高二物理人教版選修3-1課件 《電勢能和電勢》1

歡迎進(jìn)入物理課堂 復(fù)習(xí)回顧 1 功的計(jì)算 2 重力做功有什么特點(diǎn) 1 與路徑無關(guān) 由初末位置的高度差來決定 2 WG與重力勢能的關(guān)系 3 重力勢能是相對的 有零勢能面 人為選定 重力勢能具有系統(tǒng)性 功是能量轉(zhuǎn)化的量度 一 靜電力做功的特點(diǎn) 正電荷q在電場強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場中由A運(yùn)動(dòng)到M電場力做功嗎 做了多少功 q A M W qE AM F 求試探電荷 q沿直線AB移動(dòng)到B時(shí)電場力做的功 F M 結(jié)論 在勻強(qiáng)電場中移動(dòng)電荷時(shí) 靜電力做的功與電荷的起始位置和終止位置有關(guān) 但與電荷經(jīng)過的路徑無關(guān) 對于非勻強(qiáng)電場也適用 將 q由A移到B的過程電場力對電荷做功為 將 q由A移到B的過程 電場力對電荷做功為 做功的過程是一個(gè)能量轉(zhuǎn)化的過程 那么電場力做功的過程是什么能轉(zhuǎn)化為什么能呢 二 電勢能 電場力做功與電勢能有什么關(guān)系 聯(lián)系重力做功與重力勢能的關(guān)系 電荷在電場中具有的與電荷位置有關(guān)的能 叫電勢能 物體被舉高具有重力勢能 1 電荷在電場中具有電勢能 重力對物體做正功 物體的重力勢能減小 2 電場力對電荷做正功 電荷的電勢能減小 重力對物體做負(fù)功 物體的重力勢能增大 3 電場力對電荷做負(fù)功 電荷的電勢能增大 重力做多少功 物體重力勢能就變化多少 4 電場力做多少功 電荷電勢能就變化多少 重力勢能是相對的 與零勢能面有關(guān) 5 電勢能是相對的 與零電勢能面有關(guān) 通常把電荷在離場源電荷無限遠(yuǎn)處的電勢能規(guī)定為零 或把電荷在大地表面上電勢能規(guī)定為零 電荷在某點(diǎn)的電勢能 等于靜電力把它從該處移動(dòng)到零勢能位置所做的功 重力勢能是物體和地球所共有的 具有系統(tǒng)性 6 電勢能是電荷和電場所共有的 具有系統(tǒng)性 7 電勢能是標(biāo)量 由此可見 電場力做功與重力做功 電勢能與重力勢能都很相似 所以大家在學(xué)習(xí)電勢能過程中應(yīng)該多聯(lián)系重力做功與重力勢能的關(guān)系幫助理解電勢能 重力勢能和電勢能類比 重力場中 重力 地球和物體之間存在的吸引力 電場中 電場力 電荷之間的作用力 有重力就有重力勢能Ep mgh 有電場力就有相應(yīng)的能 叫電勢能EP Ep由物體和地面間的相對位置決定 EP由電荷間的相對位置決定 W重 EP1 EP2 W電 EPA EPB 盡管重力做功與電場力做功很相似 但還是存在很大差異 正電荷順電場線移動(dòng) 電場力做正功 電勢能減少負(fù)電荷順電場線移動(dòng) 電場力做負(fù)功 電勢能增加正電荷逆電場線移動(dòng) 電場力做負(fù)功 電勢能增加負(fù)電荷逆電場線移動(dòng) 電場力做正功 電勢能減少 存在兩種電荷 例1 右圖中MN為電場中某一條電場線方向向右 在線取兩點(diǎn)a b今將一電荷 q從a移到b則 A 電場力做正功 q的電勢能增加 B 電場力做負(fù)功 q的電勢能增加 C 電場力做正功 q的電勢能減少 D 電場力做負(fù)功 q的電勢能減少 C 例2 A和B為電場中某條電場線上的點(diǎn) 如圖 將q 4 10 9的正電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)需克服電場力做功5 10 7J 則 電場方向由A B還是B A 電荷在哪點(diǎn)時(shí)電勢能大 大多少 A B 電場的力的性質(zhì)我們必須用場強(qiáng)E來描述 那么電場的能的性質(zhì)我們又應(yīng)該用什么物理量來描述呢 能否用 電勢能 呢 電場的能的性質(zhì)也是電場本身的一種屬性 它只能由場源本身所決定 而與電場中有無放入試探電荷無關(guān) 而電勢能的大小是與試探電荷的電量q有關(guān)的 因q越大 其所受電場力就越大 具有的做功本領(lǐng)大 電勢能也就大 故不能用 電勢能 來描述電場的能的性質(zhì) 我們引入一個(gè)新的物理量 電勢 來表示它 電勢 描述電場的能的性質(zhì)的物理量 如圖所示 設(shè)想把一試探電荷 q放在電場中某處A或B 它們在電場力F的作用下均移至無限遠(yuǎn)處 則有 WA WB 那么怎樣去衡量電場的能的性質(zhì) 怎樣去定義 電勢 呢 EpA 0 EpB 0 同理可知 若試探電荷為 q 也有 也就是說 比值EpA q的大小與試探電荷的正負(fù)及電量q均無關(guān) 只與電場中該點(diǎn)在電場中的位置有關(guān) 故其可衡量電場的性質(zhì) 三 電勢 取O點(diǎn)的電勢能為零 