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人教版 (2019)必修 第三册1 电势能和电势教案配套课件ppt
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这是一份人教版 (2019)必修 第三册1 电势能和电势教案配套课件ppt，共52页。PPT课件主要包含了自主预习·新知导学，合作探究·释疑解惑，课堂小结，随堂练习，知识点一，知识点二，知识点三，提示相同相同等内容，欢迎下载使用。
自主预习·新知导学
一、静电力做功的特点1.特点:在静电场中移动电荷时,静电力所做的功与电荷的 起始位置和终止位置有关,与电荷经过的路径无关。2.公式:在匀强电场中静电力做功W=qE·lcs θ,其中θ为静电力与位移间的夹角。3.一电荷在某静电场中运动了一周又回到出发点,静电力对该电荷做功吗?提示:不做功。由功的定义式可知,电荷运动一周位移为0,故静电力一定不做功。
二、电势能1.概念:电荷在电场中具有的势能,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减少量,WAB= EpA-EpB 。静电力做正功,电势能减少;静电力做负功,电势能增加。3.电势能的大小电荷在某点的电势能,等于把它从这点移动到零势能位置时静电力所做的功。
4.零势能位置通常把电荷在离场源电荷无限远处或在大地表面的电势能规定为0。5.电势能与重力势能类似,也有正负,其正负有何意义?提示:电势能为正值时,表明电荷在该处电势能大于0;当电势能为负值时,表明电荷在该处电势能比0小。
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,一般情况下取离场源电荷无限远处或大地为零电势位置。(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:沿着电场线方向电势逐渐降低。
【思考讨论】 1.判断下列说法的正误。(1)只要电荷在电场中移动,静电力一定做功。( )(2)静电力做功与重力做功类似,与初末位置有关,与路径无关。( )(3)电势有正、负,是矢量。( )(4)电势能是相对的,规定不同的零势能点,电荷在电场中某点的电势可能不同。( )
2.在电场中确定的两点间分别移动电荷量相等的正、负电荷时,静电力做功与电势能变化有何差异?提示:在电场中确定的两点间分别移动电荷量相等的正、负电荷时,静电力做的功绝对值相等,正、负不同,电势能的变化量绝对值相等,增减情况相反。
提示:电势能为零的点是人为规定的,此处的电场强度不一定为零。
合作探究·释疑解惑
问题引领如图所示,甲图中质量为m的小球沿三种不同的路径下落高度h,重力做功是否相同?乙图中电荷量为+q的小球在匀强电场E中沿三种不同的路径由A点移至B点的过程中,静电力做功相同吗?
归纳提升1.匀强电场中静电力做功的计算W=qElcs θ,其中θ为静电力与位移间的夹角。2.静电力做功的正负判断(1)根据静电力和位移方向的夹角判断:夹角为锐角时,静电力做正功;夹角为钝角时,静电力做负功;静电力和位移方向垂直时不做功。此法常用于匀强电场中恒定静电力做功情况的判断。
(2)根据静电力和瞬时速度方向的夹角判断: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不做功。此法常用于判断曲线运动中变化静电力的做功情况。(3)根据电势能的变化情况判断:若电势能增加,则静电力做负功;若电势能减小,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: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。
3.静电力做功的特点(1)静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关,但与具体路径无关,这与重力做功特点相似。(2)无论是匀强电场还是非匀强电场,无论是直线运动还是曲线运动,静电力做功均与路径无关。
【例题1】 如图所示的匀强电场中,有A、B、C三点,dAB=5 cm,dBC=12 cm,其中AB沿电场方向,BC和电场方向成60°角,一个电荷量为q=4×10-8 C的正电荷从A移到B时静电力做的功为W1=1.2×10-7 J。 (1)求匀强电场的电场强度E的大小。(2)求电荷从B移到C,静电力做的功W2。答案:(1)60 V/m (2)1.44×10-7 J
【变式训练1】 如图所示,在匀强电场中有A、B两点,将一电荷量为q的正电荷从A点移到B点,第一次沿直线AB移动该电荷,静电力做功为W1;第二次沿路径ACB移动该电荷,静电力做功为W2;第三次沿曲线ADB移动该电荷,静电力做功为W3,则( )A.W1>W2B.W3
归纳提升1.电势能的特性
2.判断电势能大小的方法(1)做功判定法:无论是哪种电荷,只要静电力做了正功,电荷的电势能一定减少;静电力做了负功(克服静电力做功),电势能一定增加。(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。
典型例题【例题2】 将电荷量为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点移到C点,静电力做了1.2×10-5 J的功。(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?(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)增加了1.8×10-5 J(2)3×10-5 J 1.8×10-5 J
解析:(1)由题意可知,WAB=-3×10-5 J,WBC=1.2×10-5 J所以电荷从A点到C点的全过程中静电力做功WAC=WAB+WBC=-1.8×10-5 J故此过程电荷的电势能增加了1.8×10-5 J。(2)由WAB=EpA-EpB可得,EpB=3×10-5 J由WAC=EpA-EpC可得,EpC=1.8×10-5 J。
【变式训练2】 如图所示,有一带电的微粒,在静电力的作用下沿曲线从M点运动到N点(图中实线为某电场的电场线),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,带电微粒受到的静电力指向径迹凹侧,与电场方向相同,故带电微粒带正电,选项A、B错误;静电力对带电微粒做正功,微粒电势能减少,选项C错误,D正确。
问题引领下图是几个带电体周围的电场线分布图,探讨: (1)沿着电场线的方向由A点到B点,电势如何变化?(2)电场强度大的地方电势一定高吗?
