物理選修3-1第1章《靜電場》(電場能的性質(zhì)).ppt

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1、一、電勢差(類比于高度差),1、定義1:電荷在電場中從一點(diǎn)A移到另一點(diǎn)B時(shí), 所做的功與 的電量的比值叫做這兩點(diǎn)間的電勢差。,電場力,移送電荷,2、定義式1:,單位:伏特,1V=1J/C,矢標(biāo)性:__________,但有正負(fù),正負(fù)表 _________,是標(biāo)量,AB兩點(diǎn)電勢高低,電場的能的性質(zhì),3.定義2:,4.表達(dá)式2:,電場中兩點(diǎn)電勢的差值,也叫電壓。,,5.電場力做功與電勢差的關(guān)系,提醒: 應(yīng)用此式計(jì)算電場力做功或電勢差的時(shí)候,UAB、WAB、q三個(gè)量都要代入正負(fù)號(hào)運(yùn)算且要寫下標(biāo)!,電勢差數(shù)值上等于單位正電荷在兩點(diǎn)間移動(dòng)時(shí)電場力所做的功。,是由電場本身因素決定的,與被移動(dòng)的電

2、荷無關(guān),與零電勢點(diǎn)的選取無關(guān)。,二、電勢(類比于高度),1、定義:,4、電勢的數(shù)值是相對(duì)的,與 有關(guān)。,5、電勢是標(biāo)量,沒有方向但有正負(fù)之分。相對(duì)零電勢而言,高于零電勢為正;低于零電勢為負(fù)。,3、電場中某點(diǎn)的電勢是指這點(diǎn)與所選_________的電勢差。,2、定義式:,單位:伏特,零勢點(diǎn),電荷在電場中某一點(diǎn)的電勢能與它的電荷量的比值,叫這一點(diǎn)的電勢。,6、電勢由 決定,反映了電場具有 的性質(zhì),電勢與電場中放置的電荷無關(guān)。,7、電場線指向電勢降低的方向,沿電場線方向電勢降落最快。,零電勢點(diǎn)的選取,電場本身,能,三、電勢能(類比于重力勢能),1,定義:電荷在電場中具有的與電荷位置

3、有關(guān)的能,叫電勢能。,2、定義式:,3、電荷在電場中的某點(diǎn)具有的電勢能在數(shù)值上等于把該電荷從這點(diǎn)移到電勢能為零(電勢為零處)的點(diǎn)電場力所做的功。,4、單位:,矢標(biāo)性:,標(biāo)量,5、電勢能是相對(duì)的,與零電勢能面有關(guān),6、電場力做功與電勢能變化的關(guān)系:,(1)電場力對(duì)電荷做正功,電荷的電勢能減小,(2)電場力對(duì)電荷做負(fù)功,電荷的電勢能增大,J,計(jì)算時(shí)要代入正負(fù)號(hào)。,(1)正電荷在高電勢處具有較大的電勢能。,(2) 負(fù)電荷在低電勢處具有較大的電勢能。,(3) 正電荷從高電勢到低電勢移動(dòng),電場力做正功,電勢能減小。,(4)負(fù)電荷從高電勢到低電勢移動(dòng),電場力做負(fù)功,電勢能增加。,9、電場 E與電勢的關(guān)系,

4、,,,8、要熟記的推論;,7、,小結(jié):其實(shí)就是由公式推出(要代入正負(fù)號(hào)),7、電場力做功的特點(diǎn),電場力做功與路徑無關(guān),只與初末位置有關(guān)即電場力沿閉合路徑的功為零。,公式小結(jié),四、 勻強(qiáng)電場中場強(qiáng)和電勢差的關(guān)系,U=Ed,或,1.條件:(1)勻強(qiáng)電場 (2) d 為沿場強(qiáng)方向上的距離.,2.勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大小在數(shù)值上等于沿場強(qiáng)方向每單位距離上的電勢差,五、等勢面,1.定義:,2.特點(diǎn):,電場中電勢相同的各點(diǎn)構(gòu)成等勢面,(1)任意兩個(gè)不同的等勢面不能相交,(2)在同一個(gè)等勢面上移動(dòng)電荷電場力始終不做功,(3)電場線(或場強(qiáng))與等勢面垂直且由高到低,(4)等差等勢面越密處場強(qiáng)越大,(5)處于靜電平

