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(jìn)入物理課堂 第一章 第4節(jié) 理解教材新知 把握熱點(diǎn)考向 應(yīng)用創(chuàng)新演練 知識點(diǎn)一 知識點(diǎn)二 知識點(diǎn)三 考向一 考向三 隨堂基礎(chǔ)鞏固 課時跟蹤訓(xùn)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(guān) 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(xué)教材 1 靜電力做功的特點(diǎn) 1 在勻強(qiáng)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(guān) 只與有關(guān) 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(guān)系 靜電力做的功等于電勢能的 表達(dá)式為 WAB EpA EpB 電荷在某點(diǎn)的電勢能 等于把它從這點(diǎn)移到位置時靜電力做的功 減少量 零勢能 重點(diǎn)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(yuǎn)處或大地作為零勢能位置 若將無窮遠(yuǎn)處的電勢能定為零 則電荷在電場中某點(diǎn)的電勢能的大小就等于將電荷從該點(diǎn)移到無窮遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn) 與其他力是否做功 及做功多少無關(guān) 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(guān) 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(diǎn)的電勢能的大小 1 一負(fù)電荷僅受靜電力的作用 從電場中的A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn) 在此過程中該電荷做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動 則A B兩點(diǎn)的電場強(qiáng)度EA EB及該電荷在A B兩點(diǎn)的電勢能EpA EpB之間的關(guān)系為 A EA EBB EAEpB 解析 電荷做勻加速直線運(yùn)動 說明電荷所受靜電力恒定 由F qE可知 A B兩點(diǎn)電場強(qiáng)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(xué)教材 電勢能 電荷量 2 電勢差 1 定義 電場中兩點(diǎn)的之差 2 定義式 UAB UBA 3 性質(zhì) 電勢差是標(biāo)量 其大小只與電場中兩點(diǎn)的位置有關(guān) 與是否存在檢驗(yàn)電荷無關(guān) 電勢 A B 重點(diǎn)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(diǎn)的選取有關(guān) 只有先確定了電勢零點(diǎn) 才能確定電場中各點(diǎn)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(guān) 3 電勢是標(biāo)量 電勢只有大小 沒有方向 但有正負(fù) 正值表示該點(diǎn)電勢比零電勢點(diǎn)高 負(fù)值表示電勢比零電勢點(diǎn)低 4 點(diǎn)電荷周圍電勢的高低 若規(guī)定無窮遠(yuǎn)處為零電勢點(diǎn)時 則正電荷產(chǎn)生的電場中各點(diǎn)的電勢均為正值 且越靠近正電荷的地方電勢越高 負(fù)電荷形成的電場則相反 2 電勢與電勢差的關(guān)系 2 電場中有A B兩點(diǎn) 其電勢分別為 A和 B 場強(qiáng)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(diǎn)電荷的電場中 AEB 在勻強(qiáng)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(guān)系 答案 D 1 定義電場中電勢值相等的各點(diǎn)構(gòu)成的曲面 2 特點(diǎn) 1 在同一等勢面內(nèi)任意兩點(diǎn)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(xué)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(zhì)而假想的面 垂直 密集 稀疏 重點(diǎn)詮釋 1 等勢面的應(yīng)用 1 由等勢面可以判斷電場中各點(diǎn)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(diǎn)場強(qiáng)的大小 2 幾種常見電場的等勢面 1 點(diǎn)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(diǎn)電荷連線中點(diǎn)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(qiáng)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(guān)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(diǎn)的場強(qiáng)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(qiáng)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(diǎn)的電勢相等 但場強(qiáng)大小不一定相等 B錯誤 等差等勢面越密的地方 電場越強(qiáng) 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(fù)電的點(diǎn)電荷 從電場中的A點(diǎn)移動到B點(diǎn)時 克服電場力做功6 10 4J 從B點(diǎn)移動到C點(diǎn) 電場力做功9 10 4J 求 1 若以A為零勢能點(diǎn) 點(diǎn)電荷在B C兩點(diǎn)的電勢能各為多少 點(diǎn)電荷在A C兩點(diǎn)的電勢能之差為多少 2 若以B為零勢能點(diǎn) 點(diǎn)電荷在A C兩點(diǎn)的電勢能各為多少 在A C兩點(diǎn)的電勢能之差為多少 審題指導(dǎo) 