提示:(1)沿着电场线的方向电势逐渐降低,任何静电场均是如此。(2)电场强度可以从电场线的疏密程度判断,沿着电场线方向电场强度不一定减小,即电场强度大的地方电势不一定高。
归纳提升1.电势的特点(1)电势具有相对性:电势是相对的,电场中某点的电势与零电势点的选取有关。通常将离场源电荷无限远处或是大地选为零电势点。(2)电势是标量:电势是只有大小、没有方向的物理量,在规定了零电势点后,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.电势能与电势的区别与联系
3.电势和电场强度的关系
典型例题【例题3】 (多选)如图甲所示,在一条电场线上有A、B两点,从A点由静止释放一电子,假设电子仅受静电力作用,电子从A点运动到B点的速度—时间图像如图乙所示,则( )A.电子在A、B两点受的静电力FAEBC.A、B两点的电势φA<φBD.电子在A、B两点具有的电势能EpA
【变式训练3】 将一正电荷从无限远处移入电场中的M点,电势能减少了8.0×10-9 J,若将另一等量的负电荷从无限远处移入电场中的N点,电势能增加了9.0×10-9 J,则下列判断正确的是( )A.φM<φN<0B.φN>φM>0C.φN<φM<0D.φM>φN>0答案:C
解析:取无限远处电势为零,则正电荷在M点的电势能为-8 ×10-9 J,负电荷在N点的电势能为9×10-9 J。由φ= 知,M点的电势φM<0,N点的电势φN<0,且|φN|>|φM|,则φN<φM<0,故C正确。
1.(静电力做功的特点)两带电小球,电荷量分别为+q和-q,固定在一长度为l的绝缘细杆的两端,置于电场强度为E的匀强电场中,杆与电场强度方向平行,其位置如图所示。若此杆绕过O点垂直于杆的轴线顺时针转过90°,则在此转动过程中,静电力做的功为( )A.0B.qElC.2qElD.πqEl答案:B
解析:+q受到的静电力水平向右,-q受到的静电力水平向左,静电力对两电荷都做正功。设+q离O点距离为x,则-q离O点的距离为l-x。在杆顺时针转过90°的过程中,静电力对两球做的功分别为W1=qEx、W2=qE(l-x)。所以总功为W=W1+W2=qEx+qE(l-x)=qEl,B正确。
2.(电势的理解)(多选)关于电势,下列说法正确的是( )A.电场中某点的电势大小等于单位正电荷从该点移动到零电势点时,静电力所做的功的大小B.电场中某点的电势与零电势点的选取有关C.由于电势是相对的,所以无法比较电场中两点的电势高低D.某电荷在电场中A、B两点电势能关系为EpA>EpB,则可知φA>φB答案:AB
解析:由电势的定义可知,A正确。电势是相对的,电势的大小与零电势点的选取有关,B正确。虽然电势是相对的,但电势的高低关系是绝对的,C错误。电势的计算要注意q的正负,若q正负不确定,则无法由Ep确定φ的大小关系,D错误。
3.(电势高低与电势能大小的比较)如图所示,曲线是电场中的一组电场线,A、B是电场中的两点,则下列说法正确的是( )A.电势φA>φB,电场强度EAφB,电场强度EA>EBC.将+q电荷从A点移到B点静电力做负功D.将-q电荷分别放在A、B两点时具有的电势能EpA>EpB答案:B
解析:电场线的疏密程度可以表示电场强度大小,A点的电场线比较密,所以EA>EB,沿电场线方向电势降低,故有φA>φB,A错误,B正确。将+q电荷从A点移到B点静电力做正功,C错误。负电荷在电势低的地方电势能大,所以EpA
自主预习·新知导学
一、静电力做功的特点1.特点:在静电场中移动电荷时,静电力所做的功与电荷的 起始位置和终止位置有关,与电荷经过的路径无关。2.公式:在匀强电场中静电力做功W=qE·lcs θ,其中θ为静电力与位移间的夹角。3.一电荷在某静电场中运动了一周又回到出发点,静电力对该电荷做功吗?提示:不做功。由功的定义式可知,电荷运动一周位移为0,故静电力一定不做功。
二、电势能1.概念:电荷在电场中具有的势能,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减少量,WAB= EpA-EpB 。静电力做正功,电势能减少;静电力做负功,电势能增加。3.电势能的大小电荷在某点的电势能,等于把它从这点移动到零势能位置时静电力所做的功。
4.零势能位置通常把电荷在离场源电荷无限远处或在大地表面的电势能规定为0。5.电势能与重力势能类似,也有正负,其正负有何意义?提示:电势能为正值时,表明电荷在该处电势能大于0;当电势能为负值时,表明电荷在该处电势能比0小。
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,一般情况下取离场源电荷无限远处或大地为零电势位置。(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:沿着电场线方向电势逐渐降低。
