物理選修31人教全程導(dǎo)學(xué)筆記課件第一章靜電場(chǎng)4電勢(shì)能和電勢(shì)

4電勢(shì)能和電勢(shì)第一章

靜電場(chǎng)[課時(shí)要求]

1.了解靜電力做功的特點(diǎn)，了解靜電力做功與電勢(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(xiàn)判斷電勢(shì)高低.3.了解等勢(shì)面的概念.內(nèi)容索引自主預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)新知夯實(shí)基礎(chǔ)重點(diǎn)探究啟迪思維探究重點(diǎn)達(dá)標(biāo)檢測(cè)檢測(cè)評(píng)價(jià)達(dá)標(biāo)過(guò)關(guān)自主預(yù)習(xí)一、靜電力做功的特點(diǎn)1.靜電力做功：在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，靜電力做功W＝qElcosθ.其中θ為_(kāi)_____________之間的夾角.2.特點(diǎn)：在靜電場(chǎng)中移動(dòng)電荷時(shí)，靜電力做的功與電荷的

和_________有關(guān)，與電荷

無(wú)關(guān).靜電力與位移起始位置終止位置經(jīng)過(guò)的路徑二、電勢(shì)能1.電勢(shì)能：電荷在

中具有的勢(shì)能，用Ep表示.2.靜電力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系：靜電力做的功等于電勢(shì)能的

.表達(dá)式：WAB＝

.靜電力做正功，電勢(shì)能

；靜電力做負(fù)功，電勢(shì)能

.電場(chǎng)減少量EpA－EpB減少增加3.電勢(shì)能的大?。弘姾稍谀滁c(diǎn)的電勢(shì)能，等于把它從這點(diǎn)移動(dòng)到____________時(shí)靜電力做的功.零勢(shì)能位置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__________上的電勢(shì)能規(guī)定為零.無(wú)限遠(yuǎn)大地表面三、電勢(shì)1.定義：電荷在電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電勢(shì)能與它的電荷量的比值.2.公式：φ＝

.3.單位：國(guó)際單位制中，電勢(shì)的單位是

，符號(hào)是V,1V＝1J/C.4.電勢(shì)高低的判斷：沿著電場(chǎng)線(xiàn)的方向電勢(shì)逐漸

.5.電勢(shì)的標(biāo)量性：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)

.6.電勢(shì)的相對(duì)性：零電勢(shì)點(diǎn)的規(guī)定原則，一般選

或離場(chǎng)源電荷_______處的電勢(shì)為0，只有規(guī)定了電勢(shì)零點(diǎn)才能確定某點(diǎn)的電勢(shì)大小.標(biāo)高低大地?zé)o限遠(yuǎn)伏特降低四、等勢(shì)面1.定義：電場(chǎng)中

的各點(diǎn)構(gòu)成的面.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

(選填“做功”或“不做功”).(2)等勢(shì)面一定跟電場(chǎng)線(xiàn)

，即跟電場(chǎng)強(qiáng)度的方向

.(3)電場(chǎng)線(xiàn)總是由

的等勢(shì)面指向

的等勢(shì)面.電勢(shì)相同不做功垂直垂直電勢(shì)高電勢(shì)低[即學(xué)即用]1.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)正電荷沿著電場(chǎng)線(xiàn)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(xiàn)運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力對(duì)負(fù)電荷做正功.(

)(3)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.(

)(4)正電荷和負(fù)電荷沿著電場(chǎng)線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，電勢(shì)能均減少.(

)(5)電荷在電勢(shì)高處具有的電勢(shì)能大.(

)(6)沿電場(chǎng)線(xiàn)方向電勢(shì)降低，與試探電荷的電性無(wú)關(guān).(

)×√√××√答案解析

電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增大.EpA＝qφA＝－5×10－9×15J＝－7.5×10－8JEpB＝qφB＝－5×10－9×10J＝－5×10－8JWAB＝EpA－EpB＝－2.5×10－8J.2.如圖1所示，把電荷量為－5×10－9C的電荷，從電場(chǎng)中的A點(diǎn)移到B點(diǎn)，其電勢(shì)能______(選填“增大”或“減小”).若A點(diǎn)電勢(shì)為φA＝15V，B點(diǎn)電勢(shì)為φB＝10V，則電荷在A(yíng)點(diǎn)和B點(diǎn)具有的電勢(shì)能分別為EpA＝____________J，EpB＝__________J，此過(guò)程電場(chǎng)力所做的功WAB＝___________J.答案解析圖1增大－7.5×10－8－5×10－8－2.5×10－8重點(diǎn)探究[導(dǎo)學(xué)探究]

(1)如圖2所示，試探電荷q在電場(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，沿直線(xiàn)從A移動(dòng)到B，靜電力做的功為多少？若q沿折線(xiàn)AMB從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)，靜電力做的功為多少？(設(shè)AM＝L)一、靜電力做功與電勢(shì)能圖2答案

