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高中物理第十章 静电场中的能量3 电势差与电场强度的关系教案配套ppt课件
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这是一份高中物理第十章 静电场中的能量3 电势差与电场强度的关系教案配套ppt课件，共21页。PPT课件主要包含了电场力做功的四种求法等内容，欢迎下载使用。
1.定义:电场中两点间电势的 叫作电势差,也叫电压.2.定义式:UAB=φA-φB或UBA=φB-φA.UAB的正负由A、B两点的电势决定,若φA φB,则UAB>0,若φA φB,则UAB<0.3.电势差与电场力做功的关系UAB= ,式中UAB为A、B两点间的电势差,WAB为q从初位置A运动到末位 置B时电场力做的功,计算时W与U的角标要对应.
1.关系式:U= .2.意义:匀强电场中任意两点之间的电势差等于 与这两点沿 方向的距离的乘积.3.电场强度的另一种表达(1)E= .(2)意义:在匀强电场中,场强在数值上等于沿 方向距离为单位长度的两 点间的 .(3)场强的另一个单位为伏特每米,符号为 1 V/m=1 N/C.
1.鸟儿落在高压线上,虽然通电的高压线是裸露的导线,但鸟儿仍安然无恙,这是 因为鸟儿的身体不导电. ( )提示:鸟儿落在高压线上安然无恙,是因为鸟两爪间的电势差几乎为零.2.电势差和电势一样,是相对量,与零电势点的选取有关.( )提示:两点间的电势差由电场本身和两点的位置决定,与零电势点的选取无关.3.由UAB= 可知,沿等势面移动电荷,电场力不做功. ( )4.WAB=qUAB仅适用于匀强电场. ( )
电势差与电场力做功的关系(1)关系:UAB= 或WAB=qUAB,其中WAB仅是电场力做的功,不包括从A到B移动电荷时其他力做的功.(2)适用范围:任何电场.(3)电势能、电势、电势差、电场力做功之间的关系:EpA-EpB=qφA-qφB=q(φA-φB)= qUAB=WAB.
应用UAB= 求解电势差的两种思路(1)将各量均带着正负号运算:WAB的正负号表示正负功,q的正负号表示电性.计 算时W与U的角标要对应,即UAB= 、UBA= .(2)将各量的绝对值代入公式运算:计算时,WAB、q、UAB都取绝对值,然后根据题意判断电势的高低和电势差的正负.
如图所示,带电体甲固定在绝缘水平面上的O点.另一个电荷量为+q、质量 为m的带电体乙从P点由静止释放【1】,经L运动到Q点时达到最大速度v【2】.已知 乙与水平面间的动摩擦因数为μ,静电力常量为k,重力加速度为g.求:(1)Q处电场强度的大小;(2)带电体乙从P运动到Q的过程中电场力所做的功;(3)P、Q之间的电势差.
信息提取【1】初速度为零.【2】从P到Q,带电体乙加速运动,电场力大于摩擦力;到达Q点时电场力等于摩擦 力,此时乙的速度最大;带电体乙在Q点右侧运动时,摩擦力大于电场力.
思路分析带电体乙的运动分为两个阶段:第一个阶段:从P到Q.带电体乙从P由静止开始向右运动,受到向右的电场力和 向左的摩擦力作用,做加速运动;到达Q点时,其所受的摩擦力和电场力相等,乙的 速度最大,结合摩擦力公式和电场力公式【3】,根据力的平衡条件【4】求出电场强度 的大小;根据动能定理【5】求出乙从P运动到Q的过程中电场力所做的功;根据电场 力做功与电势差的关系【6】求出P、Q两点间的电势差.第二个阶段:从Q点向右运动.带电体乙受到向右的电场力小于向左的摩擦力,做 减速运动,直至速度为零.
解析 (1)到达Q点时带电体乙的速度最大,受到的摩擦力等于电场力.电场力F=Eq(由【3】得到)则μmg=Eq(由【4】得到)得E= (2)从P到Q过程,只有电场力和摩擦力做功,初速度为零,到Q点时速度最大有W-μmgL= mv2-0(由【5】得到)得W= mv2+μmgL(3)电场力做功W=qU(由【6】得到)得U= 答案 (1) (2) mv2+μmgL (3)
情境 电鳗是放电能力最强的淡水鱼类,短暂放电电压可达550~800伏,因此电鳗 有水中“高压线”之称.它的发电器分布在身体两侧的肌肉内,身体的尾端为正 极,头部为负极,当电鳗的头和尾触及其他动物时,即可产生强大的电流.
