高三復習物理課件：電場中能的性質

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歡迎進入物理課堂 2 第2講電場中能的性質 第九章 電場 3 一 電勢差1 定義 電荷在電場中由一點A移動到另一點B時 電場力所做的功WAB與該電荷電荷量q的比值WAB q就叫做AB兩點的電勢差 用UAB表示 2 定義式 3 單位 伏特 1V 1J C 4 4 電勢差是標量 當有正負號時 正負代表電勢的高低 5 電勢差也等于電場中兩點電勢之差UAB A BUBA B A6 電勢差由電場的性質決定 與零電勢點選擇無關 UAB UBA 5 二 電勢1 定義 電勢實際上是和標準位置的電勢差 即電場中某點的電勢 在數(shù)值上等于把1C正電荷從某點移到標準位置 零電勢點 時靜電力所做的功 2 定義式 3 單位 伏特 1V 1J C 6 4 電勢是標量 當有正負號時 電勢的正負表示該點電勢比零電勢點高還是低 5 相對性 電勢是相對的 只有選定零電勢點的位置才能確定電勢的值 通常取無限遠或地球的電勢為零 6 高低判斷 順著電場線方向電勢越來越低 7 三 電勢能1 定義 電荷在電場中某點的電勢能在數(shù)值上等于把電荷從這一點移到電勢能為零處 電勢為零 靜電力所做的功 2 定義式 Ep q 3 單位 焦耳 J 4 是標量 當有正負號時 電勢能的正負表示該點電勢能比零電勢能點高還是低 8 關于電勢與電勢能的說法正確的是 A 電荷在電場中電勢高的地方電勢能大B 在電場中的某點 電量大的電荷具有的電勢能比電量小的電荷具有的電勢能大C 正電荷形成的電場中 正電荷具有的電勢能比負電荷具有的電勢能大D 負電荷形成的電場中 正電荷具有的電勢能比負電荷具有的電勢能小 CD 9 正電荷在電勢高處的電勢能比電勢低處的電勢能大 負電荷則反之 所以A錯 當具有的電勢為正值時 電量大的電荷具有的電勢能大于電量小的電荷具有的電勢能 當電勢為負值 恰好相反 所以B錯 正電荷形成的電場中 電勢為正值 這樣電勢與正電荷的電量來積為正值 而負電荷在正電荷形成的電場中電勢能為負值 因此C正確 負電荷形成的電場中 電勢為負值 因而正電荷具有的電勢能為負值 負電荷具有的電勢能為正值 所以D正確 10 四 等勢面1 定義 電場中電勢相等的點構成的面叫做等勢面 2 等勢面的特點 1 等勢面上各點電勢相等 在等勢面上移動電荷電場力不做功 2 等勢面一定跟電場線垂直 而且電場線總是由電勢較高的等勢面指向電勢較低的等勢面 11 3 規(guī)定 畫等勢面 線 時 相鄰兩等勢面 或線 間的電勢差相等 這樣 在等勢面 線 密處場強大 等勢面 線 疏處場強小 4 任意兩個等勢面不相交 5 幾種常見的等勢面 12 13 如圖9 2 1所示 在等量異種點電荷的電場中 將一個正的試探電荷由a點沿直線移到O點 再沿直線由O點移到c點 在該過程中 試探電荷的電勢能如何改變 圖9 2 1 14 根據(jù)電場線和等勢面的分布可知 試探電荷由a點沿直線移到O點 電場力做正功 再沿直線由O點移到c點的過程中 電荷沿等勢面運動 電場力不做功 電勢能不變化 故全過程試探電荷電勢能先減小后不變 15 五 靜電感應1 靜電感應現(xiàn)象導體內自由電荷在電場力作用下重新分布 導體兩端出現(xiàn)等量正 負電荷的現(xiàn)象叫做靜電感應 這種正 負電荷叫做感應電荷 16 2 靜電平衡狀態(tài)發(fā)生靜電感應時 導體內的自由電荷受到電場力作用而定向移動 使導體中的正 負電荷重新分布 這時感應的正 負電荷產(chǎn)生的附加場強E 的大小等于外場強E0 方向相反 使導體中的合場強為零 導體內的自由電荷不再定向移動的狀態(tài)叫做靜電平衡狀態(tài) 17 3 導體達到靜電平衡的特點 1 導體內部的合場強處處為零 即 E E0 E 0 2 導體是一個等勢體 表面是一個等勢面 3 導體表面任何一點的場強方向都跟表面垂直 即電場線跟表面垂直 18 4 帶電導體的凈電荷只能分布在導體的外表面上 且表面上的電荷分布與表面彎曲半徑有關 尖端部分電荷密度大 該處的場強也大 4 靜電屏蔽導體殼內的區(qū)域不受外部電場影響或接地導體殼內的場強不影響外部的現(xiàn)象叫做靜電屏蔽 19 一金屬球 原來不帶電 現(xiàn)沿球的直徑的延長線放置一均勻帶電的細桿MN 如圖9 2 2所示 金屬球上感應電荷產(chǎn)生的電場在球內直徑上a b