2019-2020学年高中物理 第一章 静电场 第4节 电势能和电势课件 新人教版选修3-1

第4节电势能和电势自主学习课堂探究课堂达标自主学习学习目标1.了解静电力做功的特点。2.知道电势能的概念。3.掌握静电力做功与电势能变化的关系。4.知道电势是描述电场性质的物理量,了解电势概念及单位,知道它的定义式,理解与Ep,q无关。5.理解电场线的方向与电势高、低之间的关系。6.了解等势面的概念。教材提炼一、静电力做功的特点静电力做的功只与电荷的位置和位置有关,与电荷经过的无关。以上结论适用于匀强电场和非匀强电场。二、电势能1.概念:电荷在电场中具有的势能。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,用公式表示WAB=。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位置时静电力做的功。起始终止路径减少量PAE-PBE零势能4.零势能点:通常把电荷在离场源电荷的电势能规定为0,或把电荷在上的电势能规定为0。无限远处大地表面三、电势1.定义:电荷在电场中某一点的与它的电荷量的比值。公式为:=____。2.单位:,符号是V。3.特点(1)相对性:电场中各点电势的高低,与所选取的电势零点的位置有关。(2)标量性:电势是标量,只有大小,没有方向,但有正、负。PEq伏特电势能4.与电场线的关系:沿电场线方向电势逐渐。四、等势面1.定义:电场中的各点构成的面。2.等势面的特点(1)在同一等势面上移动电荷时静电力。(2)电场线跟等势面,并且由电势高的等势面指向电势的等势面。降低电势相同不做功垂直低自我反馈1.思考判断(1)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。()(2)无论正、负电荷,只要静电力做正功,电荷的电势能一定减少。()(3)负电荷顺着电场线的方向移动,电势能减少。()(4)因为沿电场线方向电势降低,所以电势降低的方向就是电场线的方向。()(5)等势面上各点的电场强度也是相同的。()答案:(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×B解析:根据题意,电子群的电场线指向电子群,电场线如图:因此越靠近电子电场越强,所以E1E2,选项C,D错误;根据电场线性质,顺着电场线方向电势降低,所以21,因此选项B正确,A错误。2.(2018·浙江嘉兴测试)微波技术中常用的磁控管可以用磁场将电子群控制在管内。若电子群处于如图所示位置时,其形成的电场在位置1处的电场强度和电势分别为E1和1,在位置2处的电场强度和电势分别为E2和2,则()A.E1E212B.E1E212C.E1E212D.E1E2123.(2018·浙江4月学考)一带电粒子仅在静电力作用下从A点开始以-v0做直线运动,其v-t图象如图所示。粒子在t0时刻运动到B点。3t0时刻运动到C点,下列判断正确的是()CA.A,B,C三点的电势关系为BACB.A,B,C三点的场强大小关系为ECEBEAC.粒子从A点经B点运动到C点,电势能先增加后减少D.粒子从A点经B点运动到C点,静电力先做正功后做负功解析:带电粒子的带电性不确定,无法判断电势的高低,A错误;由图可知,带电粒子由A到B点过程中加速度越来越大,故电场强度EAEB,由B到C过程中,加速度越来越小,则电场强度ECEB,B错误;从A到B再到C,速率先减小后增大,故静电力先做负功,后做正功,电势能先增加后减少,C正确,D错误。4.(2018·浙江教育绿色评价联盟适应性考试)如图所示,是某验电器的结构图。下列相关说法正确的是()A.金属箔张开过程,电势能一定减少B.金属箔张开过程,静电力一定做负功C.两金属箔张开,说明金属盘带正电D.两片金属箔张开时,可能带异种电荷A解析:验电器利用同种电荷互相排斥的原理,当用带电体接触验电器的金属盘时,就有一部分电荷转移到验电器的金属箔片上,金属箔带上了同种电荷,这两片金属箔由于带同种电荷互相排斥而张开,在张开的过程中静电力做正功,电势能减少,而验电器只能判断物体是否带电,不能说明是哪种电荷,故也不能说明金属盘带哪种电荷,故A正确,B,C,D错误。