5、衡狀態(tài)下的導(dǎo)體為等勢體,表面為 等勢面,3.幾種常見電場的等差等勢面,點(diǎn)電荷的等勢面,兩個(gè)等量異種電荷的等勢面,兩個(gè)等量同種電荷的等勢面,例1:把一個(gè)電量q=510-9C的正點(diǎn)電荷從距電場無窮遠(yuǎn)處移到電場中的M點(diǎn),電荷克服電場力做功WOM=610-3J.如果把該點(diǎn)電荷從距電場無窮處移到電場中N點(diǎn),電荷克服電場力做功WON=3.610-3J,取無窮遠(yuǎn)處為零電勢點(diǎn).求: (1)M、N點(diǎn)的電勢是多少? (1)M、N點(diǎn)間的電勢差是多少?把該點(diǎn)電荷由M移到N點(diǎn),電場力做功是多少?,(1)M=1.2106V, N=7.2105V.,(2) UMN=4.8105V, WMN=2.410-3J,一、電勢差、電

6、勢的計(jì)算與電勢高低的判斷方法,畫個(gè)圖,可以讓情景更清晰 M N 無窮,方法較多,公式為主,例2:圖中A、B、C、D是勻強(qiáng)電場中一正方形的四個(gè)頂點(diǎn)已知A、B、C三點(diǎn)的電勢分別為 UA15V,UB3V,UC - 3V由此可得D點(diǎn)電勢UD_____V,9,找等勢面確定電勢是一種重要的方法, 勻強(qiáng)電場等勢面相互平行很重要,1、(05年上海)在場強(qiáng)大小為E的勻強(qiáng)電場中,一質(zhì)量為m、帶電量為q的物體以某一初速沿電場反方向做勻減速直線運(yùn)動(dòng),其加速度大小為0.8qE/m,物體運(yùn)動(dòng)S距離時(shí)速度變?yōu)榱銊t( ) (A)物體克服電場力做功qES (B)物體的電勢能減少了0.8qES (C)物體的電勢能增

7、加了qES (D)物體的動(dòng)能減少了0.8qES,A C D,二、電場力做功的特點(diǎn)及計(jì)算方法,小結(jié):此題考查功能關(guān)系,2、如圖所示,在勻強(qiáng)電場E中,一個(gè)負(fù)電荷在外力作用下由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn),則( ) A.外力與電場力對(duì)電荷做功之和等于電荷電勢能的增量與動(dòng)能增量之和 B.外力對(duì)電荷所做的功等于電荷電勢能的增量與動(dòng)能增量之和 C.外力和電場力對(duì)電荷做功之和等于電荷動(dòng)能的增量 D.電荷克服電場力所做的功等于電荷動(dòng)能的增量 E.電荷克服電場力所做的功等于電荷電勢能的增量,B C E,小結(jié):此題考查功能關(guān)系,3、如圖所示,在O點(diǎn)處放置一個(gè)正電荷。在過O點(diǎn)的豎直平面內(nèi)的A點(diǎn),自由釋放一個(gè)帶正電的小球,小球

8、的質(zhì)量為m、電荷量為q。小球落下的軌跡如圖中虛線所示,它與以O(shè)為圓心、R為半徑的圓 (圖中實(shí)線表示)相交于B、C兩點(diǎn),O、C在同一水平線上,BOC = 30,A距離OC的豎直高度為h。若小球通過B點(diǎn)的速度為v,則下列說法正確的是( ) A小球通過C點(diǎn)的速度大小是 B小球在B、C兩點(diǎn)的電勢能不等 C小球由A點(diǎn)到C點(diǎn)的過程中電勢能 一直都在減少 D小球由A點(diǎn)到C點(diǎn)機(jī)械能的損失是,,,D,小結(jié):此題考查功能關(guān)系,4、空間某區(qū)域內(nèi)存在著電場,電場線在豎直平面上的分布如圖所示,一個(gè)質(zhì)量為m、電量為q的小球在該電場中運(yùn)動(dòng),小球經(jīng)過A點(diǎn)時(shí)的速度大小為v1,方向水平向右,運(yùn)動(dòng)至B點(diǎn)時(shí)的速度大小為v2。,運(yùn)動(dòng)方

