第10章 1电势能和电势课件PPT

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第十章　静电场中的能量①物理观念：知道静电力做功与路径无关．知道电势的定义方法和定义式、单位．知道电势差的概念，知道电势差与电势零点的选择无关．知道电场强度的另一种关系式，了解场强的另一个单位“伏特每米”的意义．了解影响平行板电容器大小的因素及平行板电容器电容公式，认识常用的电容器．了解带电粒子在电场中的运动特点．②科学思维：理解静电力做功与电势能变化的关系．知道等势面的定义，知道电场线一定垂直于等势面．掌握两点间电势差的表达式，知道两点之间电势差的正、负与这两点电势高低之间的对应关系．理解匀强电场中电势差与电场强度的关系UAB＝Ed，能够推导出这个关系式．③科学探究：了解示波管的构造和基本原理．知道电容器和平行板电容器的概念，通过实验感知电容器的充、放电现象．本章重点　知道静电力做功与路径无关．知道电势的定义方法和定义式、单位．知道电势差的概念．了解平行板电容器电容公式．认识常用的电容器．知道等势面的定义，知道电场线一定垂直于等势面．理解匀强电场中电势差与电场强度的关系UAB＝Ed．理解电容的定义、公式、单位，并会应用定义式进行简单的计算．1　电势能和电势预习导学 | 新知领悟1．特点：在匀强电场中移动电荷时，静电力所做的功与电荷的__________和__________有关，与电荷经过的路径________．2．在匀强电场中电场力做功W＝qE·Lcos θ，其中θ为电场力与位移间的夹角．起始位置　静电力做功的特点终止位置　无关　电场力做功与路径无关，只跟起始位置和终止位置有关，这与前边学过的哪种力做功类似？这种力做功又对应哪种能量变化？微思考【答案】重力做功，对应重力势能的变化 如图所示，在场强为E的水平匀强电场中，一根长为l的绝缘杆，两端分别固定着电荷量为＋q和－q的小球(大小不计)．现让绝缘杆绕中点O逆时针转动α角，则转动过程中两个带电小球克服电场力做功为多少？【答案】qEl(1－cos α)1．概念：电荷在__________中具有的势能．用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_________，WAB＝_______________．电势能静电场　减少量　EpA－EpB　3．电势能的大小：电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移到_____________时所做的功．4．零势能点：电场中规定的电势能________的位置，通常把离场源电荷__________或__________的电势能规定为零．零势能位置　为零　　无穷远处　大地处　怎样才能确定电荷在电场中某点的电势能？微思考【答案】(1)先规定零势能点；(2)电荷在某点的电势能，等于把它从该点移动到零势能位置时电场力所做的功． 如图所示，空间有一水平匀强电场，在竖直平面内有初速度为v0的带电微粒，在电场力和重力作用下沿图中虚线由A运动至B，其能量变化情况是(　　)A．动能减少，重力势能增加，电势能减少B．动能减少，重力势能增加，电势能增加C．动能不变，重力势能增加，电势能减少D．动能增加，重力势能增加，电势能减少【答案】B【解析】因带电微粒做直线运动，故合外力方向与速度方向在同一直线上，微粒受到的合外力方向与v0反向，做负功，故微粒的动能减少，同时，我们知道重力和电场力均做负功，重力势能增加，电势能增加，故B正确．1．定义：电荷在电场中某一点的__________与它的__________的比值．2．定义式：φ＝________．3．单位：国际单位制中，电势的单位是________，符号是V，1 V＝1 J/C．电势能　电势电荷量　伏特　4．特点(1)相对性：电场中各点电势的高低，与所选取的零电势的位置有关，一般情况下取____________或地球为零电势位置．(2)标矢性：电势是标量，只有大小，没有方向，但有_________．5．与电场线关系：沿电场线方向电势____________．无穷远　正负　逐渐降低　电荷位于电场中电势较高的位置时，其电势能一定较大吗？