高中物理（人教版）選修3-1 第1章 第4節(jié)　電勢(shì)能和電勢(shì)

歡迎進(jìn)入物理課堂 第四節(jié)電勢(shì)能和電勢(shì) 課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 知道電場(chǎng)力做功的特點(diǎn) 理解電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系 2 理解電勢(shì)能 電勢(shì)的概念及相互關(guān)系 3 理解等勢(shì)面的概念及等勢(shì)面和電場(chǎng)線的關(guān)系 重點(diǎn)難點(diǎn) 電場(chǎng)力做功的特點(diǎn)及電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系 電場(chǎng)線與等勢(shì)面的關(guān)系及應(yīng)用 核心要點(diǎn)突破 課堂互動(dòng)講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 第四節(jié)電勢(shì)能和電勢(shì) 課前自主學(xué)案 課前自主學(xué)案 一 靜電力做功的特點(diǎn)靜電力對(duì)電荷所做的功與電荷的 位置和 位置有關(guān) 而與電荷經(jīng)過(guò)的 無(wú)關(guān) 二 電勢(shì)能1 概念 電荷在電場(chǎng)中所具有的 起始 終止 路徑 勢(shì)能 2 與電場(chǎng)力的功的關(guān)系 靜電力的功等于電勢(shì)能的 即 WAB EpA EpB 3 相對(duì)性 電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)能 等于靜電力把它從該點(diǎn)移到 位置時(shí)所做的功 減少量 零勢(shì)能 思考感悟?qū)⒛畴姾稍谝浑妶?chǎng)中由A點(diǎn)移到B點(diǎn) 若選不同的點(diǎn)作零勢(shì)能參考點(diǎn) 表示A點(diǎn) 或B點(diǎn) 電勢(shì)能的大小相同嗎 表示從A到B過(guò)程電勢(shì)能的變化相同嗎 提示 由于電勢(shì)能具有相對(duì)性 選擇不同的點(diǎn)作零勢(shì)能參考點(diǎn) 表示同一點(diǎn)A 或B 的電勢(shì)能大小可能不相同 但在同一過(guò)程中如由A到B 電場(chǎng)力做功相同 電勢(shì)能的變化相同 三 電勢(shì)1 定義 電荷在電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電勢(shì)能與它的電荷量的 2 定義式 3 單位 在國(guó)際單位制中 電勢(shì)的單位為 符號(hào) 4 矢標(biāo)性 電勢(shì)是 但有正值和負(fù)值之分 比值 伏特 V 標(biāo)量 5 相對(duì)性 1 電勢(shì)是相對(duì)的 只有先確定了電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)為零以后 才能確定電場(chǎng)中其他各點(diǎn)的電勢(shì) 即電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)跟零電勢(shì)位置的選擇 關(guān) 2 電勢(shì)正值與負(fù)值的意義 在規(guī)定了零電勢(shì)后 電場(chǎng)中各點(diǎn)的電勢(shì)可以是正值 也可以是負(fù)值 正值表示該點(diǎn)電勢(shì) 于零電勢(shì) 負(fù)值表示該點(diǎn)電勢(shì) 于零電勢(shì) 有 高 低 6 與電場(chǎng)線的關(guān)系 沿電場(chǎng)線的方向電勢(shì) 四 等勢(shì)面1 定義 電場(chǎng)中 相同的各點(diǎn)構(gòu)成的面叫做等勢(shì)面 降低 電勢(shì) 2 特點(diǎn) 1 在同一等勢(shì)面內(nèi)任意兩點(diǎn)間移動(dòng)電荷時(shí) 靜電力 2 電場(chǎng)線跟等勢(shì)面 并且由電勢(shì)高的等勢(shì)面指向電勢(shì)低的等勢(shì)面 3 在電場(chǎng)線密集的地方 等差等勢(shì)面 在電場(chǎng)線稀疏的地方 