教科版選修31 第一章 4 電勢(shì)能 電勢(shì)與電勢(shì)差 課件（51張）.ppt

第一章靜電場(chǎng) 4電勢(shì)能電勢(shì)與電勢(shì)差 1 知道電場(chǎng)力做功的特點(diǎn) 掌握電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系 2 理解電勢(shì)能 電勢(shì) 電勢(shì)差的概念 掌握電勢(shì)差的計(jì)算公式 3 知道什么是等勢(shì)面 并能理解等勢(shì)面的特點(diǎn) 學(xué)習(xí)目標(biāo) 內(nèi)容索引 知識(shí)探究 題型探究 達(dá)標(biāo)檢測(cè) 知識(shí)探究 1 一 電場(chǎng)力做功的特點(diǎn) 圖1 a b c 分別表示勻強(qiáng)電場(chǎng) 場(chǎng)強(qiáng)為e 中的 q0電荷沿不同路徑從a到b 圖1 1 計(jì)算 a b c 三種情況下電場(chǎng)力做的功分別是多少 答案 a 中電場(chǎng)力做的功w q0ed b 中在線段ac上電場(chǎng)力做的功w1 q0e ac cos q0ed 在線段bc上做的功w2 0 總功w w1 w2 q0ed c 中在垂直于電場(chǎng)方向的各線段上電場(chǎng)力不做功 在沿著電場(chǎng)方向的各線段上電場(chǎng)力做功之和為w q0ed 2 通過(guò)計(jì)算你發(fā)現(xiàn)了什么 通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn) 在勻強(qiáng)電場(chǎng)中沿不同路徑由a運(yùn)動(dòng)到b 電場(chǎng)力做功相同 說(shuō)明電場(chǎng)力做功與路徑無(wú)關(guān) 只與移動(dòng)電荷的電荷量以及起點(diǎn)和終點(diǎn)的位置有關(guān) 答案 1 電場(chǎng)力做功的特點(diǎn) 電場(chǎng)力對(duì)某電荷所做的功 與該電荷的電荷量 選填 有關(guān) 或 無(wú)關(guān) 與電荷經(jīng)過(guò)的路徑 選填 有關(guān) 或 無(wú)關(guān) 該結(jié)論在任何電場(chǎng)中均成立 2 電場(chǎng)力做功與 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 有關(guān) 無(wú)關(guān) 重力 判斷下列說(shuō)法的正誤 1 電荷從電場(chǎng)中的a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn) 路徑不同 電場(chǎng)力做功的大小就可能不同 2 電荷從電場(chǎng)中的某點(diǎn)開(kāi)始出發(fā) 運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后 又回到了該點(diǎn) 則電場(chǎng)力做功為零 3 正電荷沿著電場(chǎng)線運(yùn)動(dòng) 電場(chǎng)力對(duì)正電荷做正功 負(fù)電荷逆著電場(chǎng)線運(yùn)動(dòng) 電場(chǎng)力對(duì)負(fù)電荷做正功 4 在勻強(qiáng)電場(chǎng)中 電場(chǎng)力做功與路徑無(wú)關(guān) 在非勻強(qiáng)電場(chǎng)中 電場(chǎng)力做功與路徑有關(guān) 1 物體從高處向低處運(yùn)動(dòng) 重力做什么功 物體的重力勢(shì)能如何變化 重力做功和物體的重力勢(shì)能變化有什么關(guān)系 二 電勢(shì)能 重力做正功重力勢(shì)能減少wg ep1 ep2 答案 2 正電荷順著電場(chǎng)線移動(dòng) 電場(chǎng)力做什么功 電荷的電勢(shì)能如何變化 負(fù)電荷順著電場(chǎng)線移動(dòng) 電場(chǎng)力做什么功 電荷的電勢(shì)能如何變化 電勢(shì)能的變化與電場(chǎng)力做功有什么關(guān)系 電場(chǎng)力做正功電勢(shì)能減少電場(chǎng)力做負(fù)功電勢(shì)能增加w電 ep1 ep2 答案 1 電勢(shì)能 電荷在靜電場(chǎng)中也具有勢(shì)能 