高二物理人教選修31同步課件第一章學(xué)案5電勢(shì)能和電勢(shì)

1、,第一章,靜電場(chǎng),學(xué)案5 電勢(shì)能和電勢(shì),目標(biāo)定位,1.知道靜電力做功的特點(diǎn)，掌握靜電力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系. 2.理解電勢(shì)能、電勢(shì)的概念，能根據(jù)電場(chǎng)線判斷電勢(shì)高低. 3.知道什么是等勢(shì)面，并能理解等勢(shì)面的特點(diǎn).,知識(shí)探究,自我檢測(cè),一、靜電力做功的特點(diǎn),問題設(shè)計(jì),知識(shí)探究,答案靜電力FqE，靜電力與位移夾角為，靜電力對(duì)試探電荷q做的功WF|AB|cos qE|AM|.在線段AM上靜電力做的功W1qE|AM|，在線段MB上靜電力做的功W20，總功WW1W2qE|AM|.,2.若q沿任意曲線從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)，靜電力做的功為多少？由此可得出什么結(jié)論. 答案WqE|AM|.電荷在勻強(qiáng)電場(chǎng)中從不同路徑

2、由A運(yùn)動(dòng)到B，靜電力做功相同.說明靜電力做功與路徑無關(guān)，只與初、末位置有關(guān).,要點(diǎn)提煉,1.靜電力做功的特點(diǎn)：靜電力對(duì)某電荷所做的功，與該電荷的 有關(guān)，與電荷經(jīng)過的 無關(guān)，與電場(chǎng)是否是勻強(qiáng)電場(chǎng)也無關(guān). 2.靜電力做功與重力做功相似，只要初、末位置確定了，移動(dòng)電荷q做的功就是確定值.,電荷量,路徑,二、電勢(shì)能,問題設(shè)計(jì),類比重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系，靜電力做正功，電勢(shì)能如何變化？靜電力做負(fù)功，電勢(shì)能如何變化？靜電力做功與電勢(shì)能變化有怎樣的數(shù)量關(guān)系？ 答案靜電力做正功，電勢(shì)能減少；靜電力做負(fù)功，電勢(shì)能增加. 靜電力做功的值等于電勢(shì)能的變化量，即：WABEpAEpB.,要點(diǎn)提煉,1.電勢(shì)能：由于

3、移動(dòng)電荷時(shí) 與移動(dòng)的路徑無關(guān)，電荷在電場(chǎng)中也具有勢(shì)能，這種勢(shì)能叫做 ，可用 表示. 2.電場(chǎng)力做功是電勢(shì)能變化的量度，用公式表示為WAB ，即電場(chǎng)力做正功，電荷的電勢(shì)能 ，電場(chǎng)力做負(fù)功，電荷的電勢(shì)能 .,靜電力做的功,電勢(shì)能,EpAEpB,減少,增加,Ep,3.電荷在某點(diǎn)的電勢(shì)能，等于把它從這點(diǎn)移動(dòng)到 位置時(shí)靜電力做的功. 4.電勢(shì)能具有相對(duì)性. 電勢(shì)能零點(diǎn)的規(guī)定：通常把電荷在離場(chǎng)源電荷 處的電勢(shì)能規(guī)定為零，或把電荷在 上的電勢(shì)能規(guī)定為零.,零勢(shì)能,無限遠(yuǎn),大地表面,延伸思考,當(dāng)正電荷順著電場(chǎng)線運(yùn)動(dòng)時(shí)，靜電力做什么功？電勢(shì)能是增加還是減少？當(dāng)負(fù)電荷順著電場(chǎng)線運(yùn)動(dòng)時(shí)，靜電力做什么功？電勢(shì)能是增加