等差等勢(shì)面 不做功 垂直 密集 稀疏 核心要點(diǎn)突破 一 電勢(shì)能和重力勢(shì)能的對(duì)比理解 特別提醒 靜電力做功和重力做功盡管有很多相似特點(diǎn) 但因地球產(chǎn)生的重力場(chǎng)只會(huì)對(duì)物體產(chǎn)生引力 但電場(chǎng)對(duì)電場(chǎng)中的電荷既可產(chǎn)生引力 也可產(chǎn)生斥力 所以計(jì)算電場(chǎng)力的功時(shí)要注意電荷的電性 移動(dòng)的方向 場(chǎng)強(qiáng)的方向等 以便確定功的正負(fù)和電勢(shì)能的變化情況 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 1 一負(fù)電荷僅受靜電力的作用 從電場(chǎng)中的A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn) 在此過(guò)程中該電荷做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng) 則A B兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度EA EB及該電荷在A B兩點(diǎn)的電勢(shì)能EpA EpB之間的關(guān)系為 A EA EBB EAEpB 解析 選AD 電荷做勻加速直線運(yùn)動(dòng) 說(shuō)明電荷所受靜電力恒定 由F qE可知 A B兩點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度相等 故A對(duì) B錯(cuò) 由于靜電力做正功 所以電勢(shì)能減小 即EpA EpB 故C錯(cuò) D對(duì) 二 對(duì)電勢(shì)的理解和電勢(shì)高低的判斷1 對(duì)電勢(shì)概念的理解 1 電勢(shì)的相對(duì)性 電勢(shì)是相對(duì)的 只有先確定了零電勢(shì)的位置 才能確定其他點(diǎn)的電勢(shì) 電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)跟零電勢(shì)位置的選擇有關(guān) 實(shí)際問(wèn)題中 常選取無(wú)限遠(yuǎn)處電勢(shì)為零 還常取大地電勢(shì)為零 2 電勢(shì)的固有性電勢(shì) 是表示電場(chǎng)能量屬性的一個(gè)物理量 電場(chǎng)中某點(diǎn)處 的大小是由電場(chǎng)本身的條件決定的 與在該點(diǎn)處是否放著電荷 電荷的電性 電荷量均無(wú)關(guān) 這和許多用比值定義的物理量相同 如前面學(xué)過(guò)的電場(chǎng)強(qiáng)度E F q 3 電勢(shì)是標(biāo)量 電勢(shì)是標(biāo)量 只有大小 沒(méi)有方向 電勢(shì)有正 負(fù) 正值表示該點(diǎn)電勢(shì)比零電勢(shì)高 負(fù)值表示該點(diǎn)電勢(shì)比零電勢(shì)低 當(dāng)規(guī)定了無(wú)限遠(yuǎn)處為零電勢(shì)時(shí) 正電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)中各點(diǎn)的電勢(shì)均為正值 且越靠近正電荷的地方電勢(shì)越高 負(fù)電荷形成的電場(chǎng)則相反 2 電場(chǎng)中兩點(diǎn)電勢(shì)高低的判斷方法 1 根據(jù)電場(chǎng)力做功判斷 在兩點(diǎn)間移動(dòng)正電荷 如果電場(chǎng)力做正功 則電勢(shì)降低 如果電場(chǎng)力做負(fù)功 則電勢(shì)升高 在兩點(diǎn)間移動(dòng)負(fù)電荷 如果電場(chǎng)力做正功 則電勢(shì)升高 如果電場(chǎng)力做負(fù)功 則電勢(shì)降低 2 根據(jù)電場(chǎng)線方向判定電場(chǎng)線的方向就是電勢(shì)降低最快的方向 3 根據(jù)電荷電勢(shì)能的變化判斷 在兩點(diǎn)間移動(dòng)正電荷時(shí) 電勢(shì)能增加 則電勢(shì)升高 電勢(shì)能減小 則電勢(shì)降低 在兩點(diǎn)間移動(dòng)負(fù)電荷時(shí) 