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    高中物理人教版 (2019)必修 第三册1 电势能和电势教课课件ppt

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    这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册1 电势能和电势教课课件ppt,文件包含人教版高中物理必修第三册第10章1电势能和电势课件ppt、人教版高中物理必修第三册第10章1电势能和电势学案doc、人教版高中物理必修第三册课后素养落实5电势能和电势含答案doc等3份课件配套教学资源,其中PPT共60页, 欢迎下载使用。

    1.电势能和电势

    [核心素养·明目标]

    核心素养

    学习目标

    物理观念

    (1)理解电势能的含义

    (2)知道电势的定义方法及定义公式单位

    科学思维

    (1)通过类比重力势能引入电势能体会能量观点是分析物理问题的重要方法并进一步认识物理学的和谐统一性

    (2)理解电势能的变化与静电力做功的关系知道零势能点的规定方法

    (3)通过建立电势概念的过程会判断电场中两点电势的高低

    科学探究

    通过计算在匀强电场中移动电荷静电力做的功认识静电力做功跟路径无关的特点

    科学态度与责任

    进一步了解用比值定义电势的思想方法培养良好的学习习惯

    知识点一 静电力做功的特点

    1特点:静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关与电荷经过的路径无关

    2在匀强电场中静电力做功:WABqE·LABcos θ其中θ为静电力与位移间的夹角

    静电力做功特点是从匀强电场中推导出来的,但对非匀强电场也是适用的。

    1思考辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)

    (1)在静电场中沿电场线方向移动负电荷时,静电力做正功。 (×)

    (2)在静电场中电荷运动了一段路程,电场力一定做功。 (×)

    (3)若把一个正电荷由电场中的A点移动到B点,静电力做了正功,则把负电荷从A点移动到B点时,静电力一定做负功。              ()

    知识点二 电势能

    1概念:电荷在电场中具有的势能Ep表示

    2静电力做功与电势能变化的关系

    静电力做的功等于电势能的减少量WABEpAEpB

    3电势能的大小:电荷在某点的电势能等于把它从这点移到零势能位置时静电力所做的功

    4零势能点:电场中规定的电势能为零的位置通常把电荷在离场源电荷无限远处大地表面的电势能规定为零

    静电力做的功只能决定电势能的变化量,而不能决定电荷在电场中某点电势能的数值。只有先把电场中某点的电势能规定为0,才能确定电荷在电场中其他点的电势能。

    2思考辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)

    (1)电荷处在电场中,在电势越高的位置电势能一定越大。 (×)

    (2)在电场中确定的两点间移动电荷量大小相等的正、负电荷时,电势能变化相同。 (×)

    知识点三 电势

    1定义:电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量之比

    2定义式:φ

    3单位:国际单位制中电势的单位是伏特符号是V1 V1 J/C

    4特点

    (1)相对性:电场中各点电势的大小与所选取的零电势的位置有关一般情况下取离场源电荷无限远大地为零电势位置

    (2)标矢性:电势是标量只有大小没有方向但有正负

    5与电场线关系:沿电场线方向电势逐渐降低

    3思考辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)

    (1)电势有正负,电势是矢量。 (×)

    (2)电势的表达式φ是根据比值法定义的。 ()

    (3)电场中某点的电势由电场本身决定。 ()

    (4)电场中某点的电势与零电势点的选取有关。 ()

    考点1 静电力做功分析及电势能大小的判断

    如图所示,试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中,沿直线从A移动到B(1)静电力做的功为多少?(2)q沿折线AMBA点移动到B点,静电力做的功为多少?(3)q沿任意曲线从A点移动到B点,静电力做的功为多少?(4)由此可得出什么结论?

    提示:(1)静电力FqE,静电力与位移夹角为θ,静电力对试探电荷q做的功WF·|AB|cos θqE·|AM|(2)在线段AM上静电力做的功W1qE·|AM|,在线段MB上静电力做的功W20,总功WW1W2qE·|AM|

    (3)WqE·|AM|(4)电荷在匀强电场中沿不同路径由A点运动到B点,静电力做功相同。  说明静电力做功与路径无关,只与初、末位置有关。

    1静电力做功正负的判断

    (1)根据静电力和位移方向的夹角判断此法常用于匀强电场中静电力恒定时静电力做功情况的判断静电力和瞬时速度方向的夹角为锐角时静电力做正功夹角为钝角时静电力做负功

    (2)根据静电力和瞬时速度方向的夹角判断此法常用于判断曲线运动中变化静电力的做功情况静电力和瞬时速度方向的夹角为锐角时静电力做正功夹角为钝角时静电力做负功静电力和瞬时速度方向垂直时静电力不做功

