高二物理魯科版選修3-1課件：第1部分 第2章 第2節(jié)《電勢與等勢面》

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歡迎進入物理課堂 1 電荷在電場中某點的電勢能跟電荷量的比值 叫做該點的電勢 2 電場中某點的電勢在數(shù)值上等于單位正電荷在該點所具有的電勢能 3 電場中各點電勢的值可正 可負 可為零 既與產(chǎn)生電場的電荷有關(guān) 也與零電勢位置的選擇有關(guān) 4 電場中電勢相等的點構(gòu)成的面叫做等勢面 電場線和等勢面垂直 且由電勢較高的等勢面指向電勢較低的等勢面 自學(xué)教材 1 電勢 1 定義 電場中某點的電勢就是電荷在該點的與的比值 2 公式 3 單位 國際單位制中 電勢的單位是 符號是V 1V 1 電勢能 電荷量 Ep q 伏特 焦耳 庫侖 2 性質(zhì) 1 相對性 電場中各點電勢的高低 與所選取的的位置有關(guān) 一般情況下取無窮遠或地面為位置 2 矢標性 電勢是標量 只有大小 沒有 但電勢有 零參考點 零勢點 方向 正負 重點詮釋 3 根據(jù)場源電荷判斷 若以無窮遠處電勢為零 則正點電荷周圍各點電勢為正 且離正點電荷越近 電勢越高 負點電荷周圍各點電勢為負 且離負點電荷越近 電勢越低 2 電勢與電勢能的比較 3 電勢和電場強度的比較 1 下列關(guān)于電勢高低的判斷 正確的是 A 負電荷從A移到B時 電場力做正功 A點的電勢一定較高B 負電荷從A移到B時 電勢能增加 A點電勢一定較低C 正電荷從A移到B時 電勢能增加 A點電勢一定較低D 正電荷只在電場力作用下從A移到B A點電勢一定較高 解析 由A到B 電場力對負電荷做正功 說明負電荷逆著電場線運動 電勢升高 即 B A A錯 電勢能增加 電場力做負功 負電荷應(yīng)是順著電場線運動 電勢降低 即 A B B錯 電勢能增加 電場力做負功 正電荷應(yīng)是逆著電場線運動 電勢升高 即 B A C對 D項無法比較電勢 故D錯 答案 C 自學(xué)教材 1 等勢面 1 定義 電場中電勢的點構(gòu)成的面 2 特點 由于在等勢面上電荷受到的電場力跟等勢面 所以電荷在同一個等勢面上運動時電場力 相等 垂直 不做功 2 幾種常見電場的等勢面 1 點電荷電場的等勢面 如圖2 2 1中虛線所示 2 等量異種電荷的電場的等勢面 如圖2 2 2甲 過兩點電荷連線中點的是一個等勢面 中垂面 圖2 2 2 3 等量同種電荷的電場的等勢面 如圖2 2 2乙 4 勻強電場的等勢面 是與電場線垂直的 間隔且相互的一簇平面 如圖2 2 3所示 相等 平行 圖2 2 3 重點詮釋 1 等勢面的特點及其理解 1 在同一等勢面上的任意兩點間移動電荷 電場力不做功 因為等勢面上各點電勢相等 電荷在同一等勢面上各點具有相同的電勢能 所以在同一等勢面上移動電荷電勢能不變 即電場力不做功 2 等勢面一定跟電場線垂直 即跟場強的方向垂直 假如不是這樣 場強就有一個沿著等勢面的分量 這樣在等勢面上移動電荷時電場力就要做功 但這是不可能的 因為在等勢面上各點電勢相等 沿著等勢面移動電荷時電場力是不做功的 所以場強一定跟等勢面垂直 3 沿著電場線方向電勢越來越低 可見 電場線不但跟等勢面垂直 而且是由電勢較高的等勢面指向電勢較低的等勢面 4 等勢面不相交 如果兩個等勢面相交 說明相交處的電場線有兩條 即該處的電場強度方向有兩個 這是不可能的 所以等勢面不會相交 2 等勢面的應(yīng)用 1 利用等勢面可以知道電場中各點的電勢高低 可以形象地描述電場具有的能的性質(zhì) 2 利用等勢面可以描繪出電場線 實際中 測量電勢比測定電場強度更容易 所以常用等勢面研究電場 先測繪出等勢面的形狀和分布 再根據(jù)電場線與等勢面相互垂直 繪出電場線分布 這樣就知道了所研究的電場 3 等差等勢面的疏密反映了電場強弱 圖2 2 4 2 如圖2 2 4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 實線為一個帶正電的質(zhì)點僅在電場力作用下 通過該區(qū)域的運動軌跡 P Q是軌跡上的兩點 下列說法中正確的是 A 三個等勢面中 等勢面a的電勢最高B 帶電質(zhì)點一定是從P點向Q點運動C 帶電質(zhì)點通過P點時的加速度比通過Q點時小D 帶電質(zhì)點通過P點時的動能比通過Q點時小 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)點在各點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力斜向左下方 答案 D 自學(xué)教材 1 定義帶電較多的導(dǎo)體 在部位 場強大到使周圍空氣發(fā)生而引起的現(xiàn)象 尖端 電離 放電 2 尖端放電的應(yīng)用和防止 1 應(yīng)用 避雷針是利用的原理來防止雷擊的 它的作用是可以云層中的部分電荷 更主要的是把云層中的引入地下 2 防止 尖端放電會導(dǎo)致高壓設(shè)備上的電能的損失 