這種勢(shì)能叫做 用符號(hào) 表示 2 電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系 wab 即電場(chǎng)力做正功 電勢(shì)能 電場(chǎng)力做負(fù)功 電勢(shì)能 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 處或把電荷在大地表面上的電勢(shì)能規(guī)定為零 電勢(shì)能 ep epa epb 減少 增加 無(wú)窮遠(yuǎn) 無(wú)限遠(yuǎn) 判斷下列說(shuō)法的正誤 1 電場(chǎng)力做正功 電荷的電勢(shì)能減少 電場(chǎng)力做負(fù)功 電荷的電勢(shì)能增加 2 正電荷和負(fù)電荷沿著電場(chǎng)線運(yùn)動(dòng) 電勢(shì)能均減少 3 確定電荷在某點(diǎn)的電勢(shì)能應(yīng)先規(guī)定零勢(shì)能點(diǎn) 4 因電勢(shì)能有正負(fù)之分 所以電勢(shì)能是矢量 1 在圖1中將電荷量分別為q 2q的電荷分別從a點(diǎn)移到b點(diǎn) 兩電荷電勢(shì)能的變化是否相同 電勢(shì)能的變化與電荷量的比值是否相同 這個(gè)比值與電荷量有關(guān)嗎 三 電勢(shì)與電勢(shì)差 答案 圖1 電勢(shì)能的變化epa epb wab eqlcos 與電荷量q成正比 故兩電荷電勢(shì)能的變化不同 但電勢(shì)能的變化與電荷量的比值定值 與電荷量q無(wú)關(guān) 只與a b兩點(diǎn)位置有關(guān) 2 若取b點(diǎn)為零勢(shì)能點(diǎn) 兩電荷在a點(diǎn)的電勢(shì)能分別為多大 電勢(shì)能與電荷量的比值分別為多大 兩電荷在a點(diǎn)的電勢(shì)能epa分別為qelcos 2qelcos 雖然電勢(shì)能不同 但與電荷量的比值相同 都為elcos 答案 1 電勢(shì) 1 定義 電荷在電場(chǎng)中某一點(diǎn)的 與它的 的比值 2 表達(dá)式 單位為 符號(hào)為 電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)與檢驗(yàn)電荷q 取決于電場(chǎng)本身 3 電勢(shì)是 量 只有大小 沒(méi)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) 4 零電勢(shì)點(diǎn)選取原則 一般選 或 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 5 沿電場(chǎng)線方向 電勢(shì)逐漸 電荷量 電勢(shì)能 伏特 v 低 無(wú)關(guān) 標(biāo) 降低 無(wú)窮遠(yuǎn)處 大地 高 2 電勢(shì)差 電場(chǎng)中兩點(diǎn)電勢(shì)的差值 1 電勢(shì)差的計(jì)算公式 uab uba uab uba 2 電場(chǎng)力做功與電勢(shì)差的關(guān)系 wab 或uab 3 電場(chǎng)中兩點(diǎn)間的電勢(shì)差與零電勢(shì)點(diǎn)的選擇 選填 有關(guān) 或 無(wú)關(guān) 4 電勢(shì)差是 若uab為正值 則a點(diǎn)的電勢(shì)比b點(diǎn)的電勢(shì) 若uab為負(fù)值 則a點(diǎn)的電勢(shì)比b點(diǎn)的電勢(shì) 5 電勢(shì)差的單位和電勢(shì)的單位相同 均為 符號(hào)是 b a a b quab 低 無(wú)關(guān) 標(biāo)量 伏特 高 v 判斷下列說(shuō)法的正誤 1 電勢(shì)有正負(fù)之分 因而是矢量 2 電荷在電勢(shì)高處具有的電勢(shì)能大 3 沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低 與試探電荷的電性無(wú)關(guān) 4 電勢(shì)差與電勢(shì)一樣 是相對(duì)量 與零電勢(shì)點(diǎn)的選取有關(guān) 5 a b兩點(diǎn)的電勢(shì)差是恒定的 與零電勢(shì)的選取無(wú)關(guān) 