5.将一正电荷从无穷远处移入电场中M点,电势能增加了8.0×10-9J,若将该电荷从无穷远处移入电场中N点,电势能增加了9.0×10-9J,则下列判断正确的是()解析:设该正电荷的电荷量为q,则其在M,N点的电势能分别为EpM=8.0×10-9J,EpN=9.0×10-9J。所以M,N点的电势分别为M=PMEq=98.010qV,N=PNEq=99.010qV,所以NM0。选项B正确BA.MN0B.NM0C.NM0D.MN0课堂探究要点突破要点一静电力做功与电势能的变化【例1】将带电荷量为6×10-6C的负电荷从电场中的A点移到B点,克服静电力做了3×10-5J的功,再从B移到C,静电力做了1.2×10-5J的功,则:(1)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?解析:(1)WAC=WAB+WBC=(-3×10-5+1.2×10-5)J=-1.8×10-5J可见电势能增加了1.8×10-5J。答案:见解析(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?(3)如果规定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:(2)如果规定A点的电势能为零,由公式得该电荷在B点的电势能为EpB=EpA-WAB=0-WAB=3×10-5J,(3)如果规定B点的电势能为零,则该电荷在A点的电势能为EpA'=EpB'+WAB=0+WAB=-3×10-5J;C点的电势能为EpC'=EpB'-WBC=0-WBC=-1.2×10-5J。答案:见解析规律方法电势能增减的判断方法(1)做功判断法:无论正、负电荷,只要静电力做正功,电荷的电势能一定减小;反之亦然。(2)电场线判断法:正电荷顺着电场线的方向移动时,电势能逐渐减小;逆着电场线的方向移动时,电势能逐渐增大。负电荷与之相反。针对训练1:(2018·浙江宁波诺丁汉大学附属中学期末)一带电小球从空中的a点运动到b点的过程中,重力做功为3J,静电力做功为1J,克服空气阻力做功0.5J,则下列判断错误的是()A.a点动能比b点小3.5JB.a点重力势能比b点大3JC.a点电势能比b点小1JD.a点机械能比b点小0.5JC解析:合力做功等于动能的增加量,合力做功等于各个分力做的功,总功为3.5J,故动能增加3.5J,所以a点动能比b点小3.5J,故A正确。重力做功等于重力势能的变化量,重力做功3J,重力势能减小3J,所以a点重力势能比b点大3J,故B正确。静电力做功等于电势能的变化量,静电力做功1J,电势能减小1J,所以a点电势能比b点大1J,故C错误。除重力外的各个力做的总功等于机械能的增加量,除重力外,静电力做功为1J,克服空气阻力做功0.5J,故机械能增加0.5J,所以a点机械能比b点小0.5J,故D正确。要点二【例2】在点电荷Q形成的电场中有一点A,当一个q=+3×10-6C的检验电荷从电场的无限远处移动到电场中的A点时,静电力做的功为3.6×10-5J。已知无限远处的电势为0.则检验电荷在A点的电势能EpA及电场中A点的电势A分别为()电势的理解及高低判断AA.EpA=-3.6×10-5J,A=-12VB.EpA=3.6×10-5J,A=12VC.EpA=3.6×10-5J,A=-12VD.EpA=-3.6×10-5J,A=12V解析:依题意,+q的检验电荷从电场的无限远处移动到电场中的A点时,静电力做的功为3.6×10-5J,检验电荷从A点到无限远处静电力做功为-3.6×10-5J,则电荷在A点的电势能为EpA=-3.6×10-5J。由=PEq得A点的电势A=PAEq=563.610J310C=-12V,故选项A正确,B,C,D错误。