9、向與水平方向之間的夾角為,A、B兩點(diǎn)之間的高度差與水平距離均為H,則以下判斷中正確的是 ( ) A.若v2v1,則電場力一定做正功 B.A、B兩點(diǎn)間的電勢差 C.小球由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至B點(diǎn),電場力做的功 D.小球運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí),所受重力的瞬時(shí)功率P=mgv2,,,C,注重審題(重力到底計(jì)不計(jì)),5、(04年湖南)如圖,一絕緣細(xì)桿的兩端各固定著一個(gè)小球,兩小球帶有等量異號(hào)的電荷,處于勻強(qiáng)電場中,電場方向如圖中箭頭所示。開始時(shí),細(xì)桿與電場方向垂直,即在圖中所示的位置;接著使細(xì)桿繞其中心轉(zhuǎn)過900,到達(dá)圖中所示的位置;最后,使細(xì)桿移到圖中所示的位置。以W1表示細(xì)桿由位置到位置過程中電場力對(duì)兩小球所做的功,W

10、2表示細(xì)桿由位置到位置過程中電場力對(duì)兩小球所做的功,則有 ( ) A.W10,W20 B.W10,W20 C.W10,W20 D.W10,W20,C,小結(jié):電場力做功的計(jì)算方法,(1)由W電=qEscos來計(jì)算,此公式只適用于勻強(qiáng)電場。,(2)由WAB=qUAB來計(jì)算,此公式只適用于任何形式的靜電場。,(3)由動(dòng)能定理來計(jì)算: W合=W電場力+W其他力=EK。,(4)由電場力做功和電勢能變化的關(guān)系(功能關(guān)系)來計(jì)算: W電=-EP,小結(jié):功能關(guān)系,6、如圖33所示,在粗糙絕緣水平面上固定一點(diǎn)電荷Q,從M點(diǎn)無初速釋放一帶有恒定負(fù)電荷的小物塊,小物塊在Q的電場中運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)靜止。則從M點(diǎn)運(yùn)

11、動(dòng)到N點(diǎn)的過程中,下列說法中錯(cuò)誤的是:( ) A.小物塊所受電場力逐漸減小 B.小物塊具有的電勢能逐漸減小 C.M點(diǎn)的電勢可能高于N點(diǎn)的電勢 D.小物塊電勢能變化量的大小等于克服摩擦力做的功,C,2、M到N的運(yùn)動(dòng)形式(受力 分析的同時(shí)不要忘記標(biāo)上V、a的方向),1、聯(lián)系到相關(guān)知識(shí)點(diǎn)與方法,7、如圖41所示,把一個(gè)帶電小球A固定在光滑的水平絕緣桌面上,在桌面的另一處有另一帶電小球B,現(xiàn)給B一個(gè)垂直于AB方向的速度v0,則下列說法中正確的是 ( ) AB球可能做直線運(yùn)動(dòng) BA球?qū)球的庫侖力可能對(duì)B球不做功 CB球的電勢能可能增加 DB球可能從電勢較高處向電勢較低處運(yùn)動(dòng),BCD,小結(jié):1、情景

12、較多,2、聯(lián)系到圓周、近心、離心, 什么情景就看,1、勻強(qiáng)電場中的三點(diǎn)A、B、C是三角形的三個(gè)頂點(diǎn),AB的長度為1m,D為AB的中點(diǎn),如圖所示。已知電場線平行于ABC所在平面,A、B、C三點(diǎn)的電勢分別為14 V、6 V和2 V。設(shè)場強(qiáng)大小為E,一電量為1106 C的正電荷從D點(diǎn)移到C點(diǎn)電場力所做的功為W,則 ( ) AW8106 J,E6 V/m BW6106 J,E6 V/m CW6106 J,E8 V/m DW8106 J,E8 V/m,D,三、場強(qiáng)與電勢差的關(guān)系,小結(jié):由選項(xiàng)出發(fā)無需具體找出 等勢面,但找等勢面確定電場線很重要,2、如圖所示,方框內(nèi)有一勻強(qiáng)電場,A