【思考讨论】 1.判断下列说法的正误。(1)只要电荷在电场中移动,静电力一定做功。( )(2)静电力做功与重力做功类似,与初末位置有关,与路径无关。( )(3)电势有正、负,是矢量。( )(4)电势能是相对的,规定不同的零势能点,电荷在电场中某点的电势可能不同。( )
2.在电场中确定的两点间分别移动电荷量相等的正、负电荷时,静电力做功与电势能变化有何差异?提示:在电场中确定的两点间分别移动电荷量相等的正、负电荷时,静电力做的功绝对值相等,正、负不同,电势能的变化量绝对值相等,增减情况相反。
提示:电势能为零的点是人为规定的,此处的电场强度不一定为零。
合作探究·释疑解惑
问题引领如图所示,甲图中质量为m的小球沿三种不同的路径下落高度h,重力做功是否相同?乙图中电荷量为+q的小球在匀强电场E中沿三种不同的路径由A点移至B点的过程中,静电力做功相同吗?
归纳提升1.匀强电场中静电力做功的计算W=qElcs θ,其中θ为静电力与位移间的夹角。2.静电力做功的正负判断(1)根据静电力和位移方向的夹角判断:夹角为锐角时,静电力做正功;夹角为钝角时,静电力做负功;静电力和位移方向垂直时不做功。此法常用于匀强电场中恒定静电力做功情况的判断。
(2)根据静电力和瞬时速度方向的夹角判断: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不做功。此法常用于判断曲线运动中变化静电力的做功情况。(3)根据电势能的变化情况判断:若电势能增加,则静电力做负功;若电势能减小,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: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。
3.静电力做功的特点(1)静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关,但与具体路径无关,这与重力做功特点相似。(2)无论是匀强电场还是非匀强电场,无论是直线运动还是曲线运动,静电力做功均与路径无关。
【例题1】 如图所示的匀强电场中,有A、B、C三点,dAB=5 cm,dBC=12 cm,其中AB沿电场方向,BC和电场方向成60°角,一个电荷量为q=4×10-8 C的正电荷从A移到B时静电力做的功为W1=1.2×10-7 J。 (1)求匀强电场的电场强度E的大小。(2)求电荷从B移到C,静电力做的功W2。答案:(1)60 V/m (2)1.44×10-7 J
【变式训练1】 如图所示,在匀强电场中有A、B两点,将一电荷量为q的正电荷从A点移到B点,第一次沿直线AB移动该电荷,静电力做功为W1;第二次沿路径ACB移动该电荷,静电力做功为W2;第三次沿曲线ADB移动该电荷,静电力做功为W3,则( )A.W1>W2B.W3
归纳提升1.电势能的特性
2.判断电势能大小的方法(1)做功判定法:无论是哪种电荷,只要静电力做了正功,电荷的电势能一定减少;静电力做了负功(克服静电力做功),电势能一定增加。(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。
典型例题【例题2】 将电荷量为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点移到C点,静电力做了1.2×10-5 J的功。(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?(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)增加了1.8×10-5 J(2)3×10-5 J 1.8×10-5 J
解析:(1)由题意可知,WAB=-3×10-5 J,WBC=1.2×10-5 J所以电荷从A点到C点的全过程中静电力做功WAC=WAB+WBC=-1.8×10-5 J故此过程电荷的电势能增加了1.8×10-5 J。(2)由WAB=EpA-EpB可得,EpB=3×10-5 J由WAC=EpA-EpC可得,EpC=1.8×10-5 J。
【变式训练2】 如图所示,有一带电的微粒,在静电力的作用下沿曲线从M点运动到N点(图中实线为某电场的电场线),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,带电微粒受到的静电力指向径迹凹侧,与电场方向相同,故带电微粒带正电,选项A、B错误;静电力对带电微粒做正功,微粒电势能减少,选项C错误,D正确。
问题引领下图是几个带电体周围的电场线分布图,探讨: (1)沿着电场线的方向由A点到B点,电势如何变化?(2)电场强度大的地方电势一定高吗?