规律方法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)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。针对训练2:(2018·浙江名校新高考研究联盟第一次联考)如图甲所示,A,B是电场中的一条电场线上的两点,一电子仅在静电力的作用下以某一初速度由A运动到B,以AB方向为正方向,其位移-时间图象如图乙所示,下列判断正确的是()A.该电场是正点电荷产生的电场B.电子的电势能不断增加C.A点的电场强度小于B点的电场强度D.A点电势低于B点电势B解析:根据题意,从A到B电子做速度越来越小的直线运动,即减速运动。根据动能定理WAB0,电势能增加,且UAB0,电场线方向向右,选项A,D错误,B正确。但无法断定匀强电场或点电荷产生的电场,所以选项C错误。要点三【例3】如图所示,虚线表示真空中一点电荷Q的电场中的两个等势面,实线表示一个带负电q的粒子(不计重力)运动的轨迹,下列说法正确的是()等势面与电场线CA.Q带正电B.A,B,C三点电势大小ABCC.粒子从A到B静电力做负功,电势能增加,动能减小D.粒子从B到C动能增加,电势能增加解析:根据物体做曲线运动的条件及图中轨迹可判定q受到Q的排斥力,q,Q是同种电荷,即Q带负电,选项A错误;负点电荷电场的电场线由无穷远指向Q,因此A=CB,选项B错误;因粒子从A到B,静电力做负功,电势能增加,由动能定理可知EkBEkA,故选项C正确;粒子从B到C静电力做正功,动能增加,但电势能减小,选项D错误。规律方法等势面和电场线的应用(1)已知等势面的情况时,可作等势面的垂线来确定电场线,并由“电势降低”的方向确定电场线方向。(2)已知电场线时,可作电场线的垂线来确定等势面,并由“沿电场线方向电势降低”确定等势面的电势高低。针对训练3:一个带电粒子在匀强电场中运动的轨迹如图中曲线AB所示,平行的虚线a,b,c,d表示该电场中的四个等势面。不计粒子重力,下列说法中正确的是()A.该粒子一定带正电B.四个等势面中a等势面的电势一定最低C.该粒子由A到B过程中动能一定逐渐减小D.该粒子由A到B过程中电势能一定逐渐减小D解析:根据电场线垂直于等势面,可画出电场线。再由粒子的运动轨迹可知,粒子受向上的静电力,由于粒子带电正负不确定,所以无法判断电场线的方向,无法判断电势高低,选项A,B错误;由A到B的运动过程中,静电力做正功,所以粒子的动能增大,电势能减小,选项C错误,D正确。教材探究教材P18“思考与讨论”中关于电势能和电势的讨论及插图中,我们一直把试探电荷q当做正电荷处理,请把q当做负电荷,重复以上讨论,其结果与教材P18中的结果是否一致?答案:结果一致。在教材P17图1.4-4所示中,q为正电荷时,正电荷在A点的电势能为正值,正电荷的电势能Ep与它的电荷量q的比值为正;q为负电荷时,负电荷在A点的电势能为负值,负电荷的电势能Ep与它的电荷量q的比值仍为正,并且比值都是相同的常量,所以不管正电荷还是负电荷,电荷在A点的电势能Ep与它的电荷量q的比值都是不变的,即A点的电势与所移动电荷的正负无关。课堂达标1.如图所示,将一带正电的点电荷沿电场线方向从A点移动到B点,下列说法正确的是()A.静电力做正功,电势能增加B.静电力做负功,电势能增加C.静电力做正功,电势能减少D.静电力做负功,电势能减少C解析:正电荷所受静电力方向与电场线方向相同,当带正电的点电荷沿电场方向从A点移动到B点时,静电力做正功,电势能减少,选项C正确。A2.如图所示,Q是带正电的点电荷,P1和P2为其电场中的两点。若E1,E2分别为P1,P2两点的电场强度的大小,1,2分别为P1,P2两点的电势,则()A.E1E2,12B.E1E2,12C.E1E2,12D.E1E2,12解析:由公式E=k2Qr,结合r1r2可得电场强度E1E2,电场线方向由P1指向P2,顺着电场线的方向电势降低,则电势12,A正确。3.一个电荷只在静电力作用下从电场中的A点移到B点时,静电力做了5×10-6J的功,那么()A.电荷在B处时将具有5