微思考【答案】不一定．还要看电荷的正负． 如图所示，实线表示某静电场的电场线，虚线表示该电场的等势面．下列判断正确的是(　　)A．1、2两点的场强相等 B．1、3两点的场强相等C．1、2两点的电势相等 D．2、3两点的电势相等【答案】D【解析】根据电场线的疏密表示电场强度的大小知，1点的电场强度大于2点、3点的电场强度，故A、B错误；根据沿着电场线方向电势逐渐降低，在同一等势面上各点的电势相等知，1点的电势高于2点电势，2、3点处于同一等势面上，电势相等，故C错误，D正确．多维课堂 | 素养初培1．试比较重力做功的特点及电场力做功的特点．【答案】(1)重力做功仅与初末位置有关，与运动路径无关．重力做正功，重力势能减小，重力做负功，重力势能增加，且重力做的功等于物体重力势能的减少．静电力做功和电势能的变化(2)电场力做功类似于重力做功．做功的多少也仅与初、末位置有关，与路径无关．电场力所做的功等于电势能的减少．这种结论不仅适用于匀强电场，非匀强电场同样适用．2．探究分析电场力做功与电势能变化之间存在何种关系？电势能的变化与非电场力做功是否有关？【答案】电场力做功与重力做功有类似的特点，具体总结如下：(1)电场力做正功，电势能一定减小；电场力做负功，电势能一定增加．电场力做多少功，电势能就减少多少．(2)电势能的变化只与电场力做功有关．与其他力做功无关．3．在同一电场中，同样从A点到B点，移动正电荷与移动负电荷，电荷的电势能的变化是相反的吗？【答案】同一电场中，同样从A点到B点，移动正电荷与移动负电荷时电场力的方向是相反的．因此，电场力所做的功也是正负相反的，所以电势能的变化是相反的．探究总结1．电场力做功正、负的判定(1)若电场力是恒力，当电场力方向与电荷位移方向夹角为锐角时，电场力做正功；夹角为钝角时，电场力做负功；夹角为直角时，电场力不做功．(2)根据电场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电场力的做功情况．夹角是锐角时，电场力做正功；夹角是钝角时，电场力做负功；电场力和瞬时速度方向垂直时，电场力不做功．(3)若物体只受电场力作用，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，则电场力做正功；若物体的动能减少，则电场力做负功．2．电势能的性质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．精例1　将带电荷量为6×10－6 C的负电荷从电场中的A点移到B点，克服静电力做了3×10－5 J的功，再从B移到C，静电力做了1.2×10－5 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？【答案】(1)1.8×10－5 J　(2)3×10－5 J　1.8×10－5 J【解析】(1)从A移到C，静电力做的功WAC＝－3×10－5 J＋1.2×10－5 J＝－1.8×10－5 J电势能增加1.8×10－5 J．(2)WAB＝EpA－EpB＝－3×10－5 J又EpA＝0，则EpB＝3×10－5 JWAC＝EpA－EpC＝－1.8×10－5 J则EpC＝1.8×10－5 J．变式1　如图所示，有一带电的微粒，在电场力的作用下沿曲线从M点运动到N点，则微粒(　　)A．带负电，电势能增加B．带负电，电势能减少C．带正电，电势能增加D．带正电，电势能减少【答案】D【解析】由带电微粒运动的径迹可以看出带电微粒受到的电场力指向径迹凹侧，即与电场方向相同，故带电微粒带正电，故A、B错误；电场力对带电微粒做正功，微粒电势能减少，故C错误，D正确． 　电势能与重力势能的比较1．电势能的变化是通过静电力做功实现的，重力势能的变化是通过重力做功实现的．2．在同一电场中，同样从A点到B点，移动正电荷和移动负电荷，电荷的电势能的变化是相反的，重力势能不存在这种相反变化．3．静电力做功和重力做功尽管有很多相似特点，但因地球产生的重力场只会对物体产生引力，而电场对其中的电荷既可产生引力，也可产生斥力，所以计算静电力的功时要注意电荷的电性、移动的方向、电场强度的方向等．怎样理解电势的定义？