教科版高中物理选修3-1课件：第1章 第4节　电势能　电势与电势差

第4节电势能电势与电势差 课堂探究 自主学习 达标测评 自主学习课前预习 感悟新知 目标导航 教师参考 重点 电场力做功的特点 电势差 电势 电势能 等势面的概念难点 各概念间的关系及它们的应用 教材梳理 一 电场力做功的特点电场力做功只与移动电荷的电荷量以及起点和终点的有关 而与无关 二 电势能1 定义 电荷在静电场中具有的 叫做静电势能 简称电势能 用符号Ep表示 位置 电荷从A点到B点 电场力对电荷所做的功WAB等于的电势能减去的电势能 即WAB 2 电场力做功与电势能变化的关系 路径 势能 始点 终点 EpA EpB 减少 增加 3 电势能的大小 1 只有选择了 零电势能位置 之后 电势能才有确定的值 2 若将无穷远处的电势能定为零 则电荷在电场中某点的电势能的大小就等于将电荷从该点移到无穷远处所做的功 即EpA WA 参考点 电场力 议一议结合教材P19图1 4 4和图1 4 5回答 当正电荷顺着电场线运动时 电场力做什么功 电势能是增加还是减少 当负电荷逆着电场线运动时 电场力做什么功 电势能是增加还是减少 答案 正电荷顺着电场线运动时 电场力做正功 电势能减少 负电荷逆着电场线运动时 电场力做正功 电势能减少 三 电势与电势差1 电势 1 定义 检验电荷在某点具有的电势能Ep与电荷量q的比值 2 意义 反映了静电场各点的的性质 能 3 定义式 4 特点 与检验电荷无关 而只与场中有关 位置 2 电势差 2 计算式 UAB 3 特点 与零电势点的选取关 4 电势的数值 场中某点的电势数值上等于由该点移动到参考点 零电势点 时电场力所做的功 想一想A B C为同一电场线上的三点 取B点电势为零时 A C两点的电势分别为8V和 6V A C两点间的电势差UAC是多少 C A两点间的电势差UCA是多少 无 单位正电荷 四 等势面1 定义 电场中相等的各点构成的曲面 叫做等势面 电势值 2 特点 1 匀强电场中 电场线与等差等势面都是均匀分布的 2 其他电场中 电场线越密 等差等势面也越密 电场越强 3 电场线与等势面处处垂直 4 电场线的方向就是电势降落最快的方向 议一议同一电场中的两个等势面会相交吗 为什么 答案 不相交 两个不同等势面上点的电势是不同的 不能相交 如果相交的话 交点这个位置的电势就有两个值 这是不可能的 1 某点电势也可以看成是该点与零电势点的电势差 2 无论正 负电荷 只要电场力做正功 电荷的电势能一定减少 3 负电荷顺着电场线的方向移动 电势能减少 4 因为沿电场线方向电势降低 所以电势降低的方向就是电场线的方向 5 等势面上各点的电场强度也是相同的 思考判断 答案 1 2 3 4 5 要点一电场力做功与电势差 课堂探究核心导学 要点探究 问题导学 在如图所示的匀强电场中 试探电荷q在从A到B的过程中 可能会沿多种路径 各种可能的路径中 静电力做功具有怎样的特点 答案 1 沿直线从A移动到B 静电力F qE 静电力与位移夹角为 静电力对试探电荷q做的功W F AB cos qE AM 2 若q沿折线AMB从A点移动到B点 在线段AM上静电力做的功W1 qE AM 在线段MB上静电力做的功W2 0 总功W W1 W2 qE AM 3 若q沿任意曲线从A点移动到B 把路径分为很多小段 分别看做直线运动 所做的总功仍然为W qE AM 由以上的计算结果说明了静电力做功与路径无关 只与初 末位置有关 要点归纳 1 电场力做功及计算方法 1 功的定义法 W qEd d为沿电场线方向的位移 只适用于匀强电场 2 电势差法 WAB qUAB既适用于匀强电场 也适用于非匀强电场 3 动能定理法 W电场力 W其他力 Ek适用于已知初动能的情况 2 电势差与电场力做功的关系 2 使用 正 负号的两种处理方法 带正 负号进行运算 把电荷q的电性和两点间的电势差U的正 负代入 算出的功为正 则说明电场力做正功 电荷的电势能减少 算出的功为负 