電勢(shì)能增加 則電勢(shì)降低 電勢(shì)能減小 則電勢(shì)升高 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 2 關(guān)于電勢(shì)的高低 下列說(shuō)法正確的是 A 沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)逐漸降低B 電勢(shì)降低的方向一定是電場(chǎng)線的方向C 正電荷在只受靜電力作用下 一定向電勢(shì)低的地方運(yùn)動(dòng)D 負(fù)電荷在只受靜電力的作用下 由靜止釋放 一定向電勢(shì)高的地方運(yùn)動(dòng) 解析 選AD 電場(chǎng)線方向一定是電勢(shì)降落的方向 反之則不一定成立 故A對(duì) B錯(cuò) 對(duì)C D可先判斷出電場(chǎng)的方向 再判斷電勢(shì)的高低 但C項(xiàng)中初速度的大小和方向不確定 所以C錯(cuò) D對(duì) 三 對(duì)等勢(shì)面的認(rèn)識(shí)1 等勢(shì)面的特點(diǎn) 1 等勢(shì)面一定與電場(chǎng)線垂直 即跟電場(chǎng)強(qiáng)度的方向垂直 2 在同一等勢(shì)面上移動(dòng)電荷時(shí)靜電力不做功 3 電場(chǎng)線總是從電勢(shì)高的等勢(shì)面指向電勢(shì)低的等勢(shì)面 4 任意兩個(gè)等勢(shì)面都不會(huì)相交 不相切 2 幾種典型電場(chǎng)的等勢(shì)面 1 點(diǎn)電荷電場(chǎng)中的等勢(shì)面 是以點(diǎn)電荷為球心的一簇球面 如圖1 4 1甲 2 等量異號(hào)點(diǎn)電荷電場(chǎng)中的等勢(shì)面 是兩簇對(duì)稱的曲面 如圖乙 3 等量同號(hào)點(diǎn)電荷電場(chǎng)中的等勢(shì)面 是兩簇對(duì)稱的曲面 如圖丙 4 勻強(qiáng)電場(chǎng)中的等勢(shì)面 是垂直于電場(chǎng)線的一簇平面 如圖丁 5 形狀不規(guī)則的帶電導(dǎo)體附近的電場(chǎng)線及等勢(shì)面 如圖戊 圖1 4 1 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 3 關(guān)于等勢(shì)面的說(shuō)法 正確的是 A 電荷在等勢(shì)面上移動(dòng)時(shí) 由于不受靜電力作用 所以說(shuō)靜電力不做功B 在同一個(gè)等勢(shì)面上各點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小相等C 兩個(gè)不等電勢(shì)的等勢(shì)面可能相交D 若相鄰兩等勢(shì)面間的電勢(shì)之差相等 則等勢(shì)面的疏密程度能反映場(chǎng)強(qiáng)的大小 解析 選D 等勢(shì)面由電勢(shì)相等的點(diǎn)組成 等勢(shì)面附近的電場(chǎng)線跟等勢(shì)面垂直 因此電荷在等勢(shì)面上移動(dòng)時(shí) 靜電力不做功 但并不是不受靜電力作用 A錯(cuò) 等勢(shì)面上各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小不一定相等 等勢(shì)面不可能相交 B C錯(cuò) 等勢(shì)面的疏密反映場(chǎng)強(qiáng)的大小 D對(duì) 課堂互動(dòng)講練 在電場(chǎng)中 把電荷量為4 10 9C的正點(diǎn)電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn) 克服靜電力做功6 10 8J 以下說(shuō)法中正確的是 A 電荷在B點(diǎn)具有的電勢(shì)能是6 10 8JB B點(diǎn)的電勢(shì)是15VC 電荷的電勢(shì)能增加了6 10 8JD 電荷的電勢(shì)能減少了6 10 8J 思路點(diǎn)撥 1 電勢(shì)能的變化與靜電力做功有關(guān) 2 電勢(shì)和電勢(shì)能與零勢(shì)面的選取有關(guān) 精講精析 電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)能具有相對(duì)性 