问题1.若将电鳗产生的电场看成匀强电场,电场强度为E,电鳗头部到尾部的长度为d, 头部、尾部间的电势差为UAB.电荷从电鳗头部运动到尾部,电场力做了多少功? 请分别从力和位移的角度、电势差的角度分析.提示:从力和位移的角度分析,电场力做功WAB=Fd=qEd.从电势差的角度分析,电 场力做功WAB=qUAB.2.比较从两个角度计算出的功的大小,说明电鳗头、尾间的电势差与电场强度的 关系.提示:从两个角度计算出的电场力做的功相等,即qUAB=qEd,整理可得电鳗头、尾 间的电势差与电场强度的关系为UAB=Ed.
3.在非匀强电场中,怎样应用公式E= ?能用它进行定量计算吗?能得出等差等势面中等势面越密的地方场强越大还是越小?提示:在非匀强电场中,公式E= 只可用来定性分析问题,由E= 可以得出结论:在等差等势面中等势面越密的地方场强越大.4.某电鳗头、尾相距2 m,求其短暂放电产生的电场强度的大小范围.提示:根据电势差与电场强度的关系可得E1= = V/m=275 V/m,E2= = V/m=400 V/m,故其短暂放电产生的电场强度的范围为275 V/m≤E≤400 V/m.
应用公式E= 的三点注意(1)此公式只适用于匀强电场.(2)d为某两点沿电场强度方向上的距离,或两点所在等势面之间的距离.(3)可以定性分析非匀强电场的相关问题.
应用E= 可得到的推论公式推论1 匀强电场中的任一线段AB的中点C的电势φC= .推论2 匀强电场中,若两线段AB∥CD,且AB=CD,则UAB=UCD(或φA-φB=φC-φD). 匀强电场中求解电势(场强)的两点技巧(1)在匀强电场中,电势沿直线均匀变化,即直线上距离相等的线段两端的电势差 值相等.(2)将电势最高点和最低点连接后根据需要平分成若干段,必能找到与第三点电 势相等的等势点,它们的连线即等势面(或等势线),与其垂直的线即电场线.
E-x图像描述静电场中电场强度E沿x轴变化的规律,结合E-x图像可分析电场中的场强E、电势φ的分布规律,进而分析有关问题.(1)在给定了电场的E-x图像后,可以由图像确定电场强度的变化情况、电势的变 化情况,E-x图线与x轴所围图形“面积”表示电势差.在与粒子运动相结合的题 目中,可进一步确定粒子的电性、动能变化、电势能变化等情况.(2)可以由E-x图像假设某一种符合E-x图像的电场,利用这种已知电场的电场线分 布、等势面分布或场源电荷来处理相关问题. 解答关于E-x图像问题可把握以下四点(1)根据E-x图像可直接判断电场强度,电场强度为正值,说明电场强度方向与规定 正方向相同,电场强度为负值,说明电场强度方向与规定正方向相反.
(2)根据E-x图像可判断电势的高低,由图像确定电场线方向后,根据沿电场线方向电势逐渐降低,从而确定电势的高低.(3)将x轴上一段距离x分成很多微小单元Δx,由公式U=EΔx知,E-x图像中曲线与x 轴所围成的“面积”表示电势差U.(4)据E-x图像结合带电粒子的运动情况可以确定带电粒子的电场力、加速度、 电场力做功、电势能变化等.
φ-x图像的理解φ-x图像描述的是静电场中沿某一方向电势φ随位置x变化的情况,结合φ-x图像可 以分析电势φ的特点,可进一步分析场强E、电荷的电势能等有关问题. φ-x图像的应用φ-x图像有以下三个方面的应用:(1)φ-x图线的斜率大小等于电场强度的大小,电场强度为零处,φ-x图线存在极值, 其切线的斜率为零.(2)在φ-x图像中可以直接判断各点电势的大小,并可根据电势大小关系确定电场 强度的方向.(3)在φ-x图像中分析电荷移动时电势能的变化,可用WAB=qUAB,进而分析WAB的正 负,然后作出判断.
两个点电荷Q1和Q2固定在x轴上O、D两点,两者连线上各点电势高低如图中曲线 所示【1】(OB>BD),取无穷远处电势为零,由图可知,下列说法错误的是( )A.B点电场强度为零【2】B.Q1为负电荷,Q2为正电荷C.Q1的电荷量一定大于Q2的电荷量
D.将电子沿x轴从A点移到C点,电场力一直做正功【3】
信息提取【1】由φ-x图像中纵坐标可以直接判断电势的高低,由切线斜率判断场强大小和 方向.【2】B点电势为零,场强需根据φ-x图线的斜率判断.【3】电势能减小,电场力做正功;电势能增加,电场力做负功.
思路分析解答本题的三个依据:依据1:依据φ-x图像斜率的意义判断场强的大小和方向【4】.依据2:依据电场线方向与电势高低的关系,判断电荷带电的正负【5】.依据3:依据电势与电势能的关系判断电势能的增减【6】,进而判断电场力做功的正负.
