浙江省高三物理復(fù)習(xí) 第6章 第3講 電場能的性質(zhì)課件 新人教版

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1、一、電勢能1定義：因電場對電荷有作用力而產(chǎn)生的由電荷相對位置決定的能量叫電勢能2電勢能具有相對性，通常取無窮遠(yuǎn)處或大地為電勢能的零點(diǎn)3電勢能大?。弘姾稍陔妶鲋心滁c(diǎn)的電勢能在數(shù)值上等于把電荷從這點(diǎn)移到電勢能為零處電場力所做的功4電場力做功是電勢能變化的量度：電場力對電荷做正功，電荷的電勢能減少；電荷克服電場力做功，電荷的電勢能增加；電場力做功的多少和電勢能的變化數(shù)值相等，這是判斷電荷電勢能如何變化的最有效方法二、電勢電勢：電場中某點(diǎn)的電勢，等于單位正電荷由該點(diǎn)移動到參考點(diǎn)(零電勢點(diǎn))時(shí)電場力所做的功電勢用字母表示 11 /12.345AOAWVVJ Cq表達(dá)式：單位：伏特，且有意義：電場中某一點(diǎn)

2、的電勢在數(shù)值等于單位電荷在那一點(diǎn)所具有的電勢能相對性：電勢是相對的，只有選擇零電勢的位置才能確定電勢的值，通常取無限遠(yuǎn)或地球的電勢為零標(biāo)量：只有大小，沒有方向，但有正、負(fù)之分，這里正負(fù)只表示比零電勢高還是低高低判斷：順著電場線方向電勢越來越低三、等勢面：電場中電勢相等的點(diǎn)構(gòu)成的面1意義：等勢面表示電勢的高低2典型電場的等勢面：(1)勻強(qiáng)電場；(2)點(diǎn)電荷電場；(3)等量的異種點(diǎn)電荷電場；(4)等量的同種點(diǎn)電荷電場3等勢面的特點(diǎn)：(1)同一等勢面上的任意兩點(diǎn)間移動電荷電場力不做功；(2)等勢面一定跟電場線垂直；電場線總是從電勢較高的等勢面指向電勢較低的等勢面四、電勢差1電勢差：電荷q在電場中由一

3、點(diǎn)A移動到另一點(diǎn)B時(shí)，電場力所做的功WAB與電荷量的q的比值 ABABABABABBABABAWUqUUUU注意：電勢差這個物理量與場中的試探電荷無關(guān)，它是一個只屬于電場的量電勢差是從能量角度表征電場的一個重要物理量電勢差也等于電場中兩點(diǎn)電勢之差：電勢差由電場的性質(zhì)決定，與零電勢點(diǎn)選擇無關(guān)2電場力做功：在電場中AB兩點(diǎn)間移動電荷時(shí)，電場力做功等于電量與兩點(diǎn)間電勢差的乘積WABqUAB注意：(1)該式適用于一切電場；(2)電場力做功與路徑無關(guān)；(3)利用上述結(jié)論計(jì)算時(shí)，均用絕對值代入，而功的正負(fù)，借助于力與移動方向間關(guān)系確定五、電勢差與電場強(qiáng)度關(guān)系1電場方向是電勢降低最快的方向在勻強(qiáng)電場中，電勢

4、降低是均勻的2勻強(qiáng)電場中，沿場強(qiáng)方向上的兩點(diǎn)間的電勢差等于場強(qiáng)和這兩點(diǎn)間距離的乘積UEd注意：(1)該式只適用于勻強(qiáng)電場；(2)d是沿電場方向上的距離一、比較電場中電勢的高低例1、圖631中a、b中為豎直向上的電場線上的兩點(diǎn)，一帶電粒子在a點(diǎn)由靜止釋放，沿電場線向上運(yùn)動，到b點(diǎn)時(shí)恰好速度為零，下列說法中正確的是()A帶電粒子在a、b兩點(diǎn)所受的電場力都是豎直向上的Ba點(diǎn)的電勢比b點(diǎn)的電勢高C帶電粒子在a點(diǎn)的電勢能比在b點(diǎn)的電勢能小Da點(diǎn)的電場強(qiáng)度比b點(diǎn)的電場強(qiáng)度大圖631AD解析：粒子從a點(diǎn)靜止釋放，到b點(diǎn)速度又變?yōu)榱?，運(yùn)動過程為先加速后減速由于粒子受到重力和電場力作用，且a、b在同一電場線上，

