高中物理選修3-1第1部分 第一章《靜電場》第4節(jié)《電勢能 電勢與電勢差》教科

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歡迎進入物理課堂 第一章 第4節(jié) 理解教材新知 把握熱點考向 應用創(chuàng)新演練 知識點一 知識點二 知識點三 考向一 考向三 隨堂基礎鞏固 課時跟蹤訓練 考向二 1 電勢能是能量的一種形式 由電荷和電場所共有 2 電場力做功與路徑無關 電場力做的功等于電荷電勢能的減少量 3 電場線的方向就是電勢降落最快的方向 4 電場線與等勢面垂直 并且由電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面 自學教材 1 靜電力做功的特點 1 在勻強電場中 靜電力做的功為 W 其中d為沿電場線方向的位移 2 在電場中移動電荷時 靜電力做的功與無關 只與有關 qE d 路徑 始末位置 2 電勢能 1 定義 電荷在電場中具有的勢能 2 靜電力做功與電勢能的關系 靜電力做的功等于電勢能的 表達式為 WAB EpA EpB 電荷在某點的電勢能 等于把它從這點移到位置時靜電力做的功 減少量 零勢能 重點詮釋 1 與重力勢能類似 電勢能在選取零電勢能位置后 才能有確定的值 一般選取無限遠處或大地作為零勢能位置 若將無窮遠處的電勢能定為零 則電荷在電場中某點的電勢能的大小就等于將電荷從該點移到無窮遠處電場力所做的功 2 電場力做功一定伴隨著電勢能的變化 電勢能的變化只有通過電場力做功才能實現 與其他力是否做功 及做功多少無關 3 同一個電荷在同一位置的電勢能與零電勢能位置的規(guī)定有關 因此電勢能是相對的 4 電勢能是能量的一種形式 電荷的電勢能是由電荷和電場共有的 5 電場力做的功只能決定電勢能的變化量 而不能決定電荷在電場中某點的電勢能的大小 1 一負電荷僅受靜電力的作用 從電場中的A點運動到B點 在此過程中該電荷做初速度為零的勻加速直線運動 則A B兩點的電場強度EA EB及該電荷在A B兩點的電勢能EpA EpB之間的關系為 A EA EBB EAEpB 解析 電荷做勻加速直線運動 說明電荷所受靜電力恒定 由F qE可知 A B兩點電場強度相等 故A對 B錯 由于靜電力做正功 所以電勢能減小 即EpA EpB 故C錯 D對 答案 AD 自學教材 電勢能 電荷量 2 電勢差 1 定義 電場中兩點的之差 2 定義式 UAB UBA 3 性質 電勢差是標量 其大小只與電場中兩點的位置有關 與是否存在檢驗電荷無關 電勢 A B 重點詮釋 1 對電勢的理解 1 電勢的相對性 電勢是相對的 與電勢零點的選取有關 只有先確定了電勢零點 才能確定電場中各點的電勢 2 電勢的固有性 電勢 是表示電場能量屬性的一個物理量 由電場本身決定 與是否放電荷 電荷的電性及電荷量均無關 3 電勢是標量 電勢只有大小 沒有方向 但有正負 正值表示該點電勢比零電勢點高 負值表示電勢比零電勢點低 4 點電荷周圍電勢的高低 若規(guī)定無窮遠處為零電勢點時 則正電荷產生的電場中各點的電勢均為正值 且越靠近正電荷的地方電勢越高 負電荷形成的電場則相反 2 電勢與電勢差的關系 2 電場中有A B兩點 其電勢分別為 A和 B 場強分別為EA和EB 若 AEBB EA EBC EA EBD 條件不足 不能確定 解析 在正點電荷的電場中 AEB 在勻強電場中 A B時 EA EB 而題中沒有給出電場的分布情況 故不能確定EA與EB的大小關系 答案 D 1 定義電場中電勢值相等的各點構成的曲面 2 特點 1 在同一等勢面內任意兩點間移動電荷時 靜電力 2 在空間沒有電荷的地方兩等勢面不相交 自學教材 不 做功 3 電場線跟等勢面 