1.定义:电场中两点间电势的 叫作电势差,也叫电压.2.定义式:UAB=φA-φB或UBA=φB-φA.UAB的正负由A、B两点的电势决定,若φA φB,则UAB>0,若φA φB,则UAB<0.3.电势差与电场力做功的关系UAB= ,式中UAB为A、B两点间的电势差,WAB为q从初位置A运动到末位 置B时电场力做的功,计算时W与U的角标要对应.
1.关系式:U= .2.意义:匀强电场中任意两点之间的电势差等于 与这两点沿 方向的距离的乘积.3.电场强度的另一种表达(1)E= .(2)意义:在匀强电场中,场强在数值上等于沿 方向距离为单位长度的两 点间的 .(3)场强的另一个单位为伏特每米,符号为 1 V/m=1 N/C.
1.鸟儿落在高压线上,虽然通电的高压线是裸露的导线,但鸟儿仍安然无恙,这是 因为鸟儿的身体不导电. ( )提示:鸟儿落在高压线上安然无恙,是因为鸟两爪间的电势差几乎为零.2.电势差和电势一样,是相对量,与零电势点的选取有关.( )提示:两点间的电势差由电场本身和两点的位置决定,与零电势点的选取无关.3.由UAB= 可知,沿等势面移动电荷,电场力不做功. ( )4.WAB=qUAB仅适用于匀强电场. ( )
电势差与电场力做功的关系(1)关系:UAB= 或WAB=qUAB,其中WAB仅是电场力做的功,不包括从A到B移动电荷时其他力做的功.(2)适用范围:任何电场.(3)电势能、电势、电势差、电场力做功之间的关系:EpA-EpB=qφA-qφB=q(φA-φB)= qUAB=WAB.
应用UAB= 求解电势差的两种思路(1)将各量均带着正负号运算:WAB的正负号表示正负功,q的正负号表示电性.计 算时W与U的角标要对应,即UAB= 、UBA= .(2)将各量的绝对值代入公式运算:计算时,WAB、q、UAB都取绝对值,然后根据题意判断电势的高低和电势差的正负.
如图所示,带电体甲固定在绝缘水平面上的O点.另一个电荷量为+q、质量 为m的带电体乙从P点由静止释放【1】,经L运动到Q点时达到最大速度v【2】.已知 乙与水平面间的动摩擦因数为μ,静电力常量为k,重力加速度为g.求:(1)Q处电场强度的大小;(2)带电体乙从P运动到Q的过程中电场力所做的功;(3)P、Q之间的电势差.
信息提取【1】初速度为零.【2】从P到Q,带电体乙加速运动,电场力大于摩擦力;到达Q点时电场力等于摩擦 力,此时乙的速度最大;带电体乙在Q点右侧运动时,摩擦力大于电场力.
思路分析带电体乙的运动分为两个阶段:第一个阶段:从P到Q.带电体乙从P由静止开始向右运动,受到向右的电场力和 向左的摩擦力作用,做加速运动;到达Q点时,其所受的摩擦力和电场力相等,乙的 速度最大,结合摩擦力公式和电场力公式【3】,根据力的平衡条件【4】求出电场强度 的大小;根据动能定理【5】求出乙从P运动到Q的过程中电场力所做的功;根据电场 力做功与电势差的关系【6】求出P、Q两点间的电势差.第二个阶段:从Q点向右运动.带电体乙受到向右的电场力小于向左的摩擦力,做 减速运动,直至速度为零.
解析 (1)到达Q点时带电体乙的速度最大,受到的摩擦力等于电场力.电场力F=Eq(由【3】得到)则μmg=Eq(由【4】得到)得E= (2)从P到Q过程,只有电场力和摩擦力做功,初速度为零,到Q点时速度最大有W-μmgL= mv2-0(由【5】得到)得W= mv2+μmgL(3)电场力做功W=qU(由【6】得到)得U= 答案 (1) (2) mv2+μmgL (3)
情境 电鳗是放电能力最强的淡水鱼类,短暂放电电压可达550~800伏,因此电鳗 有水中“高压线”之称.它的发电器分布在身体两侧的肌肉内,身体的尾端为正 极,头部为负极,当电鳗的头和尾触及其他动物时,即可产生强大的电流.
