計(jì)算電勢能定義電場中兩點(diǎn)的電勢之差稱為電勢差，用U表示。電勢差是標(biāo)量，其大小等于單位正電荷從一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)時(shí)電場力所做的功。電壓是電勢差的另一種表述方式，兩者在數(shù)值上相等，但電壓更強(qiáng)調(diào)電場力對電荷做功的能力。電勢差定義電壓與電勢差關(guān)系電勢差與電壓關(guān)系例題1：一正電荷在電場中從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電場力做了正功，則（）A.A點(diǎn)的電勢一定比B點(diǎn)高B.電場線方向一定由B指向A典型例題分析C.A點(diǎn)的電場強(qiáng)度一定比B點(diǎn)大D.該電荷的動(dòng)能一定增加答案：A、D典型例題分析解析：正電荷在電場中從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電場力做了正功，根據(jù)電勢能公式Ep=qφ可知，正電荷在電勢高的地方電勢能大，在電勢低的地方電勢能小，所以A點(diǎn)的電勢一定比B點(diǎn)高，故A正確；由于不知道電場線的分布情況，所以無法判斷電場線的方向，故B錯(cuò)誤；電場強(qiáng)度的大小與電勢的高低無關(guān)，所以A點(diǎn)的電場強(qiáng)度不一定比B點(diǎn)大，故C錯(cuò)誤；根據(jù)動(dòng)能定理可知，電場力做正功，電荷的動(dòng)能一定增加，故D正確。典型例題分析例題2：關(guān)于電勢差和電場力做功的說法中，正確的是()A.電勢差是矢量，電場力做的功是標(biāo)量B.在兩點(diǎn)間移動(dòng)電荷時(shí)，電場力做功的多少跟這兩點(diǎn)間的電勢差有關(guān)典型例題分析0102典型例題分析D.在兩點(diǎn)間移動(dòng)電荷時(shí)，電場力做功的多少跟這兩點(diǎn)間移動(dòng)電荷的電荷量無關(guān)C.在兩點(diǎn)間被移動(dòng)的電荷的電荷量越多，則電場力做功越多答案：B解析：電勢差是標(biāo)量，電場力做功也是標(biāo)量，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)$W_{AB}=qU_{AB}$可知，在兩點(diǎn)間移動(dòng)電荷時(shí)，電場力做功的多少跟這兩點(diǎn)間的電勢差有關(guān)，選項(xiàng)B正確；由公式$W_{AB}=qU_{AB}$可知，電場力做功的多少與兩點(diǎn)間的電勢差和移動(dòng)的電荷量都有關(guān)，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤.典型例題分析03靜電場中的導(dǎo)體和絕緣體Chapter導(dǎo)體內(nèi)部電荷可以自由移動(dòng)，因此在靜電場作用下，導(dǎo)體內(nèi)部電荷會(huì)重新分布，使得導(dǎo)體成為一個(gè)等勢體。電荷分布當(dāng)導(dǎo)體置于靜電場中時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)的自由電荷會(huì)受到電場力的作用而移動(dòng)，直到導(dǎo)體內(nèi)部電場強(qiáng)度為零，這種現(xiàn)象稱為靜電感應(yīng)。靜電感應(yīng)當(dāng)導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部電場強(qiáng)度為零，電荷只分布在導(dǎo)體的外表面，且電荷分布與導(dǎo)體形狀和電場方向有關(guān)。靜電平衡導(dǎo)體在靜電場中特性電荷束縛01絕緣體中的電荷被緊緊束縛在原子或分子內(nèi)部，不能自由移動(dòng)，因此絕緣體不容易導(dǎo)電。極化現(xiàn)象02在靜電場作用下，絕緣體中的正負(fù)電荷中心會(huì)發(fā)生偏移，產(chǎn)生極化現(xiàn)象。極化程度與電場強(qiáng)度、絕緣體性質(zhì)以及溫度等因素有關(guān)。