4、還是減少？ 答案正電荷順著電場(chǎng)線運(yùn)動(dòng)時(shí)，靜電力做正功，電勢(shì)能減少.負(fù)電荷順著電場(chǎng)線運(yùn)動(dòng)時(shí)，靜電力做負(fù)功，電勢(shì)能增加.,三、電勢(shì),問題設(shè)計(jì),如圖2所示的勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)為E，取O點(diǎn)為零 勢(shì)能點(diǎn)，A點(diǎn)距O點(diǎn)為l，AO連線與電場(chǎng)線的夾 角為.電荷量分別為q和2q的試探電荷在A點(diǎn)的電 勢(shì)能為多少？電勢(shì)能與電荷量的比值各是多少？,圖2,答案由EpAEpOWAOEqlcos ，知電荷量為q和2q的試探電荷在A點(diǎn)的電勢(shì)能分別為Eqlcos 、2Eqlcos ；電勢(shì)能與電荷量的比值相同，都為Elcos .,要點(diǎn)提煉,1.電荷在電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電勢(shì)能與它的電荷量的 ，叫做這一點(diǎn)的電勢(shì).如果用表示電勢(shì)，用Ep表示電荷

5、q的電勢(shì)能，則 ，單位為 ，符號(hào)為 . 2.電勢(shì)的標(biāo)量性：電勢(shì)是 量，只有大小，沒有方向，但有正負(fù)之分，電勢(shì)為正表示比零電勢(shì) ，電勢(shì)為負(fù)表示比零電勢(shì) .,比值,伏特,V,標(biāo),高,低,3.電勢(shì)的相對(duì)性：零電勢(shì)點(diǎn)的選取原則：一般選 或處為零電勢(shì)點(diǎn)，只有選取了零電勢(shì)點(diǎn)才能確定某點(diǎn)的電勢(shì)大小. 4.電勢(shì)是描述電場(chǎng)性質(zhì)的物理量，決定于 本身，與試探電荷 .,大地,無限遠(yuǎn),電場(chǎng),無關(guān),5.判斷電勢(shì)高低的方法： (1)利用電場(chǎng)線：沿著電場(chǎng)線方向電勢(shì)逐漸 (此為主要方法)； (2)利用公式 判斷，即在正電荷的電勢(shì)能越大處，電勢(shì)越 ，負(fù)電荷電勢(shì)能越大處，電勢(shì)越 .,降低,高,低,四、等勢(shì)面,問題設(shè)計(jì),1.類比地

6、圖上的等高線，簡(jiǎn)述什么是等勢(shì)面？ 答案電場(chǎng)中電勢(shì)相等的點(diǎn)構(gòu)成的面.,2.為什么等勢(shì)面一定跟電場(chǎng)線垂直？ 答案在同一等勢(shì)面上移動(dòng)電荷時(shí)，電勢(shì)能不變，所以電場(chǎng)力不做功，即電場(chǎng)力方向與等勢(shì)面垂直，如果不垂直，電場(chǎng)強(qiáng)度就有一個(gè)沿著等勢(shì)面的分量，在等勢(shì)面上移動(dòng)電荷時(shí)靜電力就要做功，所以等勢(shì)面一定跟電場(chǎng)線垂直.,要點(diǎn)提煉,1.電場(chǎng)中電勢(shì) 的各點(diǎn)構(gòu)成的面叫等勢(shì)面. 2.等勢(shì)面的特點(diǎn)： (1)在同一等勢(shì)面上移動(dòng)電荷時(shí)，靜電力 . (2)電場(chǎng)線跟等勢(shì)面垂直，并且由電勢(shì) 的等勢(shì)面指向電勢(shì) 的等勢(shì)面. (3)等勢(shì)面密的地方，電場(chǎng)強(qiáng)度較 ；等勢(shì)面疏的地方，電場(chǎng)強(qiáng)度較 . (4)任意兩個(gè)等勢(shì)面不相交.,相同,不做功,高