则说明电场力做负功 电荷的电势能增加 只将绝对值代入公式运算 即在计算时 q U都取绝对值 算出的功也是绝对值 至于电场力做的是正功还是负功 可以根据电荷的正 负以及电荷移动的方向与电场力的方向关系判断 例1 有一个带电荷量q 3 10 6C的点电荷 从某电场中的A点移到B点 电荷克服电场力做6 10 4J的功 从B点移到C点 电场力对电荷做9 10 4J的功 问AB BC CA间电势差各为多少 核心点拨 1 电荷克服电场力做功 说明电场力做负功 2 应用公式UAB 计算时应特别注意直接代入公式计算时要注意各个量的符号 答案 200V 300V100V 误区警示电势差的求解注意点 1 应用关系式UAB 时注意角标的排序以及对应的电场力做功情况 教师备用 例1 1 将一个电荷量为1 10 6C的负电荷从电场中的A点移到B点 克服静电力做功2 10 6J 从C点移到D点 静电力做功7 10 6J 若已知B点比C点电势高3V 则UDA 答案 2V 针对训练1 1 多选 如果在某电场中将5 0 10 8C的正电荷由A点移到B点 静电力做6 0 10 3J的功 则 A A B两点间的电势差为3 0 10 10VB A B两点间的电势差为1 2 105VC 若将2 5 10 8C的正电荷由A点移到B点 静电力做3 0 10 3J的功D 若将2 5 10 8C的正电荷由A点移到B点 静电力做3 0 10 17J的功 BC 解析 A B两点间的电势差UAB 1 2 105V 故选项A错误 B正确 在A B两点间移动2 5 10 8C的正电荷时 则静电力做功为WAB q UAB 2 5 10 8 1 2 105J 3 0 10 3J 故选项C正确 D错误 要点二电势 电势能 问题导学 如图所示的匀强电场 场强为E 取O点为零势能点 A点距O点为l AO连线与电场线的夹角为 电荷量分别为q 2q 3q的正的检验电荷在A点的电势能分别为多少 它们的电势能与其电荷量的比值有何关系 答案 由WAO Eqlcos 知电荷量为q 2q 3q的正的检验电荷在A点的电势能分别为Eqlcos 2Eqlcos 3Eqlcos 电势能与电荷量的比值均为Elcos 说明该比值与检验电荷的电荷量无关 要点归纳 1 电势能 1 电势能的大小WAB EpA EpB 若规定在B点电势能为0 EpB 0 则EpA WAB 即电荷在电场中某点电势能的大小 等于电场力把它从该点移动到零电势能位置时所做的功 2 重力势能和电势能的比较 2 电势 1 对电势的理解 电势的固有性 电势是表征电场中某点能的性质的物理量 仅与电场中某点性质有关 与电场力做功的值及检验电荷的电荷量 电性无关 电势的相对性 某点电势的大小是相对于零电势点而言的 零电势点选择的位置不同 则该点的电势就不同 电势的标量性 规定了零电势点后 电场中各点的电势可以是正值 也可以是负值 正值表示该点的电势高于零电势 负值表示该点的电势低于零电势 在同一电场中 正电势一定高于负电势 正负只表示大小 不表示方向 2 电势高低与电场线的关系 电场线指向电势降低的方向 例2 如果把q 1 0 10 8C的电荷从无穷远移到电场中的A点 需要克服电场力做功1 2 10 4J 那么 1 q在A点的电势能和A点的电势各是多少 2 q在移入电场前A点的电势是多少 核心点拨 确定电荷在A点的电势能的思路是利用W A Ep EpA 则EpA W A 2 A点的电势是由电场本身决定的 跟A点是否有电荷无关 所以q移入电场前 A点的电势仍为1 2 104V 答案 1 1 2 10 4J1 2 104V 2 1 2 104V 规律方法电势高低的判断方法 1 电场线法 沿电场线方向 电势越来越低 2 电势能判断法 对于正电荷 电势能越大 所在位置的电势越高 对于负电荷 电势能越小 所在位置的电势越高 教师备用 例2 1 将带电荷量为6 10 6C的负电荷从静电场中的A点移到B点 克服电场力做了3 10 5J的功 再从B点移到C点 电场力做了1 