13、、B、C為電場中的三個(gè)點(diǎn)。已知A=12v,B=6v,C=-6v. (1)試在方框中作出該勻強(qiáng)電場的電場線(至少三根)。要求保留作圖過程中所用的輔助線跡(可用虛線表示). (2)若將一個(gè)電子從電場中的A點(diǎn)移到B點(diǎn),再從B點(diǎn)移到C點(diǎn),電場力做的功為多少?,-18eV,小結(jié):1、功的單位(J、ev要用到 適當(dāng)?shù)牡胤? 2、會(huì)進(jìn)行單位換算,3、如圖(1),A、B、C、D、E、F為勻強(qiáng)電場中一個(gè)邊長為10cm的正六邊形的六個(gè)頂點(diǎn),A、B、C三點(diǎn)電勢分別為1.0V、2.0V、3.0V,則下列說法正確的是( ) A勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大小為10V/m B勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大小為 V/m C電荷量為1.61019

14、 C的正點(diǎn)電荷從E點(diǎn)移到F點(diǎn),電荷克服電場力做功為1.61019 J D電荷量為1.61019 C的負(fù)點(diǎn)電荷從F點(diǎn)移到D點(diǎn),電荷的電勢能減少4.81019 J,,B,,小結(jié):找等勢面很重要,4、如圖4所示,A、B、C、D為勻強(qiáng)電場中相鄰的兩個(gè)等勢面,一個(gè)電子垂直經(jīng)過等勢面D時(shí)的動(dòng)能為20eV,經(jīng)過等勢面C時(shí)的電勢能為10ev,到達(dá)等勢面B時(shí)的速度恰好為零,已知相鄰等勢面間的距離為5cm,不計(jì)電子的重力,下列說法中正確的是( ) AC等勢面的電勢為10V B勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)為200V/m C電子再次經(jīng)過D等勢面時(shí),動(dòng)能為10eV D電子的運(yùn)動(dòng)是勻變速曲線運(yùn)動(dòng),AB,由定義出發(fā),由能量守恒出發(fā),注

15、意審題區(qū)別電場線與等勢面,變式訓(xùn)練:1、標(biāo)出各個(gè)等勢面的電勢 2、標(biāo)出各個(gè)等勢面的電勢能 3、標(biāo)出各個(gè)等勢面的動(dòng)能,5、如圖所示,a、b、c是一條電場線上的三個(gè)點(diǎn),電場線的方向由a到c, a、b間的距離等于bc間的距離,a、b、c和Ea、Eb、Ec分別表示三點(diǎn)的電勢和電場強(qiáng)度,可以判定( ) A. abc. B. EaEbEc. C. a b=b-c. D. Ea=Eb=Ec,A,小結(jié):什么知識(shí)點(diǎn)用到什么方法,四、其它,1、如圖所示,長為L,傾角為的光滑絕緣斜面處于水平向右的勻強(qiáng)電場中.一電荷量為+q,質(zhì)量為m的小球,以初速度v0由斜面底端的M點(diǎn)沿斜面上滑,到達(dá)斜面頂端N的

16、速度仍為v0則( ) A.小球在N點(diǎn)的電勢能小于在M點(diǎn)的電勢能 B.M、N兩點(diǎn)的電勢差為mgL/q C.電場強(qiáng)度等于mgtan/q D.電場強(qiáng)度等于mgsin/q,AC,由功能關(guān)系判斷,由動(dòng)能定理 判斷,理解題意,找出隱含關(guān)系,變式題:如圖所示,長為L,傾角為=300的光滑絕緣斜面處于電場中,一帶電量為+q,質(zhì)量為m的小球,以初速度v0由斜面底端的A點(diǎn)開始沿斜面上滑,到達(dá)斜面頂端的速度仍為v0,則( ) A.小球在B點(diǎn)的電勢能一定大于小球在A點(diǎn)的電勢能 B.A、B兩點(diǎn)的電勢差一定為mgL/2q C.若電場是勻強(qiáng)電場,則該電場的場強(qiáng)的最大值一定是mg/q D.若該電場是AC邊中垂線上某點(diǎn)的點(diǎn)