5、因此電場力方向均豎直向上，故A正確在a點(diǎn)電場力大于重力，在b點(diǎn)電場力小于重力，說明a點(diǎn)的場強(qiáng)大于b點(diǎn)場強(qiáng)，D正確且電場力做正功，電勢能減小，所以帶電粒子在a點(diǎn)電勢能大，在b點(diǎn)電勢能小故C錯由于電場方向不確定，粒子的電性也不確定，因此不能判定a、b電勢的高低，B錯. 故答案為AD.點(diǎn)評：比較電場中電勢的高低常用的方法有：(1)根據(jù)電場線的方向：沿電場線的方向電勢降低(2)根據(jù)電勢同電勢差的關(guān)系UABAB；若UAB0，AB；若UAB0，則AB.(3)根據(jù)電勢同電勢能的關(guān)系，分別將電勢能和電荷帶符號代入，根據(jù)電勢的結(jié)果判斷.變式訓(xùn)練1、將一個電荷量為q+31010C的點(diǎn)電荷從電場中的A點(diǎn)移到B點(diǎn)的過

6、程中，克服電場力做功6109J.已知A點(diǎn)的電勢為A4V，求B點(diǎn)的電勢9106 10,3 10 16 . BABABABWUVqV 解析解得：二、電場力做功與電勢能的改變例2、為使帶負(fù)電的點(diǎn)電荷q(不計(jì)重力)在一勻強(qiáng)電場中沿直線勻速地由A運(yùn)動到B，必須對該電荷施加一個恒力F，如圖632所示，若AB0.4m，37，q3107C，F(xiàn)1.5104N，A點(diǎn)電勢A100V.(1)在圖中用實(shí)線畫出電場線，用虛線畫出通過A、B兩點(diǎn)的等勢線，并標(biāo)明它們的電勢值(2)求q在由A到B的過程中電勢能改變了多少？圖632 755 cos/64.8 1003 101604.8 1012ABABBFUEddABEF qVA

7、JBWEdqJJ由平衡條件可知電場力與 大小相等方向相反，而此電荷帶負(fù)電，場強(qiáng)與之相反 解得，電場線及 、兩點(diǎn)等勢線如右圖所示即電勢能加解析：點(diǎn)評：電場力做功的求法，主要有四種方法：(1)用功的定義式WEqx求(只適用于勻強(qiáng)電場)；(2)WABUABq計(jì)算(適用于一切電場)；(3)根據(jù)電場力做功與電勢能改變量的關(guān)系，即WEp；(4)由動能定理得W電W非電Ek電場力做功與電勢能變化的關(guān)系可類比于重力做功與重力勢能變化的關(guān)系變式訓(xùn)練2、(2010浙江寧波期末)如圖633所示的勻強(qiáng)電場E的區(qū)域內(nèi)，由A、B、C、D、A、B、C、D作為頂點(diǎn)構(gòu)成一正方體空間，電場方向與面ABCD垂直，圖633下列說法正確

