【课堂新坐标】2016-2017学年高中物理人教版选修3-1(课件)第一章-静电场-1-4

上一页返回首页下一页知识点1知识点2知识点3学业分层测评4电势能和电势上一页返回首页下一页学习目标知识脉络1.知道静电力做功与路径无关．2．理解静电力做功与电势能变化的关系，理解电势能的概念，认识电势能的相对性．(难点)3．知道电势的定义方法和定义式、单位．(重点)4．知道等势面的定义，知道电场线一定垂直于等势面.上一页返回首页下一页静电力做功的特点电势能[先填空]1．静电力做功的特点(1)特点：在静电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷的和___________有关，与电荷经过的路径．(2)在匀强电场中电场力做功W＝qE·Lcosθ，其中θ为电场力与位移间夹角．起始位置终止位置无关上一页返回首页下一页2．电势能(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＝.电场力做正功，电势能_______；电场力做负功，电势能_______.(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．静电场减少量EpA－EpB减少增加零电势能点为零无穷远处大地处上一页返回首页下一页[再判断]1．只要电荷在电场中移动，电场力一定做功．()2．静电力做功虽然与电荷经过的路径无关,但与电荷移动的速度有关．()3．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能不同．()4．无论正、负电荷，只要电场力做正功，电荷的电势能一定减少．()××√√上一页返回首页下一页[后思考]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，电场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移动电荷量大小相等的正、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．上一页返回首页下一页[合作探讨]图1­4­1如图1­4­1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；乙图中带电为＋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．上一页返回首页下一页探讨1：甲图中小球沿三种不同的路径下落高度h，重力做功是否相同？重力势能变化了多少？【提示】重力做功相同，重力势能减少了mgh.探讨2：乙图中带电小球沿三种不同的路径由A点到B点的过程中，电场力做功相同吗？电势能变化了多少？【提示】电场力做功相同，电势能减少了EqL.上一页返回首页下一页[核心点击]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．上一页返回首页下一页2．电势能的性质(1)标矢性：电势能是标量，有正负，但没有方向．电势能的正、负值仅表示大小，正值表示电势能大于参考点处的电势能，负值表示电势能小于参考点处的电势能．(2)相对性：电势能的相对性，其大小与选定的参考点有关．确定电荷的电势能首先应当确定参考点，也就是零势能点的位置．(3)系统性：电势能是由电场和电荷共同决定的，属于电场和电荷系统所共有的，我们常习惯说成电场中的电荷所具有的电势能．上一页返回首页下一页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．上一页返回首页下一页4．电势能和重力势能的对比理解两种势能电势能重力势能系统电荷和电场物体和地球大小的相对性电荷在某点的电势能等于把电荷从该点移到零势能位置时静电力做的功物体在某点的重力势能等于把物体从该点移到零势能位置时重力做的功变化大小的量度静电力的功是电势能变化大小的量度，静电力做的功等于电势能的减少量重力的功是重力势能变化大小的量度，重力做的功等于重力势能的减少量对应力做功特点做功多少只与始、末位置有关，与经过的路径无关，且功等于势能的减少量上一页返回首页下一页1．如图1­4­2所示是以＋Q为圆心的一组同心圆(虚线)，电场中有A、B、C、D四点．现将一带正电荷q的点电荷由A点沿不同的路径移动到D点．电场力沿路径①做功为W1,沿路径②做功为W2,沿路径③做功为W3，则()【导学号：08160026】图1­4­2A．W2W3W1B．W1＝W2＝W3C．W2W3W1D．因不知道＋q的具体数值，故无法做出判断上一页返回首页下一页【解析】因为电场力做功只与初末位置有关，而与电荷的运动路径无关，故沿三条路径由A移动到D的过程中，电场力做功相等，选项B正确．【答案】B上一页返回首页下一页2．(多选)(2016·宜宾高二检测)如图1­4­3所示，A、B是同一条电场线上的两点，下列说法正确的是()图1­4­3A．正电荷在A点具有的电势能大于在B点具有的电势能B．正电荷在B点具有的电势能大于在A点具有的电势能C．负电荷在A点具有的电势能大于在B点具有的电势能D．负电荷在B点具有的电势能大于在A点具有的电势能上一页返回首页下一页【解析】若正电荷从A运动到B，正电荷所受的电场力方向从A指向B，与位移方向相同，电场力做正功，电势能减小，则正电荷在A点具有的电势能大于在B点具有的电势能．故A正确、B错误．若负电荷从A运动到B，负电荷所受的电场力方向从B指向A，与位移方向相反，电场力做负功，电势能增大，则负电荷在B点具有的电势能大于在A点具有的电势能．