2 10 5J的功 则 1 电荷从A点移到B点 再从B点移到C点的过程中电势能共改变了多少 解析 1 电荷从A点移到B点克服电场力做了3 10 5J的功 电势能增加了3 10 5J 从B点移到C点的过程中静电力做了1 2 10 5J的功 电势能减少了1 2 10 5J 由A点到C点的整个过程电势能增加了3 10 5J 1 2 10 5J 1 8 10 5J 答案 1 增加了1 8 10 5J 2 如果规定A点的电势能为零 则该电荷在B点和C点的电势能分别为多少 解析 2 如果规定A点的电势能为零 电荷从电场中的A点移到B点 克服电场力做了3 10 5J的功 电势能增加了3 10 5J 所以电荷在B点的电势能为EpB 3 10 5J 由A点到C点的整个过程电势能增加了1 8 10 5J 所以电荷在C点的电势能为EpC 1 8 10 5J 答案 2 3 10 5J1 8 10 5J 针对训练2 1 2015 江苏卷 8 多选 两个相同的负电荷和一个正电荷附近的电场线分布如图所示 c是两负电荷连线的中点 d点在正电荷的正上方 c d到正电荷的距离相等 则 A a点的电场强度比b点的大B a点的电势比b点的高C c点的电场强度比d点的大D c点的电势比d点的低 ACD 解析 电场线的疏密反映电场的强度 因此a点的场强比b点的场强大 A项正确 a点电势与左侧负电荷附近且与b在同一电场线上的某点电势相等 顺着电场线的方向电势逐渐降低 因此b点电势比a点电势高 B项错误 两个负电荷在c点场强为零 而在d点的场强向下 正电荷在c d两点场强大小相等 方向相反 因此电场叠加后c点场强比d点场强大 C项正确 在正电荷的电场中 c d两点的电势相等 而在负电荷的电场中离负电荷越远的地方电势越高 因此d点电势比c点电势高 D项正确 要点三等势面 问题导学 等势面是电场中客观存在的吗 等势面的分布与零电势点的选择有关吗 答案 等势面与电场线一样是人为假想的 电场确定 等势面的分布就确定 与零电势点的选择无关 要点归纳 1 等势面的特点 1 在同一等势面内任意两点间移动电荷时 电场力不做功 2 在空间两等势面不相交 3 电场线跟等势面垂直 并且由电势高的等势面指向电势低的等势面 4 在电场线密集的地方 等差等势面密集 在电场线稀疏的地方 等差等势面稀疏 2 等势面的应用 1 由于等势面和电场线垂直 若已知等势面的形状分布 可以绘制电场线 从而确定电场的大体分布 2 由等差等势面的疏密 可以定性地确定某点场强的大小 3 几种常见的电场的等势面 思维导图 例3 如图所示 虚线a b c表示电场中的三个等势面与纸平面的交线 且相邻等势面之间的电势差相等 实线为一带正电荷粒子仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹 M N是这条轨迹上的两点 则下面说法中正确的是 A 三个等势面中 a的电势最高B 对于M N两点 带电粒子通过M点时电势能较大C 对于M N两点 带电粒子通过M点时动能较大D 带电粒子由M运动到N时 加速度增大 C 解析 正电荷受到的电场力沿电场强度方向 垂直于等势面且指向轨迹凹侧 可得三个等势面中c的电势最高 选项A错误 M N两点中M点电势低 则带电粒子的电势能小 动能大 选项B错误 C正确 由M运动到N 等差等势面越来越稀疏 电场强度减小 加速度减小 选项D错误 规律方法分析等势面与轨迹相结合问题的思路根据所给的等势面 明确电场分布情况 画出电场线 再根据轨迹弯曲方向找电荷的受力方向 受力大小变化 根据运动轨迹或路径 判断功的正负 动能及电势能的变化 教师备用 例3 1 多选 如图所示 虚线表示真空中一点电荷Q的电场中的两个等势面 实线表示一个带负电q的粒子 不计重力 运动的轨迹 下列说法正确的是 A Q带负电B A B C三点电势大小A B CC 粒子从A到B电场力做负功 电势能增加 动能减小D 粒子从B到C动能增加 电势能增加 AC 针对训练3 1 如图所示 虚线表