所以u(píng)ab uba 1 類(lèi)比地圖上的等高線 簡(jiǎn)述什么是等勢(shì)面 四 等勢(shì)面 電場(chǎng)中電勢(shì)相等的各點(diǎn)構(gòu)成的面 答案 2 當(dāng)電荷從同一等勢(shì)面上的a點(diǎn)移到b點(diǎn)時(shí) 電荷的電勢(shì)能是否變化 電場(chǎng)力做功情況如何 不發(fā)生變化電場(chǎng)力不做功 答案 1 等勢(shì)面的特點(diǎn) 1 在等勢(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)面都不相交 強(qiáng) 不做功 低 弱 高 2 幾種常見(jiàn)電場(chǎng)的等勢(shì)面 如圖2所示 圖2 1 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 點(diǎn)電荷的連線上 從正電荷到負(fù)電荷電勢(shì)越來(lái)越低 中垂線是一條等勢(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(lái)越低 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(lái)越高 4 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 2 題型探究 一 靜電力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系 1 靜電力做功的特點(diǎn) 1 靜電力做的功與電荷的起始位置和終止位置有關(guān) 但是與具體路徑無(wú)關(guān) 這與重力做功特點(diǎn)相似 2 靜電力做功的特點(diǎn)不受物理?xiàng)l件限制 不管靜電力是否變化 是否是勻強(qiáng)電場(chǎng) 是直線運(yùn)動(dòng)還是曲線運(yùn)動(dòng) 靜電力做功的特點(diǎn)不變 2 靜電力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系 1 wab epa epb 靜電力做正功 電勢(shì)能減小 靜電力做負(fù)功 電勢(shì)能增加 2 正電荷在電勢(shì)高的地方電勢(shì)能大 而負(fù)電荷在電勢(shì)高的地方電勢(shì)能小 例1將帶電荷量為6 10 6c的負(fù)電荷從電場(chǎng)中的a點(diǎn)移到b點(diǎn) 克服靜電力做了3 10 5j的功 再?gòu)腷移到c 靜電力做了1 2 10 5j的功 則 1 電荷從a移到b 再?gòu)腷移到c的過(guò)程中電勢(shì)能共改變了多少 wac wab wbc 3 10 5 1 2 10 5 j 1 8 10 5j 電勢(shì)能增加了1 8 10 5j 答案 解析 見(jiàn)解析 2 如果規(guī)定a點(diǎn)的電勢(shì)能為零 則該電荷在b點(diǎn)和c點(diǎn)的電勢(shì)能分別為多少 如果規(guī)定a點(diǎn)的電勢(shì)能為零 由公式得該電荷在b點(diǎn)的電勢(shì)能為epb epa wab 0 wab 3 10 5j 同理 c點(diǎn)的電勢(shì)能為epc epa wac 0 wac 1 8 10 5j 答案 解析 見(jiàn)解析 3 如果規(guī)定b點(diǎn)的電勢(shì)能為零 則該電荷在a點(diǎn)和c點(diǎn)的電勢(shì)能分別為多少 如果規(guī)定b點(diǎn)的電勢(shì)能為零 則該電荷在a點(diǎn)的電勢(shì)能為 epa epb wab 0 wab 3 10 5j c點(diǎn)的電勢(shì)能為epc epb wbc 0 wbc 1 2 10 5j 答案 解析 見(jiàn)解析 針對(duì)訓(xùn)練1在電場(chǎng)中 把電荷量為4 10 9c的正點(diǎn)電荷從a點(diǎn)移到b點(diǎn) 克服靜電力做功6 10 8j 以下說(shuō)法中正確的是a 電荷在b點(diǎn)具有的電勢(shì)能是6 10 8jb b點(diǎn)電勢(shì)是15vc 電荷的電勢(shì)能增加了6 10 8jd 電荷的電勢(shì)能減少了6 10 8j 