則 EPA qELCOS 討論電勢能與電荷的比值 電荷在電場中某一點(diǎn)的電勢能與它的電荷量的比值 2 公式 3 單位 伏特符號為V 1V 1J C 三 電勢 1 定義 對電勢的理解 1 電勢的相對性 某點(diǎn)電勢的大小是相對于零點(diǎn)電勢而言的 零電勢的選擇是任意的 一般選地面和無窮遠(yuǎn)為零勢能面 2 電勢的固有性 電場中某點(diǎn)的電勢的大小是由電場本身的性質(zhì)決定的 與放不放電荷及放什么電荷無關(guān) 3 電勢是標(biāo)量4 計(jì)算時(shí)EP q 都帶正負(fù)號 1 沿著電場線方向 電勢將怎樣變化 1 電場線指向電勢降低的方向 2 如何確定電場中某點(diǎn)的電勢 提示 類比于電勢能的確定 1 電場線指向電勢降低的方向 2 與電勢能的情況相似 應(yīng)先確定電場中某點(diǎn)的電勢為零 通常取離場源電荷無限遠(yuǎn)處或大地的電勢為零 例3 將一電量為的點(diǎn)電荷從電場外一點(diǎn)P移至電場中某點(diǎn)A 電場力做功 求A點(diǎn)的電勢 解 設(shè)場外一點(diǎn)P的電勢為 點(diǎn)評 電勢的確定首先要確定零電勢處 且電勢可以為負(fù) 3 電勢為負(fù)數(shù)時(shí) 負(fù)號表示方向嗎 1 電場線指向電勢降低的方向 2 與電勢能的情況相似 應(yīng)先確定電場中某點(diǎn)的電勢為零 通常取離場源電荷無限遠(yuǎn)處或大地的電勢為零 3 電勢是標(biāo)量 只有大小 沒有方向 負(fù)電勢表示該處的電勢比零電勢處電勢低 思考 在上面關(guān)于電勢能和電勢的討論及插圖中 我們一直把試探電荷q當(dāng)作正電荷處理 請把q當(dāng)做負(fù)電荷 重復(fù)以上討論 其結(jié)果與上面的結(jié)果是否一致 高度和電勢 重力場中 同一物體在不同位置 Ep不同 電場中 同一電荷在電場中的不同位置 EP不同 不同物體在同一位置 Ep正比于質(zhì)量m 不同電荷在同一位置 EP正比于電量q Ep m gh h只與相對位置有關(guān) EP q叫做電勢 只與相對位置有關(guān) 等勢面 地理上 等高線表示地勢的高低 在電場中常用等勢面來表示電勢的高低 電場中電勢相同的各點(diǎn)構(gòu)成的面叫做等勢面 等勢面 等勢面的特點(diǎn) 1 等勢面一定跟電場線垂直 在同一等勢面上的任意兩點(diǎn)間移動(dòng)電荷 電場力不做功 2 電場線總是從電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面 任意兩個(gè)等勢面都不會(huì)相交 3 等差等勢面越密的地方電場強(qiáng)度越大 等勢面 幾種典型電場的等勢面 1 點(diǎn)電荷電場中的等勢面 以點(diǎn)電荷為球心的一簇球面 等勢面 2 等量異種點(diǎn)電荷電場中的等勢面 兩簇對稱曲面 等勢面 3 等量同種點(diǎn)電荷電場中的等勢面 兩簇對稱曲面 等勢面 5 勻強(qiáng)電場中的等勢面 垂直于電場線的一簇平面 4 形狀不規(guī)則的帶電導(dǎo)體附近的電場線及等勢面 等勢面 如圖所示 虛線a b和c是某靜電場中的三個(gè)等勢面 它們的電勢分別為 和 一帶正電粒子射入電場中 其運(yùn)動(dòng)軌跡如實(shí)線KLMN所示 由圖可知 A 粒子從K到L的過程中 電場力做負(fù)功B 粒子從L到M的過程中 電場力做負(fù)功C 粒子從K到L的過程中 電勢能增加D 粒子從L到M的過程中 動(dòng)能減少 等勢面 如圖所示 三個(gè)等差等勢面上有a b c d四點(diǎn) 若將一個(gè)正電荷由c經(jīng)a移動(dòng)到d電場力做正功W1 若由c經(jīng)b移動(dòng)到d電場力做正功W2 則 1 如圖所示 a b c d為某電場中的等勢面 一帶正電粒子飛入電場后只在電場力作用下沿M點(diǎn)到N點(diǎn)的虛線運(yùn)動(dòng) 由圖可知 四個(gè)等勢面電勢Ua Ub Uc Ud由高到低的排列順序是 帶電粒子在M N兩點(diǎn)中 電勢能較大的是 點(diǎn) 能力提升 2 圖一表示等量異種電荷P和Q形成的電場內(nèi)的一簇等勢面 求 1 P Q各帶何種電荷 2 把q 10 7C的正點(diǎn)電荷從A移到B 電場力做多少功 3 把q從B移到C電場力做多少功 4 把q從C移到A電場力做多少功 5 q從A出發(fā)經(jīng)過B和C回到A的過程中電場力對電荷做的總功為多少 3 如圖所示 細(xì)線一端系著一個(gè)帶電量為 q 質(zhì)量為m的小球 另一端固定于O點(diǎn) 加一勻強(qiáng)電場后可使小球靜止于圖示位置 此時(shí)懸線與豎直方向夾角為 要使電場的場強(qiáng)最小 該電場場強(qiáng)的方向怎樣 大小如何 垂直懸線斜向上方 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