7、,低,強(qiáng),弱,請(qǐng)大致畫出點(diǎn)電荷、等量異號(hào)點(diǎn)電荷、等量同號(hào)點(diǎn)電荷和勻強(qiáng)電場(chǎng)的等勢(shì)面.簡(jiǎn)述它們的特點(diǎn)？,答案,延伸思考,(1)點(diǎn)電荷的等勢(shì)面：點(diǎn)電荷的等勢(shì)面是以點(diǎn)電荷為球心的一簇球面. (2)等量異號(hào)點(diǎn)電荷的等勢(shì)面：等量異號(hào)點(diǎn)電荷的連線上，從正電荷到負(fù)電荷電勢(shì)越來越低，中垂線是一等勢(shì)線. (3)等量同號(hào)點(diǎn)電荷的等勢(shì)面：等量正點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)電勢(shì)最低，中垂線上該點(diǎn)的電勢(shì)最高，從中點(diǎn)沿中垂線向兩側(cè)，電勢(shì)越來越低.連線上和中垂線上關(guān)于中點(diǎn)的對(duì)稱點(diǎn)等勢(shì).等量負(fù)點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)電勢(shì)最高，中垂線上,該點(diǎn)的電勢(shì)最低.從中點(diǎn)沿中垂線向兩側(cè)，電勢(shì)越來越高，連線上和中垂線上關(guān)于中點(diǎn)的對(duì)稱點(diǎn)等勢(shì). (4)勻強(qiáng)電場(chǎng)的等勢(shì)

8、面：勻強(qiáng)電場(chǎng)的等勢(shì)面是垂直于電場(chǎng)線的一簇平行等間距的平面.,說明：等勢(shì)面密集處電場(chǎng)線也密集.任意兩個(gè)等勢(shì)面不會(huì)相交.,典例精析,一、靜電力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系,例1在電場(chǎng)中把一個(gè)電荷量為6106 C的負(fù)電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，克服靜電力做功3105 J，則電荷從A到B的過程中，電勢(shì)能變化了多少？是增加還是減少？若規(guī)定電荷在B點(diǎn)的電勢(shì)能為零，則電荷在A點(diǎn)的電勢(shì)能為多大？,解析電荷克服靜電力做功，即靜電力做負(fù)功，有WAB3105 J.由WABEpAEpB知，電勢(shì)能變化了3105 J；由于靜電力做負(fù)功，則電勢(shì)能增加. 若EpB0，則由WABEpAEpB得EpA3105 J. 答案3105 J增加310

9、5 J,二、對(duì)電勢(shì)的理解及電勢(shì)高低的判斷,例2如果把電荷量q1.0108 C的電荷從無限遠(yuǎn)移到電場(chǎng)中的A點(diǎn)，需要克服靜電力做功W1.2104 J，那么： (1)q在A點(diǎn)的電勢(shì)能和A點(diǎn)的電勢(shì)各是多少？,解析靜電力做負(fù)功，電勢(shì)能增加，無限遠(yuǎn)處的電勢(shì)為零，電荷在無限遠(yuǎn)處的電勢(shì)能也為零，即0，Ep0. 由WAEpEpA得EpAEpWA0(1.2104 J)1.2104 J 再由A 得A1.2104 V,答案1.2104 J1.2104 V,(2)q未移入電場(chǎng)前，A點(diǎn)的電勢(shì)是多少？,解析A點(diǎn)的電勢(shì)是由電場(chǎng)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(chǎng)前，A點(diǎn)的電勢(shì)仍為1.2104 V. 答案1.