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)能點(diǎn) b點(diǎn)的電勢(shì) 電荷在b點(diǎn)的電勢(shì)能才有確定的數(shù)值 故選項(xiàng)a b錯(cuò)誤 由于電荷從a點(diǎn)移到b點(diǎn)的過(guò)程中克服靜電力做功6 10 8j 故電荷電勢(shì)能應(yīng)該是增加了6 10 8j 選項(xiàng)c正確 選項(xiàng)d錯(cuò)誤 答案 解析 二 電勢(shì) 電勢(shì)差的理解與計(jì)算電勢(shì)和電勢(shì)差的比較 例2如果把電荷量為q 1 0 10 8c的電荷從無(wú)限遠(yuǎn)處移到電場(chǎng)中的a點(diǎn) 需要克服靜電力做功w 1 2 10 4j 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 答案 解析 1 2 10 4j1 2 104v 靜電力做負(fù)功 電勢(shì)能增加 無(wú)限遠(yuǎn)處的電勢(shì)為零 電荷在無(wú)限遠(yuǎn)處的電勢(shì)能也為零 即 0 ep 0 由w a ep epa得epa ep w a 0 1 2 10 4j 1 2 10 4j再由 a 得 a 1 2 104v 2 q未移入電場(chǎng)前 a點(diǎn)的電勢(shì)是多少 答案 解析 1 2 104v 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(wú)關(guān) 所以q未移入電場(chǎng)前 a點(diǎn)的電勢(shì)仍為1 2 104v 例3有一個(gè)帶電荷量q 3 10 6c的點(diǎn)電荷 從某電場(chǎng)中的a點(diǎn)移到b點(diǎn) 電荷克服靜電力做6 10 4j的功 從b點(diǎn)移到c點(diǎn) 靜電力對(duì)電荷做9 10 4j的功 問(wèn) 1 ab bc ca間電勢(shì)差各為多少 答案 解析 見(jiàn)解析 解法一 先求電勢(shì)差的絕對(duì)值 再判斷正 負(fù) uab 200v 因負(fù)電荷從a移到b克服靜電力做功 必是從高電勢(shì)點(diǎn)移到低電勢(shì)點(diǎn) 即 a b uab 200v ubc 300v 因負(fù)電荷從b移到c靜電力做正功 必是從低電勢(shì)點(diǎn)移到高電勢(shì)點(diǎn) 即 b c ubc 300v uca ucb uba ubc uab 300v 200v 100v 解法二 直接代取數(shù)值求 電荷由a移向b克服靜電力做功即靜電力做負(fù)功 wab 6 10 4j uab 200v ubc 300v uca ucb uba ubc uab 300v 200v 100v 2 如以b點(diǎn)電勢(shì)為零 則a c兩點(diǎn)的電勢(shì)各為多少 電荷在a c兩點(diǎn)的電勢(shì)能各為多少 答案 解析 見(jiàn)解析 若 b 0 由uab a b 得 a uab 200v 由ubc b c 得 c b ubc 0 300 v 300v 電荷在a點(diǎn)的電勢(shì)能epa q a 3 10 6 200j 6 10 4j 電荷在c點(diǎn)的電勢(shì)能epc q c 3 10 6 300j 9 10 4j 1 公式wab quab適用于任何電場(chǎng) 其中uab為電場(chǎng)中a b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差 wab僅是電場(chǎng)力做的功 不包括從a到b移動(dòng)電荷時(shí) 其他力所做的功 2 各物理量符號(hào)的處理方法 1 帶正 負(fù)號(hào)進(jìn)行運(yùn)算 把電荷q的電性和電勢(shì)差u的正負(fù)代入 功為正 說(shuō)明靜電力做正功 電荷的電勢(shì)能減小 功為負(fù) 說(shuō)明靜電力做負(fù)功 電荷的電勢(shì)能增大 2 只將絕對(duì)值代入公式運(yùn)算 計(jì)算時(shí) q u都取絕對(duì)值 算出的功也是絕對(duì)值 至于靜電力做的是正功還是負(fù)功 可以根據(jù)電荷的正 負(fù)及電荷移動(dòng)的方向與電場(chǎng)線方向的關(guān)系進(jìn)行判斷 3 