靜電力F＝qE，靜電力與位移夾角為θ，靜電力對(duì)試探電荷q做的功W＝F·|AB|cosθ＝qEL.在線(xiàn)段AM上靜電力做的功W1＝qEL，在線(xiàn)段MB上靜電力做的功W2＝0，總功W＝W1＋W2＝qEL.答案答案

電場(chǎng)力做功與重力做功都與路徑無(wú)關(guān).電場(chǎng)力做功引起電勢(shì)能的變化.(2)若q沿任意曲線(xiàn)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

W＝qEL.電荷在勻強(qiáng)電場(chǎng)中沿不同路徑由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，靜電力做功相同.說(shuō)明靜電力做功與路徑無(wú)關(guān)，只與初、末位置有關(guān).答案(3)對(duì)比電場(chǎng)力做功和重力做功的特點(diǎn)，它們有什么相同之處？重力做功引起重力勢(shì)能的變化，電場(chǎng)力做功引起什么能的變化？[知識(shí)深化]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(xiàn)運(yùn)動(dòng)還是曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，靜電力做功的特點(diǎn)不變.2.電勢(shì)能(1)電勢(shì)能是由電場(chǎng)和電荷共同決定的，是屬于電荷和電場(chǎng)所共有的，我們習(xí)慣上說(shuō)成電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)能.(2)電勢(shì)能是相對(duì)的，其大小與選定的參考點(diǎn)有關(guān).確定電荷的電勢(shì)能，首先應(yīng)確定參考點(diǎn)，也就是零勢(shì)能點(diǎn)的位置.(3)電勢(shì)能是標(biāo)量，有正負(fù)但沒(méi)有方向.電勢(shì)能為正值表示電勢(shì)能大于參考點(diǎn)的電勢(shì)能，電勢(shì)能為負(fù)值表示電勢(shì)能小于參考點(diǎn)的電勢(shì)能.3.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.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)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，故電荷的電勢(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.例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答案解析√[導(dǎo)學(xué)探究]如圖3所示的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度為E，取O點(diǎn)為零勢(shì)能點(diǎn)，A點(diǎn)距O點(diǎn)的距離為l，AO連線(xiàn)與電場(chǎng)強(qiáng)度反方向的夾角為θ.(1)電荷量分別為q和2q的試探電荷在A(yíng)點(diǎn)的電勢(shì)能分別為多少？二、電勢(shì)圖3答案

電荷量為q和2q的試探電荷在A(yíng)點(diǎn)的電勢(shì)能分別為Eqlcosθ、2Eqlcosθ.(2)電勢(shì)能與電荷量的比值是否相同？答案

電勢(shì)能與電荷量的比值相同，都為Elcosθ.(3)電勢(shì)能與電荷量的比值與試探電荷的電荷量是否有關(guān)系？答案

與試探電荷的電荷量無(wú)關(guān).答案[知識(shí)深化]1.電勢(shì)的相對(duì)性：電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)是相對(duì)的，它的大小和零電勢(shì)點(diǎn)的選取有關(guān).在物理學(xué)中，常取離場(chǎng)源電荷無(wú)限遠(yuǎn)處的電勢(shì)為零，在實(shí)際應(yīng)用中常取大地的電勢(shì)為零.2.電場(chǎng)的固有性：電勢(shì)φ是表示電場(chǎng)的能的性質(zhì)的物理量，電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)φ取決于電場(chǎng)本身，而與在該點(diǎn)是否放有電荷、電荷的電性及電荷量均無(wú)關(guān).3.電勢(shì)的標(biāo)量性：電勢(shì)雖然有正負(fù)，但電勢(shì)是標(biāo)量.電勢(shì)為正值表示該點(diǎn)電勢(shì)高于零電勢(shì)，電勢(shì)為負(fù)值表示該點(diǎn)電勢(shì)低于零電勢(shì)，正負(fù)號(hào)不表示方向.解析

取無(wú)窮遠(yuǎn)處電勢(shì)為零，則正電荷在M點(diǎn)的電勢(shì)能為－8×10－9J，負(fù)電荷在N點(diǎn)的電勢(shì)能為9×10－9J.例2將一正電荷從無(wú)窮遠(yuǎn)處移入電場(chǎng)中M點(diǎn)，電勢(shì)能減少了8.0×10－9J，若將另一等量的負(fù)電荷從無(wú)窮遠(yuǎn)處移入電場(chǎng)中的N點(diǎn)，電勢(shì)能增加了9.0×10－9J，則下列判斷中正確的是A.φM＜φN＜0 B.φN＞φM＞0C.φN＜φM＜0 D.φM＞φN＞0答案解析√且|φN|＞|φM|，即φN＜φM＜0，故C正確.技巧點(diǎn)撥電勢(shì)高低的判斷方法1.電場(chǎng)線(xiàn)法：沿電場(chǎng)線(xiàn)方向，電勢(shì)越來(lái)越低.2.電勢(shì)能判斷法：由φ＝

