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

一、電勢(shì)能1定義：因電場(chǎng)對(duì)電荷有作用力而產(chǎn)生的由電荷相對(duì)位置決定的能量叫電勢(shì)能2電勢(shì)能具有相對(duì)性，通常取無(wú)窮遠(yuǎn)處或大地為電勢(shì)能的零點(diǎn)3電勢(shì)能大?。弘姾稍陔妶?chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)能在數(shù)值上等于把電荷從這點(diǎn)移到電勢(shì)能為零處電場(chǎng)力所做的功4電場(chǎng)力做功是電勢(shì)能變化的量度：電場(chǎng)力對(duì)電荷做正功，電荷的電勢(shì)能減少；電荷克服電場(chǎng)力做功，電荷的電勢(shì)能增加；電場(chǎng)力做功的多少和電勢(shì)能的變化數(shù)值相等，這是判斷電荷電勢(shì)能如何變化的最有效方法二、電勢(shì)電勢(shì)：電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)，等于單位正電荷由該點(diǎn)移動(dòng)到參考點(diǎn)(零電勢(shì)點(diǎn))時(shí)電場(chǎng)力所做的功電勢(shì)用字母表示 11 /12.345AOAWVVJ Cq表達(dá)式：?jiǎn)挝唬悍?，且有意義：電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電勢(shì)在數(shù)值等于單位電荷在那一點(diǎn)所具有的電勢(shì)能相對(duì)性：電勢(shì)是相對(duì)的，只有選擇零電勢(shì)的位置才能確定電勢(shì)的值，通常取無(wú)限遠(yuǎn)或地球的電勢(shì)為零標(biāo)量：只有大小，沒(méi)有方向，但有正、負(fù)之分，這里正負(fù)只表示比零電勢(shì)高還是低高低判斷：順著電場(chǎng)線方向電勢(shì)越來(lái)越低三、等勢(shì)面：電場(chǎng)中電勢(shì)相等的點(diǎn)構(gòu)成的面1意義：等勢(shì)面表示電勢(shì)的高低2典型電場(chǎng)的等勢(shì)面：(1)勻強(qiáng)電場(chǎng)；(2)點(diǎn)電荷電場(chǎng)；(3)等量的異種點(diǎn)電荷電場(chǎng)；(4)等量的同種點(diǎn)電荷電場(chǎng)3等勢(shì)面的特點(diǎn)：(1)同一等勢(shì)面上的任意兩點(diǎn)間移動(dòng)電荷電場(chǎng)力不做功；(2)等勢(shì)面一定跟電場(chǎng)線垂直；電場(chǎng)線總是從電勢(shì)較高的等勢(shì)面指向電勢(shì)較低的等勢(shì)面四、電勢(shì)差1電勢(shì)差：電荷q在電場(chǎng)中由一點(diǎn)A移動(dòng)到另一點(diǎn)B時(shí)，電場(chǎng)力所做的功WAB與電荷量的q的比值 ABABABABABBABABAWUqUUUU注意：電勢(shì)差這個(gè)物理量與場(chǎng)中的試探電荷無(wú)關(guān)，它是一個(gè)只屬于電場(chǎng)的量電勢(shì)差是從能量角度表征電場(chǎng)的一個(gè)重要物理量電勢(shì)差也等于電場(chǎng)中兩點(diǎn)電勢(shì)之差：電勢(shì)差由電場(chǎng)的性質(zhì)決定，與零電勢(shì)點(diǎn)選擇無(wú)關(guān)2電場(chǎng)力做功：在電場(chǎng)中AB兩點(diǎn)間移動(dòng)電荷時(shí)，電場(chǎng)力做功等于電量與兩點(diǎn)間電勢(shì)差的乘積WABqUAB注意：(1)該式適用于一切電場(chǎng)；(2)電場(chǎng)力做功與路徑無(wú)關(guān)；(3)利用上述結(jié)論計(jì)算時(shí)，均用絕對(duì)值代入，而功的正負(fù)，借助于力與移動(dòng)方向間關(guān)系確定五、電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系1電場(chǎng)方向是電勢(shì)降低最快的方向在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，電勢(shì)降低是均勻的2勻強(qiáng)電場(chǎng)中，沿場(chǎng)強(qiáng)方向上的兩點(diǎn)間的電勢(shì)差等于場(chǎng)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(chǎng)；(2)d是沿電場(chǎng)方向上的距離一、比較電場(chǎng)中電勢(shì)的高低例1、圖631中a、b中為豎直向上的電場(chǎng)線上的兩點(diǎn)，一帶電粒子在a點(diǎn)由靜止釋放，沿電場(chǎng)線向上運(yùn)動(dòng)，到b點(diǎn)時(shí)恰好速度為零，下列說(shuō)法中正確的是()A帶電粒子在a、b兩點(diǎn)所受的電場(chǎng)力都是豎直向上的Ba點(diǎn)的電勢(shì)比b點(diǎn)的電勢(shì)高C帶電粒子在a點(diǎn)的電勢(shì)能比在b點(diǎn)的電勢(shì)能小Da點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度比b點(diǎn)的電場(chǎng)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(dòng)過(guò)程為先加速后減速由于粒子受到重力和電場(chǎng)力作用，且a、b在同一電場(chǎng)線上，因此電場(chǎng)力方向均豎直向上，故A正確在a點(diǎn)電場(chǎng)力大于重力，在b點(diǎn)電場(chǎng)力小于重力，說(shuō)明a點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大于b點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)，D正確且電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減小，所以帶電粒子在a點(diǎn)電勢(shì)能大，在b點(diǎn)電勢(shì)能小故C錯(cuò)由于電場(chǎng)方向不確定，粒子的電性也不確定，因此不能判定a、b電勢(shì)的高低，B錯(cuò). 