c三點的場強大小分別為Ea Eb Ec 三者相比 A Ea最大B Eb最大C Ec最大D Ea Eb Ec 圖9 2 2 C 20 處于靜電平衡的導體 內部場強處處為零 而a b c三點都在球內 感應電荷在球內某點的場強的大小應等于帶電導體MN在這一點形成電場的場強的大小 方向應相反 而c點離帶電體MN較近 MN在c點形成的電場的場強較大 感應電荷在c點的場強也較大 兩者大小相等 方向相反 c點合場強為零 C正確 21 空間存在勻強電場 有一電荷量為q q 0 質量為m的粒子從O點以速率v0射入電場 運動到A點時速率為2v0 現(xiàn)有另一電荷量為 q 質量為m的粒子以速率2v0仍從O點射入該電場 運動到B點時速率為3v0 若忽略重力的影響 則 AD 22 A 在O A B三點中 B點電勢最高B 在O A B三點中 A點電勢最高C OA間的電勢差比BO間的電勢差大D OA間的電勢差比BA間的電勢差小電勢 電勢能與電場力做功 23 正電荷由O到A 動能變大 電場力做正功 電勢能減小 電勢也減小 O點電勢較高 負電荷從O到B速度增大 電場力也做正功 電勢能減小 電勢升高 B點電勢比O點高 所以B點電勢最高 A對 24 故D對 25 從題圖可以看出P點的電場線的密集程度大于Q點的密集程度 故P點的場強大于Q點的場強 因電場線的方向由P指向Q 而沿電場線的方向電勢逐漸降低 P點的電勢高于Q點的電勢 故A項正確 26 如圖9 2 6所示 MN為一固定的豎直放置的光滑絕緣細桿 桿與以正點電荷Q為圓心 r為半徑的圓周交于B C兩點 B C相距h 穿在桿上的質量為m 電量為q的帶正電小球從桿上A點由靜止起下滑 已知A B間的距離亦為h 小球到達C點的速度大小為求 1 小球到達B點時速度的大小 2 A B兩點的電勢差UAB為多少 靜電場和重力場中帶電質點的運動 圖9 2 6 27 1 以小球為研究對象 小球從B到C的過程中 受豎直向下的重力 還受Q對它的電場力 變力 和桿對它的向左的彈力 重力對它做的功 W重2 mgh 彈力對它做的功 W彈2 0 電場力對它做的功 W電2 q B C 注意到B C兩點到Q的距離相等 都等于r B C兩點等電勢 可知W電2 0 28 W總2 W重2 W彈2 W電2 mgh Ek2 mvC2 2 mvB2 2 由動能定理W總2 Ek2 并注意到可得 29 2 我們再來研究小球從A運動到B的過程 對此過程用動能定理有 W重1 W電1 W彈1 Ek1 mgh q A B EkB EkA UAB mgh 2q A點電勢比B點電勢高 mgh 2q 即A點電勢比B點電勢低mgh 2q 30 1 在質點運動中 只有重力和電場力做功 動能 電勢能 重力勢能三者之和不變 應選D 2 由于運動過程中電場力變化 重力不變 支持力總是與導軌垂直 故質點所受的合力變化 質點應做加速度變化的運動 選D 31 3 連接OD 由幾何知識知OD OC l 表明D C兩點為 Q產(chǎn)生電場中等勢面上的兩點 即m從D點運動到C點 電場力不做功 D到C的過程中m的機械能守恒 設D點的速度為v 則有 32 得質點在C點受三個力的作用 電場力方向指向點B 重力mg 方向豎直向下 支持力FN 方向垂直于斜面向上 如下圖所示 由牛頓第二定律 33 如圖9 2 8所示 將不帶電的導體BC放在帶正電的金屬球A附近 當導體BC達到靜電平衡后 則下列說法正確的有 A 用導線連接BC兩端 導線中有瞬間電流通過B 用手摸一下導體B端可使導體帶正電C 導體C端電勢高于B端電勢D B和C端感應電荷在導體內部產(chǎn)生的場強沿BC方向逐漸減小 圖9 2 8 D 34 靜電感應與靜電平衡 靜電平衡后 BC內部場強為零 整個導體是個等勢體 故A C都錯了 根據(jù)導體附近的電場線分布 可判定導體BC的電勢比無窮遠處 大地 的電勢要高 故把導體B端或C端接地時 將有電子從大地流向導體 導體將帶負電 B錯 導體處于靜電平衡時 導體外部的電場跟感應電場相平衡 因此可以根據(jù)外電場在導體內部的分布情況來確定感應電荷電場在導體內部的分布情況 35 由于靜電平衡 金屬板是一個等勢體 且電勢為零 金屬板接地 金屬板的左側不帶電 右側帶負電 a b兩點的場強不為零 它們的場強方向均垂直于金屬板平面 由于a點離 Q比b點近 場強大 綜上所述 B C D正確 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