10、2104 V,例3如圖3所示，圖中的實(shí)線表示電場(chǎng)線，虛 線表示只受電場(chǎng)力作用的帶正電粒子的運(yùn)動(dòng)軌 跡，粒子先經(jīng)過M點(diǎn)，再經(jīng)過N點(diǎn)，可以判定() A.M點(diǎn)的電勢(shì)高于N點(diǎn)的電勢(shì) B.M點(diǎn)的電勢(shì)低于N點(diǎn)的電勢(shì) C.粒子在M點(diǎn)受到的電場(chǎng)力大于在N點(diǎn)受到的電場(chǎng)力 D.粒子在M點(diǎn)的電勢(shì)能大于在N點(diǎn)的電勢(shì)能,圖3,解析沿著電場(chǎng)線的方向電勢(shì)降低，故選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B錯(cuò)誤； 電場(chǎng)線越密，場(chǎng)強(qiáng)越大，同一粒子受到的電場(chǎng)力越大，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤； 粒子從M點(diǎn)到N點(diǎn)電場(chǎng)力做正功，所以電勢(shì)能減小，所以選項(xiàng)D正確. 答案AD,三、等勢(shì)面的特點(diǎn)和應(yīng)用,例4下面關(guān)于等勢(shì)面的說法，正確的是() A.電荷在等勢(shì)面上移動(dòng)時(shí)，由于不受電場(chǎng)

11、力作用，所以 說電場(chǎng)力不做功 B.在同一個(gè)等勢(shì)面上各點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小相等 C.兩個(gè)不等電勢(shì)的等勢(shì)面可能相交 D.若相鄰兩等勢(shì)面的電勢(shì)差相等，則等勢(shì)面的疏密程度 能反映場(chǎng)強(qiáng)的大小,解析等勢(shì)面由電勢(shì)相等的點(diǎn)組成，等勢(shì)面處的電場(chǎng)線跟等勢(shì)面垂直，因此電荷在等勢(shì)面上移動(dòng)時(shí)，電場(chǎng)力不做功，但并不是不受電場(chǎng)力的作用，A錯(cuò).等勢(shì)面上各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小不一定相等，等勢(shì)面不可能相交，B、C錯(cuò). 等差等勢(shì)面的疏密反映場(chǎng)強(qiáng)的大小，D對(duì). 答案D,課堂要點(diǎn)小結(jié),1.(靜電力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系)在電場(chǎng)中，把電荷量為4109 C的正點(diǎn)電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，克服靜電力做功6108 J，以下說法中正確的是() A.電荷在B點(diǎn)具有的電勢(shì)

12、能是6108 J B.B點(diǎn)電勢(shì)是15 V C.電荷的電勢(shì)能增加了6108 J D.電荷的電勢(shì)能減少了6108 J,1,2,3,自我檢測(cè),解析電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)能具有相對(duì)性，只有確定了零勢(shì)點(diǎn)，B點(diǎn)的電勢(shì)、電荷在B點(diǎn)的電勢(shì)能才是確定的數(shù)值，故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤； 由于電荷從A移到B的過程中是克服靜電力做功6108 J，故電荷電勢(shì)能應(yīng)該是增加了6108 J，選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 答案C,1,2,3,1,2,3,2.(對(duì)電勢(shì)的理解)關(guān)于電勢(shì)，下列說法正確的是() A.電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)，其大小等于單位正電荷從該點(diǎn)移 動(dòng)到零電勢(shì)點(diǎn)時(shí)，電場(chǎng)力所做的功 B.電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)與零電勢(shì)點(diǎn)的選取有關(guān) C.由于電勢(shì)是相對(duì)的，所以無法比較電場(chǎng)中兩點(diǎn)的電勢(shì) 高低 D.電勢(shì)是描述電場(chǎng)能的性質(zhì)的物理量,1,2,3,解析由電勢(shì)的定義可知A正確. 由于電勢(shì)是相對(duì)量，電勢(shì)的大小與零電勢(shì)點(diǎn)的選取有關(guān)，故B正確. 雖然電勢(shì)是相對(duì)的，但電勢(shì)的高低是絕對(duì)的，因此C錯(cuò)誤. 電勢(shì)與電勢(shì)能相聯(lián)系，它是描述電場(chǎng)能的性質(zhì)的物理量，故D正確. 答案ABD,1,2,3,3.(電場(chǎng)線和等勢(shì)面)如圖4所示，實(shí)線表示一簇關(guān)于x軸對(duì)稱的