所以高壓設(shè)備中導(dǎo)體的表面做得盡可能地光滑 尖端放電 中和 大量電荷 重點詮釋 避雷針的原理雷雨天氣里云層帶電 有的云層靠地面很近 受其影響 地面帶異種電荷 這些電荷主要分布在地表的尖端 高大物體上 如高大建筑物 大樹等物體上 當電荷積累到足夠多時 云層與建筑物間產(chǎn)生強烈的火花放電 這就是雷擊 在建筑物上安裝尖狀的避雷針 可利用避雷針不斷放電 避免電荷積累過多 避免雷擊 3 關(guān)于避雷針的下列說法中正確的是 A 制做避雷針要選用絕緣性能好的材料B 避雷針避雷是將云層中積聚的電荷導(dǎo)入大地C 為了美觀通常把避雷針頂端設(shè)計成球形D 避雷針安裝在高大建筑物的頂端 而不必接地 解析 帶電云層靠近建筑物時 會在建筑物上感應(yīng)出異種電荷 在云層與建筑物之間形成電場 當電荷積累到一定程度時 會發(fā)生強烈放電現(xiàn)象 可能發(fā)生雷擊 如果建筑物安裝了避雷針 云層中積聚的電荷會通過避雷針導(dǎo)入大地 逐漸中和云層的電荷 保護建筑物 使其免遭雷擊 避雷針應(yīng)選用導(dǎo)體材料 所以選B 答案 B 圖2 2 5 例1 2012 泉州高二檢測 圖2 2 5中K L M為靜電場中的3個相距很近的等勢面 K M之間無電荷 一帶電粒子射入此靜電場中后 沿abcde軌跡運動 已知電勢 K L M 且粒子在ab段做減速運動 下列說法中正確的是 A 粒子帶負電B 粒子在bc段做加速運動C 粒子在a點與e點的速度大小相等D 粒子從c點到d點的過程中電場力做負功 思路點撥 電場線與等勢面垂直 粗略畫出電場線 由運動軌跡彎曲方向可知帶電粒子受力方向 再分析電場力做功的正負 判斷粒子的速度 動能及電勢能的變化 解析 由帶電粒子的運動軌跡可知 粒子所受電場力指向軌跡的凹側(cè) 畫出過a b c d e各點的電場線 因 K L M 可知粒子帶正電 選項A錯誤 粒子由b到c的過程中 電場力做負功 速率減小 選項B錯誤 由于a e兩點電勢相等 粒子在a e兩點的電勢能相等 由能量守恒定律知 粒子在a e兩點的動能相等 速度大小相等 選項C正確 粒子從c點到d點的過程中電場力做正功 選項D錯誤 答案 C 1 利用電場線與等勢面垂直的特點 可以根據(jù)等勢面的形狀畫出電場線 如果已知等勢面電勢的高低關(guān)系 可以確定電場線的方向 2 帶電粒子做曲線運動時 運動軌跡總是彎向粒子受力的方向 從而可以根據(jù)運動軌跡的形狀判斷粒子受到的電場力的方向 進而可以得知電場力做功的情況及粒子的速度 動能和電勢能的變化情況 圖2 2 6 1 如圖2 2 6所示 虛線為某個點電荷電場的等勢面 現(xiàn)有兩個帶電粒子a b 不計重力 以相同的速率從同一點A出發(fā) 沿不同路徑分別到達B C點 根據(jù)圖示情況可以得知下列判斷錯誤的是 A 兩個粒子電荷量一定相等B 兩個粒子的電性一定相反C 粒子a的動能先減小后增大D 經(jīng)過B C點時 兩粒子速率相同 解析 粒子a受電場力作用有沿半徑向外的加速度 電場力為斥力 粒子b受到電場的引力作用 粒子a的電性與點電荷相同 粒子b的電性與點電荷相反 B項正確 當電荷量不相等時 也可以出現(xiàn)圖示情況 A項不正確 在電場中運動的粒子能量守恒 粒子的動能與電勢能之和是常量 粒子a到達距O點最近的D點前 需克服電場力做功 動能減小 電勢能增大 通過D點以 后 粒子a在斥力作用下加速 動能增大而電勢能減小 C項正確 B C A三點在同一等勢面上 粒子a b從A到達B C 電勢能不變 粒子的動能也不會變化 兩粒子速率相同 D項正確 答案 A 圖2 2 7 例2 如圖2 2 7所示 虛線方框內(nèi)為一勻強電場 A B C為該電場中的三個點 已知 A 12V B 6V C 6V 試在該方框內(nèi)作出該電場的示意圖 即畫出幾條電場線 并要求保留作圖時所用的輔助線 思路點撥 電場線跟等勢面垂直 只要畫出等勢面 即可畫出電場線 勻強電場中的電勢分布特點 勻強電場沿任意方向電勢均勻降低 解析 題目中只要尋求電勢相等的點即可確定等勢面 因 B 6V C 6V 由勻強電場的特點電勢均勻分布知 在BC連線的中點O處的電勢必為0 同理 在AC線段上找一個電勢為0的點 把AC線段等分成三份 在等分點O 處的電勢也必為0 連結(jié)OO 即為該電場中的一條等勢線 根據(jù)電場線與等勢線垂直 可以畫出電場中的電場線 如圖所示 答案 見解析圖 解決該類問題首先要研究已知點的電勢 也就是研究電場的電勢分布 看怎樣連線 怎樣細分這條連線上的電勢 才能便于找到等電勢點 這個問題解決了 后面的問題就水到渠成了 圖2 2 8 2 ABC處于勻強電場中 如圖2 2 8所示 將一個帶電量為q 2 106C的點電荷從A移到B 電場力做功W1 1 2 105J 再將該點電荷從B移到C 電場力做功W2 6 10 6J 已知A點的電勢 A 5V 則B C兩點的電勢分別為 V和 V 試在圖中畫出通過A點的電場線 答案 見解析 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