并且由電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面 4 在電場線的地方 等差等勢面密集 在電場線的地方 等差等勢面稀疏 5 等勢面是虛擬的 為描述電場的性質而假想的面 垂直 密集 稀疏 重點詮釋 1 等勢面的應用 1 由等勢面可以判斷電場中各點電勢的高低及差別 2 由等勢面可以判斷電荷在電場中移動時靜電力做功的情況 3 由于等勢面和電場線垂直 若已知等勢面的形狀分布 可以繪制電場線 從而確定電場大體分布 4 由等差等勢面的疏密 可以定性地確定某點場強的大小 2 幾種常見電場的等勢面 1 點電荷電場的等勢面 如圖1 4 1中虛線所示 圖1 4 1 2 等量異種電荷的電場的等勢面 如圖1 4 2甲所示 過兩點電荷連線中點的中垂面是一個等勢面 圖1 4 2 3 等量同種電荷的電場的等勢面 如圖1 4 2乙所示 4 勻強電場的等勢面 是與電場線垂直的 間隔相等且相互平行的一簇平面 如圖1 4 3所示 圖1 4 3 3 關于等勢面的說法 正確的是 A 電荷在等勢面上移動時 由于不受電場力作用 所以說電場力不做功B 在同一個等勢面上各點的場強大小相等C 兩個不等電勢的等勢面可能相交D 若相鄰兩等勢面的電勢差相等 則等勢面的疏密程度能反映場強的大小 答案 D 解析 電荷在等勢面上移動時 靜電力與等勢面垂直 靜電力不做功 A錯誤 在同一等勢面上各點的電勢相等 但場強大小不一定相等 B錯誤 等差等勢面越密的地方 電場越強 D正確 等勢面相交處其電勢相等 故不等電勢的等勢面不可能相交 C錯誤 例1 有一帶負電的點電荷 從電場中的A點移動到B點時 克服電場力做功6 10 4J 從B點移動到C點 電場力做功9 10 4J 求 1 若以A為零勢能點 點電荷在B C兩點的電勢能各為多少 點電荷在A C兩點的電勢能之差為多少 2 若以B為零勢能點 點電荷在A C兩點的電勢能各為多少 在A C兩點的電勢能之差為多少 審題指導 解答本題時應注意以下兩點 1 點電荷的電勢能與零勢能點的選取有關 2 點電荷在電場中兩點間電勢能的差值與零勢能的選取無關 解析 1 以A為零勢能點時 由題意可知 把點電荷從B點移動到A點 電場力做功W1 6 10 4J 所以點電荷在B點的電勢能為EpB W1 6 10 4J 把點電荷從C點移動到A點 電場力做功等于把點電荷從C點移動到B點 再從B點移動到A點電場力做功的代數和 即W2 9 10 4J 6 10 4J 3 10 4J所以點電荷在C點的電勢能為 EpC W2 3 10 4J A C兩點的電勢能之差EpA EpC 0 3 10 4J 3 10 4J 2 以B為零勢能點時 把點電荷從A點移動到B點 電場力做功W1 6 10 4J 點電荷在A點的電勢能為EpA W1 6 10 4J 從C點移動到B點 電場力做功W2 9 10 4J 點電荷在C點的電勢能為EpC W2 9 10 4J A C兩點的電勢能之差EpA EpC 6 10 4J 9 10 4J 3 10 4J 答案 見解析 1 求解電荷的電勢能時 往往是從電場力做功入手加以解決 2 判定電勢能增減的方法 做功判定法 無論是哪種電荷 只要電場力做正功 電荷的電勢能一定減少 只要電場力做負功 電荷的電勢能一定增加 電場線法 正電荷順著電場線方向移動 電勢能一定減小 逆著電場線方向移動 電勢能一定增加 負電荷順著電場線方向移動 電勢能一定增加 逆著電場線方向移動 電勢能一定減小 電性判定法 同種電荷靠近時電勢能增大 遠離時電勢能減小 異種電荷靠近時電勢能減小 遠離時電勢能增大 1 如圖1 4 4所示 在點電荷電場中的一條電場線上依次有A B C三點 分別把 q和 q的試探電荷依次放在三點上 關于它們所具有的電勢能E的正確說法是 A 放上 q時 它們的電勢能EA