【答案】电势是电荷在电场中具有的电势能与其电荷量的比值，是表示电场能量属性的一个物理量，在电场中某点电势的大小由电场本身的条件决定，与在该点是否放了电荷，所放电荷的电性，电荷量均无关，这和其他用比值定义的物理量相同．对电势的理解探究总结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．精例2　将一电荷量为q＝2×10－6 C的正电荷从无限远处一点P移至电场中某点A，静电力做功4×10－5 J．求：(1)A点的电势；(2)正电荷移入电场前A点的电势．(取无限远处为电势零点)【答案】(1)－20 V　(2)－20 V变式2　(2021年浙江名校模拟)如图所示，AB为圆的直径，O点为圆心．圆周上某处有一点电荷，在该电荷产生的电场中，A、B、O三点的电势高低为φA＞φO＞φB，场强大小为EA＜EO＜EB，则下列判断正确的是(　　)A．该点电荷带正电，离A点最近B．该点电荷带负电，离A点最近C．该点电荷带正电，离B点最近D．该点电荷带负电，离B点最近【答案】D【解析】在点电荷的电场中，离电荷越近，场强越大，所以点电荷离B点最近，而三点中B点的电势最低，根据沿电场线方向电势逐渐降低，所以源电荷必带负电，故A、B、C错误，D正确． 核心素养微专题电荷在电场中的电势能电场中的情形跟重力场中的情形相似．但由于存在两种电荷，电荷受的电场力既可以是引力，也可以是斥力．物体在重力场中具有的重力势能与物体的重力、物体在重力场中的位置有关．电荷在电场中具有的电势能与电荷量的大小、正负、电荷在电场中的位置有关．【专练】　如图所示，匀强电场的电场强度为30 N/C，A、B、C是电场中同一条电场线上的三个点，相邻两个点的距离均为10 cm．(1)以C点为零电势点，求A、B两点的电势；(2)A、B、C三点中哪个点的电势最高？哪个点的电势最低？解：已知E＝30 N/C，A、B间距离d1＝0.1 m，B、C间距离d2＝0.1 m．(1)以C点为零电势点，正电荷q从A点或B点沿电场线移动距离d到C点，静电力做正功，有W＝qEd课堂小练 | 素养达成1．关于电势和电势能，下列说法中正确的是(　　)A．在电场中电势高的地方，电荷在该点具有的电势能大B．在电场中电势高的地方，放在该点电荷的电荷量越大，它所具有的电势能也越大C．在电场中的任何一点上，正电荷所具有的电势能一定大于负电荷具有的电势能D．在负点电荷所产生的电场中的任何一点上，正电荷所具有的电势能一定小于负电荷所具有的电势能【答案】D【解析】由Ep＝qφ，正电荷在电势高的地方具有的电势能大，负电荷则相反，A、B错误；q和φ取同号时的乘积大于取异号时的乘积，C错误，D正确．2．在电场中，把电荷量为4×10－9 C的正点电荷从A点移到B点，克服静电力做功6×10－8 J，以下说法中正确的是(　　)A．电荷在B点具有的电势能是6×10－8 JB．B点的电势是15 VC．电荷的电势能增加了6×10－8 JD．电荷的电势能减少了6×10－8 J【答案】C【解析】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，所以A、B错误；克服静电力做功6×10－8 J，则电势能增加了6×10－8 J，所以C正确，D错误．【答案】A【解析】电场具有叠加性质，因此＋2Q形成的电场，可看成是两个＋Q的导体球形成的电场的叠加．则同一位置处，＋2Q形成的电场是＋Q形成电场的2倍，＋Q时试探电荷受到的电场力是＋Q时受到电场力的2倍．由ΔW＝FΔx可知，W′＝2W．故A正确，B、C、D错误．4．(多选)下列关于电势高低的判断，正确的是(　　)A．负电荷从A移到B时，静电力做正功，A点的电势一定较高B．负电荷从A移到B时，电势能增加，A点的电势一定较低C．正电荷从A移到B时，电势能增加，A点的电势一定较低D．正电荷只在静电力作用下由静止开始从A移到B，A点的电势一定较高【答案】CD【解析】根据静电力做功和电势能变化的关系，不管是正电荷还是负电荷，只要静电力做正功，电势能就减少，只要静电力做负功，电势能就增加；正、负电荷在电势高低不同的位置具有的电势能不同，正电荷在电势高处具有的电势能大，负电荷在电势低处具有的电势能大，C、D正确．