電介質(zhì)擊穿03當(dāng)靜電場強(qiáng)度超過一定限度時(shí)，絕緣體會(huì)被擊穿而變成導(dǎo)體，這種現(xiàn)象稱為電介質(zhì)擊穿。擊穿電壓與絕緣體的性質(zhì)、厚度以及電場均勻程度等因素有關(guān)。絕緣體在靜電場中特性導(dǎo)體應(yīng)用避雷針利用導(dǎo)體的性質(zhì)將電荷引入地下；電容器中的金屬極板利用導(dǎo)體的性質(zhì)儲(chǔ)存電荷。絕緣體應(yīng)用電線電纜的外皮采用絕緣材料以防止電流外泄；高壓設(shè)備的支撐結(jié)構(gòu)采用絕緣材料以防止電流通過。導(dǎo)體和絕緣體的組合應(yīng)用在電子設(shè)備中，常常需要將導(dǎo)體和絕緣體組合起來使用。例如，在印刷電路板中，金屬導(dǎo)線被鑲嵌在絕緣基板上以構(gòu)成電路；在變壓器中，線圈采用絕緣導(dǎo)線繞制而成以實(shí)現(xiàn)電壓變換。導(dǎo)體和絕緣體應(yīng)用舉例04靜電場中能量轉(zhuǎn)化與守恒定律Chapter電場力做功與電勢能變化在靜電場中，電荷在電場力的作用下移動(dòng)時(shí)，電場力對電荷做功，導(dǎo)致電荷的電勢能發(fā)生變化。電場力做正功，電勢能減??；電場力做負(fù)功，電勢能增加。靜電場中的能量轉(zhuǎn)化在靜電場中，電荷之間的相互作用是通過電場傳遞的。當(dāng)電荷在電場中移動(dòng)時(shí)，電場能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，如動(dòng)能、重力勢能等。同時(shí)，其他形式的能量也可以轉(zhuǎn)化為電場能。能量轉(zhuǎn)化過程分析能量守恒定律是自然界的基本定律之一，它指出在一個(gè)孤立系統(tǒng)中，總能量保持不變。在靜電場中，電荷之間的相互作用遵循能量守恒定律。能量守恒定律動(dòng)量守恒定律指出，在沒有外力作用的情況下，系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變。在靜電場中，由于電荷之間的相互作用力是內(nèi)力，因此系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變。動(dòng)量守恒定律守恒定律在靜電場中應(yīng)用例題2分析靜電場中的能量轉(zhuǎn)化過程，應(yīng)用能量守恒定律解決問題。例題1解析電荷在電場中的運(yùn)動(dòng)過程，計(jì)算電場力做功和電勢能變化。例題3運(yùn)用動(dòng)量守恒定律解決靜電場中的相關(guān)問題。典型例題解析05帶電粒子在勻強(qiáng)電場中運(yùn)動(dòng)規(guī)律Chapter帶電粒子在電場中受到的電場力$F=qE$，其中$q$為粒子所帶電荷量，$E$為電場強(qiáng)度。電場力方向與電場強(qiáng)度方向相同或相反，取決于粒子所帶電荷的正負(fù)。電場力對于微觀粒子，如電子、質(zhì)子等，重力通?？梢院雎圆挥?jì)。但對于宏觀帶電物體，如帶電小球、液滴等，重力不能忽略。重力帶電粒子受力分析初速度為零的帶電粒子在電場力作用下做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軌跡為直線。初速度不為零的帶電粒子當(dāng)電場力與初速度方向共線時(shí)，粒子做勻變速直線運(yùn)動(dòng)；當(dāng)電場力與初速度方向不共線時(shí)，粒子做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，如類平拋運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)軌跡確定方法例題1：一帶電粒子在勻強(qiáng)電場中從靜止開始運(yùn)動(dòng)，僅受電場力作用。下列說法正確的是()A.粒子一定做勻變速直線運(yùn)動(dòng)B.粒子的電勢能一定減小典型例題解析C.粒子的動(dòng)能一定增大D.