EB ECB 放上 q時 它們的電勢能EAEB ECD 放上 q時 它們的電勢能EA EB EC 圖1 4 4 解析 放上 q時 電荷從位置A B C 都是電場力做正功 電勢能應減小 可見EA EB EC 放上 q時 電荷從位置A B C 都是克服電場力做功 電荷的電勢能應增大 即EA EB EC 故正確選項為A D 答案 AD 例2 有一個帶電荷量q 3 10 6C的點電荷 從某電場中的A點移到B點 電荷克服靜電力做6 10 4J的功 從B點移到C點 靜電力對電荷做9 10 4J的功 問 1 AB BC CA間電勢差各為多少 2 如以B點電勢為零 則A C兩點的電勢各為多少 電荷在A C兩點的電勢能各為多少 審題指導 解答本題時應注意以下三點 1 電荷克服電場力做功的含義 2 電勢差與電場力做功的大小關系 3 電勢差與電勢的關系 2 若 B 0 由UAB A B得 A UAB 200V 由UBC B C 得 C B UBC 0 300 V 300V電荷在A點的電勢能EpA q A 3 10 6 200J 6 10 4J電荷在C點的電勢能EpC q C 3 10 6 300J 9 10 4J 答案 1 200V 300V100V 2 200V300V 6 10 4J 9 10 4J 2 如圖1 4 5所示為一勻強電場 場強E 2 102N C 現讓一個電荷量q 4 10 8C的負電荷沿電場方向從M點移到N點 MN間的距離x 30cm 試求 1 電荷從M點移到N點電勢能的變化 2 M N兩點間的電勢差 圖1 4 5 答案 1 增加了2 4 10 6J 2 60V 例3 2011 江蘇高考 一粒子從A點射入電場 從B點射出 電場的等勢面和粒子的運動軌跡如圖1 4 6所示 圖中左側前三個等勢面彼此平行 不計粒子的重力 下列說法正確的有 A 粒子帶負電荷B 粒子的加速度先不變 后變小C 粒子的速度不斷增大D 粒子的電勢能先減小 后增大 圖1 4 6 解析 根據電場線與等勢面垂直并指向電勢低的等勢面 可大致畫出電場線的形狀 粒子在電場力的作用下軌跡向下彎曲 根據曲線運動的特點 可以說明電場力指向軌跡內側 與場強方向相反 所以粒子帶負電 A正確 等勢面先是平行等距 后變得稀疏 則電場強度先是勻強電場 后場強變小 即電場力先不變 后變小 B正確 根據電場力做功W qU 電場力做負功 所以粒子速度減小 C錯誤 電場力始終做負功 由功能關系可知 粒子的電勢能始終增加 所以D錯誤 答案 AB 1 根據帶電粒子的運動軌跡分析有關問題時 隱含條件往往是電荷所受電場力方向確定 這是根據 帶電粒子的運動軌跡一定夾在速度方向和合外力 這里是電場力 方向之間 得出的 分析問題時要注意挖掘隱含條件 2 等勢面的疏密對應電場的弱強 并且等勢面上各處均與該點的電場線垂直 3 如圖1 4 7所示 圖中實線表示一勻強電場的電場線 一帶負電荷的粒子射入電場 虛線是它的運動軌跡 a b是軌跡上的兩點 若粒子所受重力不計 則下列判斷中正確的是 A 電場線方向向下B 粒子一定從a點運動到b點C a點電勢比b點電勢高D 粒子在a點的電勢能大于在b點的電勢能 圖1 4 7 解析 無論粒子從a點或者從b點射入電場 由于運動軌跡向下彎曲 說明粒子受電場力方向向下 可判明電場線的方向向上而不是向下 A錯誤 粒子既可以從a點運動到b點 也可以從b點運動到a點 B錯誤 由于順著電場線方向電勢降低 故有 a b C錯誤 負電荷逆著電場線方向運動時電勢能減小 順著電場線方向運動時電勢能增加 因而粒子在a點的電勢能大于在b點的電勢能 D正確 答案 D 點擊下圖片進入 隨堂基礎鞏固 點擊下圖片進入 課時跟蹤訓練 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全