解答本題時應(yīng)注意以下兩點(diǎn) 1 點(diǎn)電荷的電勢能與零勢能點(diǎn)的選取有關(guān) 2 點(diǎn)電荷在電場中兩點(diǎn)間電勢能的差值與零勢能的選取無關(guān) 解析 1 以A為零勢能點(diǎn)時 由題意可知 把點(diǎn)電荷從B點(diǎn)移動到A點(diǎn) 電場力做功W1 6 10 4J 所以點(diǎn)電荷在B點(diǎn)的電勢能為EpB W1 6 10 4J 把點(diǎn)電荷從C點(diǎn)移動到A點(diǎn) 電場力做功等于把點(diǎn)電荷從C點(diǎn)移動到B點(diǎn) 再從B點(diǎn)移動到A點(diǎn)電場力做功的代數(shù)和 即W2 9 10 4J 6 10 4J 3 10 4J所以點(diǎn)電荷在C點(diǎn)的電勢能為 EpC W2 3 10 4J A C兩點(diǎn)的電勢能之差EpA EpC 0 3 10 4J 3 10 4J 2 以B為零勢能點(diǎn)時 把點(diǎn)電荷從A點(diǎn)移動到B點(diǎn) 電場力做功W1 6 10 4J 點(diǎn)電荷在A點(diǎn)的電勢能為EpA W1 6 10 4J 從C點(diǎn)移動到B點(diǎn) 電場力做功W2 9 10 4J 點(diǎn)電荷在C點(diǎn)的電勢能為EpC W2 9 10 4J A C兩點(diǎn)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(fù)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(fù)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(yuǎn)離時電勢能減小 異種電荷靠近時電勢能減小 遠(yuǎn)離時電勢能增大 1 如圖1 4 4所示 在點(diǎn)電荷電場中的一條電場線上依次有A B C三點(diǎn) 分別把 q和 q的試探電荷依次放在三點(diǎn)上 關(guān)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(yīng)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(yīng)增大 即EA EB EC 故正確選項(xiàng)為A D 答案 AD 例2 有一個帶電荷量q 3 10 6C的點(diǎn)電荷 從某電場中的A點(diǎn)移到B點(diǎn) 電荷克服靜電力做6 10 4J的功 從B點(diǎn)移到C點(diǎn) 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(diǎn)電勢為零 則A C兩點(diǎn)的電勢各為多少 電荷在A C兩點(diǎn)的電勢能各為多少 審題指導(dǎo) 解答本題時應(yīng)注意以下三點(diǎn) 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(guān)系 3 電勢差與電勢的關(guān)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(diǎn)的電勢能EpA q A 3 10 6 200J 6 10 4J電荷在C點(diǎn)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(qiáng)電場 場強(qiáng)E 2 102N C 現(xiàn)讓一個電荷量q 4 10 8C的負(fù)電荷沿電場方向從M點(diǎn)移到N點(diǎn) MN間的距離x 30cm 試求 1 電荷從M點(diǎn)移到N點(diǎn)電勢能的變化 2 M N兩點(diǎn)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(diǎn)射入電場 從B點(diǎn)射出 電場的等勢面和粒子的運(yùn)動軌跡如圖1 4 6所示 圖中左側(cè)前三個等勢面彼此平行 不計(jì)粒子的重力 下列說法正確的有 A 粒子帶負(fù)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(jù)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(jù)曲線運(yùn)動的特點(diǎn) 可以說明電場力指向軌跡內(nèi)側(cè) 與場強(qiáng)方向相反 所以粒子帶負(fù)電 A正確 等勢面先是平行等距 后變得稀疏 則電場強(qiáng)度先是勻強(qiáng)電場 后場強(qiáng)變小 即電場力先不變 后變小 B正確 根據(jù)電場力做功W qU 電場力做負(fù)功 所以粒子速度減小 C錯誤 電場力始終做負(fù)功 由功能關(guān)系可知 粒子的電勢能始終增加 所以D錯誤 答案 AB 1 根據(jù)帶電粒子的運(yùn)動軌跡分析有關(guān)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(jù) 帶電粒子的運(yùn)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(yīng)電場的弱強(qiáng) 并且等勢面上各處均與該點(diǎn)的電場線垂直 3 如圖1 4 7所示 圖中實(shí)線表示一勻強(qiáng)電場的電場線 一帶負(fù)電荷的粒子射入電場 虛線是它的運(yùn)動軌跡 a b是軌跡上的兩點(diǎn) 若粒子所受重力不計(jì) 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(diǎn)運(yùn)動到b點(diǎn)C a點(diǎn)電勢比b點(diǎn)電勢高D 粒子在a點(diǎn)的電勢能大于在b點(diǎn)的電勢能 圖1 4 7 解析 無論粒子從a點(diǎn)或者從b點(diǎn)射入電場 由于運(yùn)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(diǎn)運(yùn)動到b點(diǎn) 也可以從b點(diǎn)運(yùn)動到a點(diǎn) B錯誤 由于順著電場線方向電勢降低 故有 a b C錯誤 負(fù)電荷逆著電場線方向運(yùn)動時電勢能減小 順著電場線方向運(yùn)動時電勢能增加 因而粒子在a點(diǎn)的電勢能大于在b點(diǎn)的電勢能 D正確 答案 D 點(diǎn)擊下圖片進(jìn)入 隨堂基礎(chǔ)鞏固 點(diǎn)擊下圖片進(jìn)入 課時跟蹤訓(xùn)練 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全