粒子的加速度一定不變解析：由于粒子從靜止開始運(yùn)動(dòng)，僅受電場力作用，因此粒子做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)A正確；電場力對粒子做正功，粒子的電勢能減小，選項(xiàng)B正確；電場力對粒子做正功，粒子的動(dòng)能增大，選項(xiàng)C正確；粒子僅受恒定的電場力作用，加速度不變，選項(xiàng)D正確。典型例題解析例題2：一帶電粒子以某一初速度垂直射入勻強(qiáng)磁場中，不考慮其他力的作用，則帶電粒子()典型例題解析A.一定做勻速圓周運(yùn)動(dòng)B.速度大小不變，方向改變C.速度大小和方向都改變典型例題解析D.速度大小和方向都不變解析：帶電粒子以某一初速度垂直射入勻強(qiáng)磁場中時(shí)，洛倫茲力充當(dāng)向心力，粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)A正確；由于洛倫茲力始終與速度方向垂直，因此速度大小不變，方向時(shí)刻改變，選項(xiàng)B正確。典型例題解析06平行板電容器和勻強(qiáng)電場關(guān)系探究Chapter構(gòu)成電容器的兩個(gè)極板，通常使用金屬材質(zhì)以確保良好的導(dǎo)電性。兩塊平行金屬板位于兩極板之間，防止電荷直接流通，同時(shí)允許電場線在其中傳播。絕緣介質(zhì)在充電狀態(tài)下，正極板帶正電荷，負(fù)極板帶負(fù)電荷，電荷均勻分布在兩極板的內(nèi)表面。電荷分布平行板電容器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)電場線勻強(qiáng)電場的電場線是一組等間距的平行直線，垂直于兩極板，由正極板指向負(fù)極板。電場力在勻強(qiáng)電場中，電荷受到的電場力與其所帶電荷量成正比，與電場強(qiáng)度成正比。形成條件當(dāng)平行板電容器充電后，兩極板間形成勻強(qiáng)電場。電場強(qiáng)度與兩極板間的電勢差成正比，與兩極板間的距離成反比。勻強(qiáng)電場形成條件及特性實(shí)驗(yàn)原理：利用平行板電容器形成的勻強(qiáng)電場特性，通過測量電荷在電場中的受力情況來間接測量兩極板間的距離。實(shí)驗(yàn)：測量平行板間距離實(shí)驗(yàn)步驟1.對平行板電容器進(jìn)行充電，使其兩極板間形成勻強(qiáng)電場。2.將一帶電小球以一定初速度垂直射入電場中，記錄其運(yùn)動(dòng)軌跡。實(shí)驗(yàn)：測量平行板間距離3.分析小球在電場中的受力情況，結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求解出兩極板間的距離。0102數(shù)據(jù)分析與結(jié)論：通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析處理，可以得到兩極板間距離的測量結(jié)果。同時(shí)，還可以通過比較不同條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)一步探究影響平行板電容器性能的相關(guān)因素。實(shí)驗(yàn)：測量平行板間距離07總結(jié)回顧與拓展延伸Chapter電場的基本概念電場是存在于電荷周圍的一種特殊物質(zhì)，它對放入其中的電荷產(chǎn)生力的作用。電場的能的性質(zhì)電場具有能量，這種能量與電場的分布和電荷的配置有關(guān)。電勢與電勢差電勢是描述電場中某點(diǎn)電勢能的物理量，電勢差則是兩點(diǎn)間電勢的差值，與這兩點(diǎn)間的電勢能變化有關(guān)。知識體系梳理重點(diǎn)難點(diǎn)再突破電容器是一種儲(chǔ)存電荷的裝置，其電容表示電容器儲(chǔ)存電荷的能力。了解電容器的構(gòu)造、工作原理及相關(guān)計(jì)算是本章的重點(diǎn)內(nèi)容之一。電容器與電容的概念電場線是用來形象描述電場分布的一系列曲線，等勢面則是電勢相等的各個(gè)點(diǎn)構(gòu)成的面。理解電場線和等勢面對于分析電場的能的性質(zhì)至關(guān)重要。電場線與等勢面的理解電場力做功等于電勢能的減少量，掌握這一關(guān)系有助于理解和計(jì)算電場中的能量轉(zhuǎn)化問題。電