17、電荷Q產(chǎn)生的,則Q一定是正電荷,B,理解題意找出隱含條件,圖解法很重要,2、如圖所示,固定在Q點(diǎn)的正點(diǎn)電荷的電場中有M、N兩點(diǎn),已知MQNQ,下列敘述正確的是( ) A.若把一正的點(diǎn)電荷從M點(diǎn)沿直線移到N點(diǎn),則電場力對(duì)該電荷做正功,電勢能減少. B.若把一正的點(diǎn)電荷從M點(diǎn)沿直線移到N點(diǎn),則該電荷克服電場力做功,電勢能增加. C.若把一負(fù)的點(diǎn)電荷從M點(diǎn)沿直線移到N點(diǎn),則電場力對(duì)該電荷做正功,電勢能減少. D.若把一負(fù)的點(diǎn)電荷從M點(diǎn)沿直線移到N點(diǎn),再從N點(diǎn)沿不同路徑移回到M點(diǎn),則該電荷克服電場力做的功等于電場力對(duì)該電荷所做的功,電勢能不變.,AD,3、如圖所示,在勻強(qiáng)電場中有一半徑為R的圓O,場強(qiáng)

18、方向與圓O所在平面平行,場強(qiáng)大小為E。電荷量為q的帶正電微粒以相同的初動(dòng)能能沿著各個(gè)方向從A點(diǎn)進(jìn)入圓形區(qū)域中,只在電場力作用下運(yùn)動(dòng),從圓周上不同點(diǎn)離開圓形區(qū)域,其中從C點(diǎn)離開圓形區(qū)域的帶電微粒的動(dòng)能最大,圖中O是圓心,AB是圓的直徑,AC是與AB成角的弦,則 ( ) A勻強(qiáng)電場的方向沿AC方向 B勻強(qiáng)電場的方向沿OC方向 C從A到C電場力做功為 D從A到C電場力做功為,,,BD,提示:若把此題放在圓周運(yùn)動(dòng)中您會(huì)如何思考?,小結(jié):學(xué)會(huì)模型之間的轉(zhuǎn)換,需要多想、多做,4、04年上海某靜電場沿x方向的電勢分布如圖所示,則( ) A在0 x1之間不存在沿x方向的電場。 B在0 x1之間存

19、在著沿x方向的勻強(qiáng)電場。 C在x1x2之間存在著沿x方向的勻強(qiáng)電場。 D在x1x2之間存在著沿x方向的非勻強(qiáng)電場。,A C,3、如圖所示,電荷量均為+q、質(zhì)量分別為m和2m的小球A和B,中間連接質(zhì)量不計(jì)的細(xì)繩,在豎直方向的勻強(qiáng)電場中以速度v0勻速上升,某時(shí)刻細(xì)繩斷開。求: (1)電場的場強(qiáng)及細(xì)繩斷開后,A、B兩球的加速度; (2)當(dāng)B球速度為零時(shí),A球的速度大??; (3)自繩斷開至B球速度為零的過程中,兩球組成系統(tǒng)的機(jī)械能增量為多少?,,重要提示:關(guān)于書寫牛二公式算aB時(shí),極大多數(shù)同學(xué)左邊帶數(shù)據(jù),右邊不帶數(shù)據(jù),導(dǎo)致后面全錯(cuò)必須引起足夠重視,解:(1)設(shè)電場強(qiáng)度為E,把小球A、B看作一個(gè)系統(tǒng),由于繩未斷前作勻速運(yùn)動(dòng),則,細(xì)繩斷后,根據(jù)牛頓第二定律,得:,方向豎直向上,(負(fù)號(hào)表示方向豎直向下),細(xì)繩斷開前后兩繩組成的系統(tǒng)滿足合外力為零,所以系統(tǒng)總動(dòng)量守恒。設(shè)B球速度為零時(shí),A球的速度為VA 根據(jù)動(dòng)量守恒定律,得:,,(2)對(duì)B:,對(duì)A:,方法一:運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí),方法二:動(dòng)量守恒,由功能關(guān)系知,電場力對(duì)A做的功 等于物體A的機(jī)械能增量:,同理,研究B得:,所以:,(3)設(shè)自繩斷開到球B速度為零的時(shí)間為,在該時(shí)間內(nèi)A的位移為:,

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