    (3)根据电势能的变化情况判断由静电力做功与电势能变化的关系可知若电势能增加则静电力做负功;若电势能减少则静电力做正功

    (4)若物体只受静电力作用可根据动能的变化情况判断根据动能定理若物体的动能增加则静电力做正功;若物体的动能减少则静电力做负功

    2对电势能的理解

    性质

    理解

    系统性

    电势能是由电场和电荷共同决定的是属于电荷和电场所共有的我们习惯上说成电荷的电势能

    相对性

    电势能是相对的其大小与选定的电势能为零的参考点有关确定电荷的电势能首先应确定参考点

    标矢性

    电势能是标量有正负但没有方向

    3判断电势能大小的方法

    (1)做功判定法:无论是哪种电荷只要是电场力做了正功电荷的电势能一定是减少的;只要是电场力做了负功(克服电场力做功)电荷的电势能一定是增加的

    (2)电场线判定法:正电荷顺着电场线的方向移动电势能一定减少逆着电场线的方向移动电势能一定增加;负电荷顺着电场线的方向移动电势能一定增加逆着电场线的方向移动电势能一定减少

    (3)电性判定法:同种电荷相距越近电势能越大相距越远电势能越小;异种电荷相距越近电势能越小相距越远电势能越大

     电场力做功的特点

    【典例1 如图所示是以电荷+Q为圆心的一组同心圆(虚线)电场中有ABCD四点现将一带正电的点电荷由A点沿不同的路径移动到D沿路径静电力做功为W1沿路径静电力做功为W2沿路径静电力做功为W3(  )

    AW2W3W1

    BW1W2W3

    CW2W3W1

    D因不知道+Q的具体数值故无法进行判断

    B [因为静电力做功只与初、末位置有关,而与电荷运动的路径无关,故沿三条路径将点电荷由A点移动到D点的过程中,静电力做功相等,选项B正确。]

     静电力做功与电势能变化的关系

    【典例2 将带电荷量为6×106 C的负电荷从电场中的A点移到B克服静电力做了3×105 J的功再从B移到C静电力做了1.2×105 J的功则:

    (1)该电荷从A移到B再从B移到C的过程中电势能共改变了多少?

    (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?

    [思路点拨] (1)电势能的变化量可根据ΔEp=-WΔEpEpBEpA计算。

    (2)电荷在某点的电势能等于把该电荷从该点移至零电势能点时电场力做的功。

    [解析] (1)A移到C,静电力做的功WAC=-3×105 J1.2×105 J=-1.8×105 J,电势能增加1.8×105 J

    (2)WABEpAEpB=-3×105 J,又EpA0,则EpB3×105 J

    WACEpAEpC=-1.8×105 J,则EpC1.8×105 J

    [答案] (1)增加1.8×105 J (2)3×105 J 1.8×105 J

    [母题变式]

    [典例2]若规定B点的电势能为零则该电荷在A点和C点的电势能分别为多少?

    [解析] WABEpAEpB=-3×105 J,又EpB0,则EpA=-3×105 J

    WBCEpBEpC1.2×105 J,则EpC=-1.2×105 J

    [答案] 3×105 J -1.2×105 J

    计算电荷在电场中的电势能

    (1)先选定零势能点。

    (2)求出电荷从某点移到零势能点,电场力做的功W

    (3)根据WABEpAEpBEpW

    [跟进训练]

    1(角度一)如图所示在一大小为E的水平匀强电场中AB两点的直线距离为l垂直电场方向的距离为d一电荷量为q的带正电粒子从A点沿图中虚线移动到B下列说法正确的是(  )

    A该过程中电场力做的功为0

    B该过程中电场力做的功为Eql

    C该过程中电场力做的功为Eqd

    D该过程中电场力做的功为Eq

    D [电场力做功与路径无关,与初、末位置有关,根据WFscos θ求解电场力做功。一电荷量为q的带正电粒子从A点沿图中虚线移动到B点,电场力做功WqElcos θqED正确,ABC错误。]