故答案為AD.點(diǎn)評(píng)：比較電場(chǎng)中電勢(shì)的高低常用的方法有：(1)根據(jù)電場(chǎng)線的方向：沿電場(chǎng)線的方向電勢(shì)降低(2)根據(jù)電勢(shì)同電勢(shì)差的關(guān)系UABAB；若UAB0，AB；若UAB0，則AB.(3)根據(jù)電勢(shì)同電勢(shì)能的關(guān)系，分別將電勢(shì)能和電荷帶符號(hào)代入，根據(jù)電勢(shì)的結(jié)果判斷.變式訓(xùn)練1、將一個(gè)電荷量為q+31010C的點(diǎn)電荷從電場(chǎng)中的A點(diǎn)移到B點(diǎn)的過(guò)程中，克服電場(chǎng)力做功6109J.已知A點(diǎn)的電勢(shì)為A4V，求B點(diǎn)的電勢(shì)9106 10,3 10 16 . BABABABWUVqV 解析解得：二、電場(chǎng)力做功與電勢(shì)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(chǎng)中沿直線勻速地由A運(yùn)動(dòng)到B，必須對(duì)該電荷施加一個(gè)恒力F，如圖632所示，若AB0.4m，37，q3107C，F(xiàn)1.5104N，A點(diǎn)電勢(shì)A100V.(1)在圖中用實(shí)線畫(huà)出電場(chǎng)線，用虛線畫(huà)出通過(guò)A、B兩點(diǎn)的等勢(shì)線，并標(biāo)明它們的電勢(shì)值(2)求q在由A到B的過(guò)程中電勢(shì)能改變了多少？圖632 755 cos/64.8 1003 101604.8 1012ABABBFUEddABEF qVAJBWEdqJJ由平衡條件可知電場(chǎng)力與 大小相等方向相反，而此電荷帶負(fù)電，場(chǎng)強(qiáng)與之相反 解得，電場(chǎng)線及 、兩點(diǎn)等勢(shì)線如右圖所示即電勢(shì)能加解析：點(diǎn)評(píng)：電場(chǎng)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(chǎng))；(2)WABUABq計(jì)算(適用于一切電場(chǎng))；(3)根據(jù)電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能改變量的關(guān)系，即WEp；(4)由動(dòng)能定理得W電W非電Ek電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系可類(lèi)比于重力做功與重力勢(shì)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(chǎng)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(chǎng)方向與面ABCD垂直，圖633下列說(shuō)法正確的是()AAD兩點(diǎn)間電勢(shì)差UAD與AA兩點(diǎn)間電勢(shì)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(chǎng)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(shì)能減小D同一帶電粒子從A點(diǎn)沿對(duì)角線移到C點(diǎn)與從A點(diǎn)沿路徑ABB移動(dòng)到B電場(chǎng)力做功相同BDADAAADBCACBADD由圖可知，而，故選項(xiàng) 錯(cuò)誤；由可知，選項(xiàng)；而帶負(fù)電的粒子從 點(diǎn)移到點(diǎn)，電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能加，選解析：項(xiàng) 錯(cuò)誤；，故正選項(xiàng)確正確三、依據(jù)帶電粒子的軌跡和電場(chǎng)線來(lái)判斷有關(guān)問(wèn)題例3、如圖634所示，虛線a、b、c是電場(chǎng)中的三個(gè)等勢(shì)面，相鄰等勢(shì)面間的電勢(shì)差相同，實(shí)線為一個(gè)帶正電的質(zhì)點(diǎn)僅在電場(chǎng)力作用下，通過(guò)該區(qū)域的運(yùn)動(dòng)軌跡，P、Q是軌跡上的兩點(diǎn)下列說(shuō)法圖634中正確的是()A三個(gè)等勢(shì)面中，等勢(shì)面a的電勢(shì)最高B帶電質(zhì)點(diǎn)一定是從P點(diǎn)向Q點(diǎn)運(yùn)動(dòng)C帶電質(zhì)點(diǎn)通過(guò)P點(diǎn)時(shí)的加速度比通過(guò)Q點(diǎn)時(shí)小D帶電質(zhì)點(diǎn)通過(guò)P點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能比通過(guò)Q點(diǎn)時(shí)小D解析：先畫(huà)出電場(chǎng)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(chǎng)力方向是斜向左下方由于是正電荷，所以電場(chǎng)線方向也沿電場(chǎng)線向右下方答案僅有D.