8、的是()AAD兩點(diǎn)間電勢差UAD與AA兩點(diǎn)間電勢差UAA相等B帶正電的粒子從A點(diǎn)沿路徑ADD移到D點(diǎn)電場力做正功C帶負(fù)電的粒子從A點(diǎn)沿路徑ADD移到D點(diǎn)，電勢能減小D同一帶電粒子從A點(diǎn)沿對角線移到C點(diǎn)與從A點(diǎn)沿路徑ABB移動到B電場力做功相同BDADAAADBCACBADD由圖可知，而，故選項(xiàng) 錯誤；由可知，選項(xiàng)；而帶負(fù)電的粒子從 點(diǎn)移到點(diǎn)，電場力做負(fù)功，電勢能加，選解析：項(xiàng) 錯誤；，故正選項(xiàng)確正確三、依據(jù)帶電粒子的軌跡和電場線來判斷有關(guān)問題例3、如圖634所示，虛線a、b、c是電場中的三個等勢面，相鄰等勢面間的電勢差相同，實(shí)線為一個帶正電的質(zhì)點(diǎn)僅在電場力作用下，通過該區(qū)域的運(yùn)動軌跡，P、Q是

9、軌跡上的兩點(diǎn)下列說法圖634中正確的是()A三個等勢面中，等勢面a的電勢最高B帶電質(zhì)點(diǎn)一定是從P點(diǎn)向Q點(diǎn)運(yùn)動C帶電質(zhì)點(diǎn)通過P點(diǎn)時(shí)的加速度比通過Q點(diǎn)時(shí)小D帶電質(zhì)點(diǎn)通過P點(diǎn)時(shí)的動能比通過Q點(diǎn)時(shí)小D解析：先畫出電場線，再根據(jù)速度、合力和軌跡的關(guān)系，可以判定：質(zhì)點(diǎn)在各點(diǎn)受的電場力方向是斜向左下方由于是正電荷，所以電場線方向也沿電場線向右下方答案僅有D.點(diǎn)評：解決此類問題應(yīng)掌握以下幾點(diǎn)，(1)帶電粒子運(yùn)動軌跡的切線方向?yàn)樵擖c(diǎn)處的速度方向；(2)帶電粒子所受合力(往往僅為電場力)應(yīng)指向軌跡曲線的凹側(cè)，再依據(jù)電場力與場強(qiáng)方向同向或反向，即可準(zhǔn)確的確定力的方向；(3)在運(yùn)動過程中，若合力與速度方向的夾角小于直

10、角，則合力做正功，動能增加若合力與速度方向的夾角大于直角，則合力做負(fù)功，動能減少若合力與速度方向夾角總等于直角，則動能不變變式訓(xùn)練3、如圖635所示，圓弧虛線表示正點(diǎn)電荷電場的等勢面，相鄰兩等勢面間的電勢差相等光滑絕緣直桿沿電場方向水平放置并固定不動，桿上套有一帶正電的小滑塊(可視為質(zhì)點(diǎn))，滑塊通過絕緣輕彈簧與固定點(diǎn)O相連，并以某一初速度從M點(diǎn)運(yùn)動到N點(diǎn)，OMON.若滑塊在M、N圖635時(shí)彈簧的彈力大小相等，彈簧始終在彈性限度內(nèi)，則()A滑塊從M到N的過程中，速度一直增大B滑塊從位置1到2的過程中，電場力做的功比從位置3到4的小C在M、N之間的范圍內(nèi)，可能存在滑塊速度相同的兩個位置D在M、N之

11、間可能存在只由電場力確定滑塊加速度大小的三個位置C解析：在N點(diǎn)如果電場力不小于彈簧彈力的分力，則滑塊一直加速，在N點(diǎn)如果電場力小于彈簧彈力的分力，則滑塊先加速后減速，就可能有兩個位置的速度相同，A錯誤，C正確.1、2與3、4間的電勢差相等，電場力做功相等，B錯誤由于M點(diǎn)和N點(diǎn)彈簧的長度不同但彈力大小相等，說明N點(diǎn)時(shí)彈簧是拉伸的，在彈簧與水平桿垂直和彈簧恢復(fù)原長的兩個位置滑塊的加速度只由電場力決定，D錯誤四、電場與功能關(guān)系的結(jié)合例4、如圖636所示，一條長為L的細(xì)線，上端固定，下端拴一質(zhì)量為m的帶電小球；將它置于勻強(qiáng)電場中電場強(qiáng)度大小為E，方向水平向右已知當(dāng)細(xì)線離開豎直位置的偏角為時(shí)，小球處于平