故D正确、C错误．【答案】AD上一页返回首页下一页有关电势能的三个提醒(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，移动正电荷与移动负电荷，电荷的电势能的变化是相反的．(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．上一页返回首页下一页电势[先填空]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，1V＝1J/C.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．电势能电荷量Ep/q伏特无穷远正负逐渐降低上一页返回首页下一页[再判断]1．电势有正、负，是矢量．()2．在匀强电场中沿电场线方向，电势降低最快．()3．电荷具有电势能大的点，电势一定高．()4．正的点电荷形成的电场，离电荷近处电势较低．()×√××上一页返回首页下一页[后思考]根据φ＝Epq，电势能等于零的位置，电势一定为零，该处场强一定是零吗？【提示】电势能为零的点是人为规定的，此处的场强不一定为零．上一页返回首页下一页[合作探讨]如图1­4­4所示的匀强电场，场强为E，取O点为零电势能点，A点距O点为l，AO连线与电场线的夹角为θ.图1­4­4上一页返回首页下一页探讨1：电荷量为q的正电荷在A点的电势能Ep为多少？电势能与电荷量的比值是多少？【提示】Ep＝Eqlcosθ.Epq＝Elcosθ.探讨2：电荷量为2q的正电荷在A点的电势能Ep′为多少？电势能与电荷量的比值是多少？【提示】E′p＝2Eqlcosθ.E′p2q＝Elcosθ.上一页返回首页下一页[核心点击]1．对电势的三点理解(1)电势的相对性．电势是相对的，只有先确定了零电势点的位置，才能确定其他点的电势，电场中某点的电势跟零电势位置的选取有关，在理论研究中，对不是无限大的带电体产生的电场，选择无限远处的电势为零；实际问题中，常选取无限远处或大地的电势为零．上一页返回首页下一页(2)电势的固有性．电势φ是表示电场能的性质的一个物理量，电场中某点处φ的大小是由电场本身决定的，与在该点处是否放入试探电荷及电荷的电性和电荷量均无关，这和许多用比值定义的物理量相同，如前面学过的电场强度E＝F/q.(3)电势是标量．在规定了电势零点后，电场中各点的电势可以是正值，也可以是负值．正值表示该点电势高于零电势，负值表示该点电势低于零电势．显然，电势的正、负只表示大小，不表示方向，当规定无限远处为零电势后，正电荷产生的电场中各点的电势为正值，负电荷产生的电场中各点的电势为负值，且越靠近正电荷的地方电势越高，越靠近负电荷的地方电势越低．上一页返回首页下一页2．电势能与电势的区别与联系电势φ电势能Ep物理意义反映电场的能的性质的物理量反映电荷在电场中某点所具有的能量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，跟点电荷q无关电势能的大小是由点电荷q和该点电势φ共同决定的上一页返回首页下一页大小电势沿电场线逐渐降低，规定零电势点后，某点的电势高于零，则为正值；某点的电势低于零，则为负值正点电荷(＋q)：电势能的正负跟电势的正负相同；负点电荷(－q)：电势能的正负跟电势的正负相反单位伏特V焦耳J联系φ＝Epq或Ep＝qφ，二者均是标量上一页返回首页下一页3．(2016·济宁高二检测)关于静电场，下列说法正确的是()【导学号：08160027】A．电势等于零的物体一定不带电B．电场强度为零的点，电势一定为零C．同一电场线上的各点，电势一定相等D．负电荷沿电场线方向移动时，电势能一定增加上一页返回首页下一页【解析】电场中某一位置的电势是否为零与零电势点位置的选取有关，不论物体是否带电，也不管物体带电多少，放在零电势位置的所有物体，其电势一定为零，选项A错误；电场强度为零的点电势不一定为零，放在电场中的静电平衡导体内部场强处处为零，但静电平衡导体的电势不一定为零，选项B错误；沿着电场线移动电荷时，电场力做了功，电荷的电势能发生改变，因此，移动过程中各位置的电势也不断变化，同一电场线上的各点，电势一定不同，选项C错误；负电荷沿电场线移动时，电场力做负功，电荷的电势能增加，选项D正确．【答案】D上一页返回首页下一页4．(多选)(2016·宁波高二检测)如图1­4­5甲所示，在一条电场线上有A、B两点，若从A点由静止释放一电子，假设电子仅受电场力作用，电子从A点运动到B点的速度——时间图象如图乙所示，则()图1­4­5A．电子在A、B两点受的电场力FAFBB．A、B两点的电场强度EAEBC．A、B两点的电势φAφBD．电子在A、B两点具有的电势能EpAEpB上一页返回首页下一页【解析】根据题意，电子从静止释放后从A运动到B，则电子受到的电场力方向从A→B，而电子带负电，电场线方向从B→A，则B点的电势大于A点的电势，即φAφB.故C正确．从速度图象看出，电子从A运动到B过程速度增大，加速度变小，电场力减小，即FAFB，场强变小，则B点的场强小于A点的场强，即EAEB.故A错误，B正确；因电场力做正功，则电势能减小，故D错误．【答案】BC上一页返回首页下一页判断电势高低的三种方法(1)根据电场线判断：沿着电场线的方向电势降低.(2)根据电场力做功和电荷电势能的变化判断．①在两点间移动正电荷：如果电场力做负功，电势能增加，电势升高；如果电场力做正功，电势能减少，电势降低．②在两点间移动负电荷：如果电场力做负功，电势