问题1.若将电鳗产生的电场看成匀强电场,电场强度为E,电鳗头部到尾部的长度为d, 头部、尾部间的电势差为UAB.电荷从电鳗头部运动到尾部,电场力做了多少功? 请分别从力和位移的角度、电势差的角度分析.提示:从力和位移的角度分析,电场力做功WAB=Fd=qEd.从电势差的角度分析,电 场力做功WAB=qUAB.2.比较从两个角度计算出的功的大小,说明电鳗头、尾间的电势差与电场强度的 关系.提示:从两个角度计算出的电场力做的功相等,即qUAB=qEd,整理可得电鳗头、尾 间的电势差与电场强度的关系为UAB=Ed.
3.在非匀强电场中,怎样应用公式E= ?能用它进行定量计算吗?能得出等差等势面中等势面越密的地方场强越大还是越小?提示:在非匀强电场中,公式E= 只可用来定性分析问题,由E= 可以得出结论:在等差等势面中等势面越密的地方场强越大.4.某电鳗头、尾相距2 m,求其短暂放电产生的电场强度的大小范围.提示:根据电势差与电场强度的关系可得E1= = V/m=275 V/m,E2= = V/m=400 V/m,故其短暂放电产生的电场强度的范围为275 V/m≤E≤400 V/m.
应用公式E= 的三点注意(1)此公式只适用于匀强电场.(2)d为某两点沿电场强度方向上的距离,或两点所在等势面之间的距离.(3)可以定性分析非匀强电场的相关问题.
应用E= 可得到的推论公式推论1 匀强电场中的任一线段AB的中点C的电势φC= .推论2 匀强电场中,若两线段AB∥CD,且AB=CD,则UAB=UCD(或φA-φB=φC-φD). 匀强电场中求解电势(场强)的两点技巧(1)在匀强电场中,电势沿直线均匀变化,即直线上距离相等的线段两端的电势差 值相等.(2)将电势最高点和最低点连接后根据需要平分成若干段,必能找到与第三点电 势相等的等势点,它们的连线即等势面(或等势线),与其垂直的线即电场线.
E-x图像描述静电场中电场强度E沿x轴变化的规律,结合E-x图像可分析电场中的场强E、电势φ的分布规律,进而分析有关问题.(1)在给定了电场的E-x图像后,可以由图像确定电场强度的变化情况、电势的变 化情况,E-x图线与x轴所围图形“面积”表示电势差.在与粒子运动相结合的题 目中,可进一步确定粒子的电性、动能变化、电势能变化等情况.(2)可以由E-x图像假设某一种符合E-x图像的电场,利用这种已知电场的电场线分 布、等势面分布或场源电荷来处理相关问题. 解答关于E-x图像问题可把握以下四点(1)根据E-x图像可直接判断电场强度,电场强度为正值,说明电场强度方向与规定 正方向相同,电场强度为负值,说明电场强度方向与规定正方向相反.
(2)根据E-x图像可判断电势的高低,由图像确定电场线方向后,根据沿电场线方向电势逐渐降低,从而确定电势的高低.(3)将x轴上一段距离x分成很多微小单元Δx,由公式U=EΔx知,E-x图像中曲线与x 轴所围成的“面积”表示电势差U.(4)据E-x图像结合带电粒子的运动情况可以确定带电粒子的电场力、加速度、 电场力做功、电势能变化等.
φ-x图像的理解φ-x图像描述的是静电场中沿某一方向电势φ随位置x变化的情况,结合φ-x图像可 以分析电势φ的特点,可进一步分析场强E、电荷的电势能等有关问题. φ-x图像的应用φ-x图像有以下三个方面的应用:(1)φ-x图线的斜率大小等于电场强度的大小,电场强度为零处,φ-x图线存在极值, 其切线的斜率为零.(2)在φ-x图像中可以直接判断各点电势的大小,并可根据电势大小关系确定电场 强度的方向.(3)在φ-x图像中分析电荷移动时电势能的变化,可用WAB=qUAB,进而分析WAB的正 负,然后作出判断.
两个点电荷Q1和Q2固定在x轴上O、D两点,两者连线上各点电势高低如图中曲线 所示【1】(OB>BD),取无穷远处电势为零,由图可知,下列说法错误的是( )A.B点电场强度为零【2】B.Q1为负电荷,Q2为正电荷C.Q1的电荷量一定大于Q2的电荷量
D.将电子沿x轴从A点移到C点,电场力一直做正功【3】
信息提取【1】由φ-x图像中纵坐标可以直接判断电势的高低,由切线斜率判断场强大小和 方向.【2】B点电势为零,场强需根据φ-x图线的斜率判断.【3】电势能减小,电场力做正功;电势能增加,电场力做负功.
思路分析解答本题的三个依据:依据1:依据φ-x图像斜率的意义判断场强的大小和方向【4】.依据2:依据电场线方向与电势高低的关系,判断电荷带电的正负【5】.依据3:依据电势与电势能的关系判断电势能的增减【6】,进而判断电场力做功的正负.
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