    2(角度二)如图所示在足够大的光滑绝缘水平面内有一带正电的点电荷a(图中未画出)a带同种电荷的质点b仅在a的库仑力作用下以初速度v0(沿MP方向)M点运动到NN点时速度大小为vv<v0则下列说法正确的是(  )

    A质点bM点到N点的过程中库仑力对其做的总功为负值

    B质点bMN点的加速度大小可能相等

    C质点bM点的电势能大于在N点的电势能

    D电荷a一定在实线MN左上方

    [思路点拨] 质点b做曲线运动,受到的静电力指向轨迹的内侧,由此可确定出静电力的方向,继而判断电荷a的位置;根据MN与电荷a之间的距离大小,分析场强大小,即可判断加速度的大小,根据动能定理分析电场力做功情况,根据电场力做功与电势能变化的关系分析电势能的变化情况。

    A [质点bM点运动到N点的过程中,动能减小,由动能定理可知,库仑力对其做的总功为负值,A正确;根据v<v0分析可知,N点距离点电荷aM点近,N点场强大,质点bN点受到的静电力大,所以在N点的加速度大小比M点的大,B错误;质点bM点到N点,电场力做的总功为负值,根据电场力做功与电势能变化的关系可知,质点b的电势能增加,即bM点的电势能小于在N点的电势能,C错误;由于ab带同种电荷,质点b仅在a的库仑力作用下做曲线运动,由轨迹可知,b所受的静电力斜向左上方,所以电荷a一定在虚线MP下方,D错误。]

    考点2 对电势的理解

    如图所示的匀强电场,电场强度为E,取O点为零势能点,A点距O点为lAO连线与电场线的夹角为θ

    (1)电荷量分别为q2q的试探电荷在A点的电势能为多少?

    (2)电势能与电荷量的比值各是多少?

    提示:(1)将电荷qA点移到O点,由EpAEpOWAOEqlcos θ,得:EpAEqlcos θ2qA点具有的电势能为EpA2Eqlcos θ

    (2)电势能与电荷量的比值均为Elcos θ

    1电势的性质

    (1)相对性:电势是相对的电场中某点的电势高低与电势零点的选取有关通常将离场源电荷无穷远处或地球表面选为电势零点

    (2)固有性:电场中某点的电势大小是由电场本身的性质决定的与在该点是否放有电荷及所放电荷的电荷量和电势能均无关

    (3)标量性:电势是只有大小没有方向的物理量在规定了电势零点后电场中各点的电势可能是正值也可能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显然电势的正负只表示大小不表示方向

    2电势高低的判断方法

    (1)电场线判断法:沿电场线方向电势越来越低

    (2)场源电荷判断法:离场源正电荷越近的点电势越高;离场源负电荷越近的点电势越低

    (3)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

    3电势与电势能

     

    电势φ

    电势能Ep

    物理意义

    反映电场能的性质的物理量

    电荷在电场中某点所具有的电势能

    相关因素

    电场中某一点的电势φ的大小只跟电场本身有关跟试探电荷q无关

    电势能大小是由点电荷q和该点电势φ共同决定的

    大小

    电势沿电场线方向逐渐下降选定零电势点后某点的电势高于0为正值;某点的电势低于0为负值

    正电荷(q)电势能的正负跟电势的正负相同

    负电荷(q)电势能的正负跟电势的正负相反

    单位

    伏特(V)

    焦耳(J)

    【典例3 如图所示为某电场的电场线现将一电荷量q=-3.0×109 C的负电荷从A点移到BB点移到CC点移到D电场力做功分别为WAB3.0×108 JWBC1.5×108 JWCD9.0×109 J若取C点电势为零试求ABD三点电势

    [解析] A点的电势φA

     V=-15 V

    B点的电势φB V=-5 V

    D点的电势φD V3 V

    [答案] 15 V -5 V 3 V

    计算电势的方法

    (1)先选零电势点。

    (2)再算出电荷在某点的电势能。

    (3)φ求电势,注意将各物理量的正负直接代入计算,这样更直接、方便。

    [跟进训练]

    3有一电场的电场线如图所示电场中ab两点的电场强度的大小和电势分别用EaEbφaφb表示(  )