12、衡狀態(tài)現(xiàn)使小球拉緊細(xì)線(細(xì)線的形變可忽略且小球圖636電荷量不變)，從A點(diǎn)移至B點(diǎn)，然后將小球由靜止釋放，在小球從B點(diǎn)返回A點(diǎn)過程，小球動能的增量Ek與重力勢能的增量Ep比較，下列判斷中正確的是()AEk一定大于Ep BEk一定小于EpCEk一定等于Ep DEk可能等于EpA(1cos )kAABAFEFL分析小球受力情況，如圖所示由于 點(diǎn)是小球原來平衡位置，所以小球在點(diǎn)處速度最大，從 到 的過程中小球動能增加；設(shè)小球所受到的重力和電場力合力為 ，根據(jù)動能定理有：解析：(1cos )1cos11cospGpkpkEWmgLEmgLmgEFLFEEA根據(jù)功能關(guān)系知重力做負(fù)功、重力勢能也增加，有：

13、因此：項(xiàng)確，選正即 點(diǎn)評：要分析電荷在運(yùn)動過程中電勢能的變化，首先必須分析出電場力做功情況因此首先需分析電荷在運(yùn)動過程中所受到的電場力方向與速度方向間夾角的關(guān)系，確定電場力做功情況解答此題除應(yīng)用功能關(guān)系之外，關(guān)鍵要靈活地運(yùn)用功的量度式計(jì)算恒力做功例5、如圖637所示，傾角為30的直角三角形底邊為2l，底邊處在水平位置，斜邊為光滑絕緣導(dǎo)軌現(xiàn)在底邊中點(diǎn)O處固定一正電荷Q，讓一個質(zhì)量為m的帶正電的電荷q從斜面頂端A沿斜面加速滑下(不脫離斜面)已測得它滑到斜邊上的垂足D處的速度為v，加速度為a，方向沿斜面向下，問該質(zhì)點(diǎn)滑到斜邊底端C點(diǎn)時(shí)的速度和加速度各為多少？圖637222131,222 sin303

14、0 sin30cos30.3ccccOD OClDCQDCDCmmvmglvvglamvDmgFcosmaCgmgFma庫庫由幾何知識知，表明 、 兩點(diǎn)為 產(chǎn)生的電場中一個等勢面上的兩點(diǎn)，即質(zhì)點(diǎn)從點(diǎn)運(yùn)動到 點(diǎn)電場力做的總功為零，這是解決此題的突破口過程 的機(jī)械能守恒，則有得在 點(diǎn)時(shí)對質(zhì)點(diǎn)受力分析有在 點(diǎn)時(shí)對質(zhì)點(diǎn)受力分析有聯(lián)立兩式，：得解析a點(diǎn)評：此題能巧妙地將牛頓第二定律與電場力做功的特點(diǎn)結(jié)合在一起，初看是一道純粹用牛頓第二定律解題的問題，但實(shí)質(zhì)上分析點(diǎn)電荷+Q產(chǎn)生的電場的特點(diǎn)是解題關(guān)鍵變式訓(xùn)練4、如圖638所示，光滑絕緣豎直桿與以正點(diǎn)電荷Q為圓心的圓弧交于B、C兩點(diǎn)，一質(zhì)量為m，電荷量為q的空心小球從桿上A點(diǎn)無初速下落，設(shè)ABBCh，小球滑到B點(diǎn)的速度為，試求：(1)小球滑到C點(diǎn)的速度；(2)A、C兩點(diǎn)的電勢差圖638 222511223 12021 1222 CBBACACCACACCACvghBCBCmghmvmvvghACWmgWhmg hmvWWmghqqU 因 、 兩點(diǎn)為等勢點(diǎn)，小球從 滑到 點(diǎn)過程中電場力做功為零由動能定理得：所以、 過程電場力做功為由動能定理得：所以析解：