只有確定零勢(shì)能點(diǎn) B點(diǎn)的電勢(shì) 電勢(shì)能才有確定的值 所以A B錯(cuò) 克服靜電力做功6 10 8J 則電勢(shì)能增加6 10 8J 所以C對(duì)D錯(cuò) 答案 C 題后反思 靜電力做了多少功 電勢(shì)能就變化了多少 并不是說(shuō) 靜電力做了多少功 電勢(shì)能就等于多少 如有這種錯(cuò)誤認(rèn)識(shí) 就會(huì)誤選A 變式訓(xùn)練1電場(chǎng)中有A B兩點(diǎn) A點(diǎn)的電勢(shì) A 30V B點(diǎn)的電勢(shì) B 10V 一個(gè)電子由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過(guò)程中 下面幾種說(shuō)法中正確的是 A 電場(chǎng)力對(duì)電子做功20eV 電子的電勢(shì)能減少了20eVB 電子克服電場(chǎng)力做功20eV 電子的動(dòng)能減少了20eVC 電場(chǎng)力對(duì)電子做功20eV 電子的電勢(shì)能和動(dòng)能之和增加了20eVD 電子克服電場(chǎng)力做功20eV 電子的電勢(shì)能增加了20eV 動(dòng)能和電勢(shì)能之和不變 解析 選BD WAB EpA EpB q A q B e 30V e 10V 20eV 即電子克服電場(chǎng)力做功20eV 電勢(shì)能增加20eV 故A錯(cuò) 由能量守恒可知 動(dòng)能減少20eV 故B D對(duì) C錯(cuò) 2010年高考山東理綜卷 某電場(chǎng)的電場(chǎng)線分布如圖1 4 2所示 以下說(shuō)法正確的是 圖1 4 2 思路點(diǎn)撥 根據(jù)電場(chǎng)線的疏密判定場(chǎng)強(qiáng)大小 根據(jù)電場(chǎng)線方向判斷電勢(shì)高低 根據(jù)電場(chǎng)力做功的正 負(fù)判斷電勢(shì)能的變化 精講精析 電場(chǎng)線的疏密表示電場(chǎng)的強(qiáng)弱 A項(xiàng)錯(cuò)誤 沿著電場(chǎng)線方向電勢(shì)逐漸降低 B項(xiàng)正確 q在a點(diǎn)所受電場(chǎng)力方向沿電場(chǎng)線的切線方向 由于電場(chǎng)線為曲線 所以 q不沿電場(chǎng)線運(yùn)動(dòng) C項(xiàng)錯(cuò)誤 在d點(diǎn)固定一點(diǎn)電荷 Q后 a點(diǎn)電勢(shì)仍高于b點(diǎn) q由a移至b的過(guò)程中 電場(chǎng)力做正功 電勢(shì)能減小 D項(xiàng)正確 答案 BD 方法總結(jié) 電場(chǎng)中電勢(shì)高低的判斷方法 1 根據(jù)電場(chǎng)線確定 沿著電場(chǎng)線的方向電勢(shì)越來(lái)越低 2 根據(jù)靜電力做功判斷 在兩點(diǎn)間移動(dòng)正電荷 如果靜電力做正功 則電勢(shì)降低 如果靜電力做負(fù)功 則電勢(shì)升高 在兩點(diǎn)間移動(dòng)負(fù)電荷 如果靜電力做正功 則電勢(shì)升高 如果靜電力做負(fù)功 則電勢(shì)降低 3 根據(jù)場(chǎng)源電荷的電場(chǎng)來(lái)判斷 在正電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)中 離它越近電勢(shì)越高 負(fù)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)情況恰好相反 變式訓(xùn)練2如圖1 4 3所示 某區(qū)域電場(chǎng)左右對(duì)稱分布 M N為對(duì)稱線上的兩點(diǎn) 下列說(shuō)法正確的是 A M點(diǎn)電勢(shì)一定高于N點(diǎn)電勢(shì)B M點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)一定大于N點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)C 正電荷在M點(diǎn)的電勢(shì)能大于在N點(diǎn)的電勢(shì)能D 將電子從M點(diǎn)移動(dòng)到N點(diǎn) 靜電力做正功 圖1 4 3 解析 選AC 沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)逐漸降低 M點(diǎn)電勢(shì)一定高于N點(diǎn)電勢(shì) 故選項(xiàng)A正確 因電場(chǎng)線越密的區(qū)域場(chǎng)強(qiáng)越大 由題圖可知N點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大于M點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng) 故選項(xiàng)B錯(cuò) 由Ep q 可知 正電荷在M點(diǎn)的電勢(shì)能大于在N點(diǎn)的電勢(shì)能 故選項(xiàng)C正確 電子從M點(diǎn)移到N點(diǎn)的過(guò)程中 受到的靜電力與移動(dòng)方向相反 靜電力做負(fù)功 故選項(xiàng)D錯(cuò) 如圖1 4 4所示 虛線同心圓是一簇某靜電場(chǎng)中的等勢(shì)面 其電勢(shì)分別是 a b和 c 一帶正電粒子射入電場(chǎng)中 運(yùn)動(dòng)軌跡如圖中實(shí)線KLMN所示 由圖可知 圖1 4 4 A 粒子從K到L的過(guò)程中 靜電力做負(fù)功 電勢(shì)能增加B 粒子從L到M的過(guò)程中 靜電力做負(fù)功 電勢(shì)能增加C a b cD a b c 思路點(diǎn)撥 根據(jù)運(yùn)動(dòng)軌跡可以判斷場(chǎng)源電荷的性質(zhì) 從而確定各等勢(shì)面的電勢(shì)高低 根據(jù)移動(dòng)方向跟靜電力方向的關(guān)系確定靜電力做功的正負(fù)及電荷電勢(shì)能的增減問(wèn)題 自主解答 由等勢(shì)面的分布規(guī)律可知 該電場(chǎng)為點(diǎn)電荷的電場(chǎng) 由運(yùn)動(dòng)軌跡可知 運(yùn)動(dòng)的正電荷跟場(chǎng)源電荷的相互作用規(guī)律是排斥 所以場(chǎng)源電荷是正電荷 根據(jù)電場(chǎng)線與等勢(shì)面垂直 電場(chǎng)的分布是發(fā)散狀輻射向外的 正電荷從K到L受靜電力的方向背離圓心 與移動(dòng)方向相反 做負(fù)功 電荷的電勢(shì)能增加 選項(xiàng)A正確 從L到M 可看作從跟軌跡有交點(diǎn)的同一等勢(shì)面的點(diǎn)到M 受到的靜電力與移動(dòng)方向相同 靜電力做正功 電荷的電勢(shì)能減少 選項(xiàng)B錯(cuò)誤 根據(jù)電場(chǎng)線的方向是電勢(shì)降低的方向可知選項(xiàng)D正確 答案 AD 題后反思 粒子在同一等勢(shì)面上的電勢(shì)能是相等的 從同一等勢(shì)面上的不同點(diǎn)移動(dòng)電荷到某一點(diǎn) 靜電力做功是相同的 變式訓(xùn)練3如圖1 4 5所示 虛線為某點(diǎn)電荷電場(chǎng)的等勢(shì)面 現(xiàn)有兩個(gè)比荷相同的帶電粒子 不計(jì)重力 以相同的速率從同一等勢(shì)面的a點(diǎn)進(jìn)入電場(chǎng)后沿不同的軌跡1和2運(yùn)動(dòng) 則可判斷 A 兩個(gè)粒子電性相同B 經(jīng)過(guò)b d兩點(diǎn)時(shí) 兩粒子的加速度的大小相同C 經(jīng)過(guò)b d兩點(diǎn)時(shí) 兩粒子的速率相同D 經(jīng)過(guò)c e兩點(diǎn)時(shí) 兩粒子的速率相同 圖1 4 5 由已知條件有 在b d兩點(diǎn)時(shí) 兩者加速度大小相同 B正確 粒子1受斥力 從a到b過(guò)程中 電場(chǎng)力和運(yùn)動(dòng)方向成鈍角 做負(fù)功 動(dòng)能減小 粒子2受引力 從a到d過(guò)程中 電場(chǎng)力和運(yùn)動(dòng)方向始終成銳角 做正功 動(dòng)能增加 又兩粒子初速度大小相同 則兩粒子經(jīng)過(guò)b d兩點(diǎn)時(shí)的速率不相同 C錯(cuò)誤 a c e三點(diǎn)在同一等勢(shì)線上 則從a分別到c e時(shí) 動(dòng)能相同 速率相同 D正確 知能優(yōu)化訓(xùn)練 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