    AEaEbφaφb

    BEaEbφaφb

    CEaEbφaφb

    DEaEbφaφb

    A [电场线越密,电场强度越大,所以Ea>Eb;由题图所示电场线分布特点,结合沿电场线方向电势降低,可知a点的电势高于b点的电势,即φa>φbA正确。]

    1下列关于静电场中场强与电势能电势的关系说法正确的是(  )

    A电荷在电势高处电势能也一定大

    B场强越大的地方电势一定越高

    C场强为零的地方电势必为零

    D电势为零的地方场强可以不为零

    D [正电荷在电势高处电势能一定大,而负电荷在电势高处电势能一定小,故A错误;场强越大的地方电势不一定越高,两者没有直接关系,故B错误;场强为零的地方电势不一定为零,零电势点是人为选取的,故C错误;零电势点是人为选取的,故电势为零的地方场强可以不为零,故D正确。]

    2在电场中把电荷量为4×109 C的正点电荷从A点移到B克服静电力做功6×108 J以下说法正确的是(  )

    A电荷在B点具有的电势能是6×108 J

    BB点的电势是15 V

    C电荷的电势能增加了6×108 J

    D电荷的电势能减少了6×108 J

    C [电荷在电场中某点的电势能具有相对性,只有确定了零势能点,B点的电势、电势能才有确定的值,故AB错误;克服静电力做功6×108 J,则电势能增加了6×108 J,故C正确,D错误。]

    3如图所示Q是带正电的点电荷P1P2为其产生的电场中的两点E1E2分别为P1P2两点的电场强度的大小φ1φ2分别为P1P2两点的电势(  )

    AE1>E2φ1>φ2  BE1>E2φ1<φ2

    CE1<E2φ1>φ2 DE1<E2φ1<φ2

    A [由正电荷周围电场线的特点可知E1>E2,沿电场线方向电势逐渐降低,可知φ1>φ2,选项A正确。]

    4如图所示某区域电场线左右对称分布MN为对称线上的两点下列说法正确的是(  )

    A有可能是等量异种点电荷产生的电场

    BM点电场强度一定大于N点电场强度

    C正电荷在M点的电势能大于在N点的电势能

    D将电子从M点移动到N电场力做正功

    C [从电场线分布来看,有可能是等量同种点电荷产生的电场,A错误;电场线的疏密程度表示电场的强弱,由图可知,M点电场强度一定小于N点电场强度,B错误;正电荷qM点的电势能EpMM,在N点的电势能EpNN,沿电场线方向,电势降低,所以M点电势一定高于N点电势,所以EpM>EpNC正确;电子在电场中受电场力的方向沿NM指向M,故从M移动到N,电场力做负功,D错误。]

    5情境:如图所示一质量为m的球形塑料容器放在桌面上它的内部有一劲度系数为k的绝缘轻弹簧弹簧直立地固定于容器内壁的底部弹簧上端连接一个电荷量为+q质量也为m的小球从加一个竖直向上且场强为E的匀强电场起到容器对桌面的压力减小到零时为止

    问题:(1)小球的电势能改变量是多少?

    (2)容器对桌面的压力减小到零时小球的速度大小是多少?

    [解析] (1)初状态,对小球进行受力分析,设弹簧压缩量为x1,则mgkx1,得x1

    当容器对桌面的压力为零时,对容器受力分析,可知弹簧伸长且对球形塑料容器的拉力为mg,弹簧伸长量x2x1

    该过程电场力做的功WEq(x1x2)

    所以小球的电势能减小

    (2)对小球,该过程弹簧弹力做的功是零,根据动能定理得

    (Eqmg)(x1x2)mv2

    解得v2

    [答案] (1) (2)2

    回归本节知识自我完成以下问题:

    1静电力做功有什么特点?

    提示:在任何静电场中,静电力移动电荷所做的功,只与电荷的起始位置和终止位置有关,而与电荷经过的路径无关。

    2如何比较电荷在电场中AB两点电势能的高低?

    提示:将电荷由A点移到B点,根据静电力做功的情况判断,静电力做正功,电势能减少,电荷在A点的电势能大于在B点的电势能;反之,静电力做负功,电势能增加,电荷在A点的电势能小于在B点的电势能。

    3如何判断电势的高低呢?

    提示:(1)可根据静电力做功的正负判断电势能的变化,进而判定电势的高低。

    (2)可根据电场线的方向判断电势高低。

     

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