點(diǎn)評(píng)：解決此類(lèi)問(wèn)題應(yīng)掌握以下幾點(diǎn)，(1)帶電粒子運(yùn)動(dòng)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(chǎng)力)應(yīng)指向軌跡曲線的凹側(cè)，再依據(jù)電場(chǎng)力與場(chǎng)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(dòng)過(guò)程中，若合力與速度方向的夾角小于直角，則合力做正功，動(dòng)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(dòng)能減少若合力與速度方向夾角總等于直角，則動(dòng)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(chǎng)的等勢(shì)面，相鄰兩等勢(shì)面間的電勢(shì)差相等光滑絕緣直桿沿電場(chǎng)方向水平放置并固定不動(dòng)，桿上套有一帶正電的小滑塊(可視為質(zhì)點(diǎn))，滑塊通過(guò)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(dòng)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(guò)程中，速度一直增大B滑塊從位置1到2的過(guò)程中，電場(chǎng)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(gè)位置D在M、N之間可能存在只由電場(chǎng)力確定滑塊加速度大小的三個(gè)位置C解析：在N點(diǎn)如果電場(chǎng)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(chǎng)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(gè)位置的速度相同，A錯(cuò)誤，C正確.1、2與3、4間的電勢(shì)差相等，電場(chǎng)力做功相等，B錯(cuò)誤由于M點(diǎn)和N點(diǎn)彈簧的長(zhǎng)度不同但彈力大小相等，說(shuō)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(zhǎng)的兩個(gè)位置滑塊的加速度只由電場(chǎng)力決定，D錯(cuò)誤四、電場(chǎng)與功能關(guān)系的結(jié)合例4、如圖636所示，一條長(zhǎng)為L(zhǎng)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(chǎng)中電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，方向水平向右已知當(dāng)細(xì)線離開(kāi)豎直位置的偏角為時(shí)，小球處于平衡狀態(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(guò)程，小球動(dòng)能的增量Ek與重力勢(shì)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(lái)平衡位置，所以小球在點(diǎn)處速度最大，從 到 的過(guò)程中小球動(dòng)能增加；設(shè)小球所受到的重力和電場(chǎng)力合力為 ，根據(jù)動(dòng)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(shì)能也增加，有：因此：項(xiàng)確，選正即 點(diǎn)評(píng)：要分析電荷在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中電勢(shì)能的變化，首先必須分析出電場(chǎng)力做功情況因此首先需分析電荷在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受到的電場(chǎng)力方向與速度方向間夾角的關(guān)系，確定電場(chǎng)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(gè)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(cè)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(wèn)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 sin3030 sin30cos30.3ccccOD OClDCQDCDCmmvmglvvglamvDmgFcosmaCgmgFma庫(kù)庫(kù)由幾何知識(shí)知，表明 、 兩點(diǎn)為 產(chǎn)生的電場(chǎng)中一個(gè)等勢(shì)面上的兩點(diǎn)，即質(zhì)點(diǎn)從點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到 點(diǎn)電場(chǎng)力做的總功為零，這是解決此題的突破口過(guò)程 的機(jī)械能守恒，則有得在 點(diǎn)時(shí)對(duì)質(zhì)點(diǎn)受力分析有在 點(diǎn)時(shí)對(duì)質(zhì)點(diǎn)受力分析有聯(lián)立兩式，：得解析a點(diǎn)評(píng)：此題能巧妙地將牛頓第二定律與電場(chǎng)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(wèn)題，但實(shí)質(zhì)上分析點(diǎn)電荷+Q產(chǎn)生的電場(chǎng)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(wú)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(shì)差圖638 222511223 12021 1222 CBBACACCACACCACvghBCBCmghmvmvvghACWmgWhmg hmvWWmghqqU 因 、 兩點(diǎn)為等勢(shì)點(diǎn)，小球從 滑到 點(diǎn)過(guò)程中電場(chǎng)力做功為零由動(dòng)能定理得：所以、 過(guò)程電場(chǎng)力做功為由動(dòng)能定理得：所以析解：