提示:(1)沿着电场线的方向电势逐渐降低,任何静电场均是如此。(2)电场强度可以从电场线的疏密程度判断,沿着电场线方向电场强度不一定减小,即电场强度大的地方电势不一定高。
归纳提升1.电势的特点(1)电势具有相对性:电势是相对的,电场中某点的电势与零电势点的选取有关。通常将离场源电荷无限远处或是大地选为零电势点。(2)电势是标量:电势是只有大小、没有方向的物理量,在规定了零电势点后,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.电势能与电势的区别与联系
3.电势和电场强度的关系
典型例题【例题3】 (多选)如图甲所示,在一条电场线上有A、B两点,从A点由静止释放一电子,假设电子仅受静电力作用,电子从A点运动到B点的速度—时间图像如图乙所示,则( )A.电子在A、B两点受的静电力FA
【变式训练3】 将一正电荷从无限远处移入电场中的M点,电势能减少了8.0×10-9 J,若将另一等量的负电荷从无限远处移入电场中的N点,电势能增加了9.0×10-9 J,则下列判断正确的是( )A.φM<φN<0B.φN>φM>0C.φN<φM<0D.φM>φN>0答案:C
解析:取无限远处电势为零,则正电荷在M点的电势能为-8 ×10-9 J,负电荷在N点的电势能为9×10-9 J。由φ= 知,M点的电势φM<0,N点的电势φN<0,且|φN|>|φM|,则φN<φM<0,故C正确。
1.(静电力做功的特点)两带电小球,电荷量分别为+q和-q,固定在一长度为l的绝缘细杆的两端,置于电场强度为E的匀强电场中,杆与电场强度方向平行,其位置如图所示。若此杆绕过O点垂直于杆的轴线顺时针转过90°,则在此转动过程中,静电力做的功为( )A.0B.qElC.2qElD.πqEl答案:B
解析:+q受到的静电力水平向右,-q受到的静电力水平向左,静电力对两电荷都做正功。设+q离O点距离为x,则-q离O点的距离为l-x。在杆顺时针转过90°的过程中,静电力对两球做的功分别为W1=qEx、W2=qE(l-x)。所以总功为W=W1+W2=qEx+qE(l-x)=qEl,B正确。
2.(电势的理解)(多选)关于电势,下列说法正确的是( )A.电场中某点的电势大小等于单位正电荷从该点移动到零电势点时,静电力所做的功的大小B.电场中某点的电势与零电势点的选取有关C.由于电势是相对的,所以无法比较电场中两点的电势高低D.某电荷在电场中A、B两点电势能关系为EpA>EpB,则可知φA>φB答案:AB
解析:由电势的定义可知,A正确。电势是相对的,电势的大小与零电势点的选取有关,B正确。虽然电势是相对的,但电势的高低关系是绝对的,C错误。电势的计算要注意q的正负,若q正负不确定,则无法由Ep确定φ的大小关系,D错误。
3.(电势高低与电势能大小的比较)如图所示,曲线是电场中的一组电场线,A、B是电场中的两点,则下列说法正确的是( )A.电势φA>φB,电场强度EA
解析:电场线的疏密程度可以表示电场强度大小,A点的电场线比较密,所以EA>EB,沿电场线方向电势降低,故有φA>φB,A错误,B正确。将+q电荷从A点移到B点静电力做正功,C错误。负电荷在电势低的地方电势能大,所以EpA
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