公式wab quab中w與u的角標(biāo)要對(duì)應(yīng) 不要造成混亂 因?yàn)閡ab uba wab wba 1 電荷在等勢(shì)面上移動(dòng)時(shí) 靜電力不做功 電荷的電勢(shì)能不變 2 由等勢(shì)面可以確定電場(chǎng)線 因?yàn)殡妶?chǎng)線總和等勢(shì)面垂直 已知等勢(shì)面的形狀分布 可以繪制電場(chǎng)線 從而確定電場(chǎng)大體分布 3 由等差等勢(shì)面的疏密 可以定性地確定場(chǎng)強(qiáng)的大小 等勢(shì)面較密處 場(chǎng)強(qiáng)較大 三 等勢(shì)面的特點(diǎn)及應(yīng)用 例4關(guān)于靜電場(chǎng)的等勢(shì)面 下列說(shuō)法正確的是a 兩個(gè)電勢(shì)不同的等勢(shì)面可能相交b 電場(chǎng)線與等勢(shì)面處處相互垂直c 同一等勢(shì)面上各點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度一定相等d 將一負(fù)的試探電荷從電勢(shì)較高的等勢(shì)面移至電勢(shì)較低的等勢(shì)面 電場(chǎng)力做正功 答案 解析 若兩個(gè)不同的等勢(shì)面相交 則在交點(diǎn)處存在兩個(gè)不同電勢(shì)數(shù)值 與事實(shí)不符 a錯(cuò) 電場(chǎng)線一定與等勢(shì)面垂直 b對(duì) 同一等勢(shì)面上的電勢(shì)相同 但電場(chǎng)強(qiáng)度不一定相同 c錯(cuò) 將一負(fù)電荷從電勢(shì)較高的等勢(shì)面移至電勢(shì)較低的等勢(shì)面 電場(chǎng)力做負(fù)功 故d錯(cuò) 達(dá)標(biāo)檢測(cè) 3 1 多選 關(guān)于電勢(shì) 下列說(shuō)法正確的是a 電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)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(wú)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 4 1 2 3 答案 解析 4 1 2 3 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 故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 a a點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度比c點(diǎn)的小b 負(fù)電荷在a點(diǎn)的電勢(shì)能比在c點(diǎn)的電勢(shì)能大c 電荷沿等勢(shì)面ab移動(dòng)的過(guò)程中 電場(chǎng)力始終不做功d 正電荷由a移動(dòng)到c 電場(chǎng)力做負(fù)功 2 電場(chǎng)中等勢(shì)面如圖3所示 下列關(guān)于該電場(chǎng)描述正確的是 答案 圖3 4 1 2 3 解析 4 1 2 3 由等勢(shì)面與電場(chǎng)線密集程度的關(guān)系可知 等勢(shì)面越密集的地方電場(chǎng)強(qiáng)度越大 故a點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度比c點(diǎn)的大 a錯(cuò)誤 負(fù)電荷在電勢(shì)越高的位置電勢(shì)能越小 b錯(cuò)誤 沿等勢(shì)面移動(dòng)電荷 電場(chǎng)力不做功 c正確 正電荷由a移動(dòng)到c 電場(chǎng)力做正功 d錯(cuò)誤 故選c a 4 8 10 8jb 4 8 10 8jc 8 0 10 8jd 8 0 10 8j 3 如圖4所示為某靜電場(chǎng)等勢(shì)面的分布 電荷量為1 6 10 9c的正點(diǎn)電荷從a經(jīng)b c到達(dá)d點(diǎn) 則從a至d 電場(chǎng)力對(duì)電荷做的功為 答案 解析 4 1 2 3 圖4 uad a d 40 10 v 30v 所以wad quad 1 6 10 9 30 j 4 8 10 8j 4 將一電荷量為 3