知，對(duì)于正電荷，電勢(shì)能越大，所在位置的電勢(shì)越高；對(duì)于負(fù)電荷，電勢(shì)能越小，所在位置的電勢(shì)越高.[導(dǎo)學(xué)探究]

(1)類(lèi)比地圖上的等高線(xiàn)，簡(jiǎn)述什么是等勢(shì)面？三、等勢(shì)面答案

電場(chǎng)中電勢(shì)相等的各點(diǎn)構(gòu)成的面(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？答案

不發(fā)生變化電場(chǎng)力不做功答案[知識(shí)深化]1.等勢(shì)面的特點(diǎn)及應(yīng)用(1)在等勢(shì)面上移動(dòng)電荷時(shí)靜電力不做功，電荷的電勢(shì)能不變.(2)電場(chǎng)線(xiàn)跟等勢(shì)面垂直，并且由電勢(shì)高的等勢(shì)面指向電勢(shì)低的等勢(shì)面.(3)任意兩個(gè)等勢(shì)面都不相交.2.幾種常見(jiàn)電場(chǎng)的等勢(shì)面(如圖4所示)圖4(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(xiàn)上，從正電荷到負(fù)電荷電勢(shì)越來(lái)越低，中垂線(xiàn)是一條等勢(shì)線(xiàn).(3)等量同號(hào)點(diǎn)電荷的等勢(shì)面：等量正點(diǎn)電荷連線(xiàn)上，連線(xiàn)中點(diǎn)電勢(shì)最低，兩點(diǎn)電荷連線(xiàn)的中垂線(xiàn)上該點(diǎn)的電勢(shì)最高，從中點(diǎn)沿中垂線(xiàn)向兩側(cè)，電勢(shì)越來(lái)越低；等量負(fù)點(diǎn)電荷連線(xiàn)上，連線(xiàn)中點(diǎn)電勢(shì)最高，兩點(diǎn)電荷連線(xiàn)的中垂線(xiàn)上該點(diǎn)的電勢(shì)最低，從中點(diǎn)沿中垂線(xiàn)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(xiàn)的一簇平行等間距的平面.例3空間中P、Q兩點(diǎn)處各固定一個(gè)點(diǎn)電荷，其中P點(diǎn)處為正電荷，P、Q兩點(diǎn)附近電場(chǎng)的等勢(shì)面分布如圖5所示，a、b、c、d為電場(chǎng)中的4個(gè)點(diǎn).則A.P、Q兩點(diǎn)處的電荷等量同號(hào)B.a點(diǎn)和b點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度相同C.c點(diǎn)的電勢(shì)低于d點(diǎn)的電勢(shì)D.負(fù)電荷從a到c，電勢(shì)能減少答案解析圖5√解析

根據(jù)題圖可知，該電場(chǎng)是等量異號(hào)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)，故A錯(cuò)誤.根據(jù)電場(chǎng)的對(duì)稱(chēng)性，a、b兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等，而方向不同，故B錯(cuò)誤；c點(diǎn)所在等勢(shì)面距離P點(diǎn)(正電荷)比d點(diǎn)所在等勢(shì)面距離P點(diǎn)近，c點(diǎn)的電勢(shì)較高，故C錯(cuò)誤；負(fù)電荷從a到c，電場(chǎng)力做正功，所以電勢(shì)能減少，故D正確.達(dá)標(biāo)檢測(cè)1.(電勢(shì)的理解)(2017·浙江4月選考·2)下列各組物理量中均為矢量的是A.路程和位移

B.速度和加速度C.力和功

D.電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)答案1234解析5解析

位移是矢量，但路程是標(biāo)量，故A錯(cuò)誤；速度與加速度都是矢量，故B正確；力是矢量，但功是標(biāo)量，故C錯(cuò)誤；電場(chǎng)強(qiáng)度是矢量，但電勢(shì)是標(biāo)量，故D錯(cuò)誤.√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)的能的性質(zhì)的物理量，故D正確.2.(電勢(shì)的概念)關(guān)于電勢(shì)，下列說(shuō)法不正確的是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)的能的性質(zhì)的物理量答案解析12345√3.(電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能的變化)如圖6所示，將一帶正電的點(diǎn)電荷沿電場(chǎng)線(xiàn)方向從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)，下列說(shuō)法正確的是A.靜電力做正功，電勢(shì)能增加B.靜電力做負(fù)功，電勢(shì)能增加C.靜電力做正功，電勢(shì)能減少D.靜電力做負(fù)功，電勢(shì)能減少答案√圖6解析12345解析

正電荷所受靜電力方向與電場(chǎng)線(xiàn)方向相同，當(dāng)帶正電的點(diǎn)電荷沿電場(chǎng)方向從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)，靜電力做正功，電勢(shì)能減少，選項(xiàng)C正確.4.(電場(chǎng)力做功與