_第3讲电场能的性质12.ppt

一、电势能1.电场的最基本的性质是电场的最基本的性质是。.2.电势能是相对的，与电势能是相对的，与。有关有关.3.电势能是标量，但有正负之分电势能是标量，但有正负之分.4.电场力做功与电势能的关系：在电场中电场力做功与电势能的关系：在电场中移动电荷，电场力做正功，移动电荷，电场力做正功，；电场；电场力做负功，力做负功，.WAB=qUAB=E对放入其中的对放入其中的电荷有力的作用，电荷放入电场后就具有电电荷有力的作用，电荷放入电场后就具有电势能势能零电势点的选取零电势点的选取电势能减小电势能减小电势能增大电势能增大5.电场力做功的特点：电场力做功与路径电场力做功的特点：电场力做功与路径无关，仅取决于无关，仅取决于。.6.计算方法计算方法WqEd，只适用于，只适用于 ，其中，其中d为沿为沿 方向的位移方向的位移WAB=qUAB=E，适用于任何形式的电场，适用于任何形式的电场【特别提示】【特别提示】沿着电场线的方向，电势越来越沿着电场线的方向，电势越来越低；正电荷在电势越高的地方电势能越大，负低；正电荷在电势越高的地方电势能越大，负电荷在电势越高的地方电势能越小电荷在电势越高的地方电势能越小.电荷电荷q在电在电场中场中p点的电势能可以表示为点的电势能可以表示为Ep=qp(q、要要带上符号带上符号).两点间的电势差和移动两点间的电势差和移动的电荷的电荷匀强电场匀强电场电场线电场线即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)1(2010年高考天津卷改年高考天津卷改编编)在静在静电场电场中，将中，将一正一正电电荷从荷从a点移点移动动到到b点，点，电场电场力做了力做了负负功，功，则则()Ab点的点的电场电场强强度一定比度一定比a点大点大B电场线电场线方向一定从方向一定从b指向指向aCb点的点的电势电势能一定比能一定比a点高点高D该电该电荷的荷的动动能一定减小能一定减小C解析：解析：选选C.正正电电荷从荷从a点移点移动动到到b点，点，电场电场力力做了做了负负功，功，电势电势能增加，能增加，说说明明b点的点的电势电势能能一定比一定比a点高，点高，选项选项C正确正确电场电场强强度的大小度的大小与与电势电势的高低无关，无法确定，的高低无关，无法确定，A错误错误b点的点的电势电势比比a点高，即点高，即a、b在不同的等在不同的等势势面面上，但上，但电场线电场线方向不一定从方向不一定从b指向指向a，B错误错误虽虽然然电电荷的荷的电势电势能增加，如有外力做功，能增加，如有外力做功，该电该电荷的荷的动动能不一定减小，能不一定减小，D错误错误1如图如图621所示的匀强电场中，有所示的匀强电场中，有a、b、c三点，三点，ab5 cm，bc12 cm，其中，其中ab沿电场方向，沿电场方向，bc和电场方向成和电场方向成60角，一个角，一个电荷量为电荷量为q4108 C的正电荷从的正电荷从a移到移到b，电场力做功电场力做功W11.2107 J求：求：(1)匀强电场的场强匀强电场的场强E；(2)电荷从电荷从b移到移到c，电场力做的功电场力做的功W2.二、电势1.电场中某点的电势，等于把单位正电荷电场中某点的电势，等于把单位正电荷从该点移到参考点从该点移到参考点P时电场力所做的功时电场力所做的功.2.定义式：定义式：。3.电势由电场本身决定，跟放到电场中的电势由电场本身决定，跟放到电场中的试探电荷无关试探电荷无关.电势的大小与电势的大小与。有关，一般取有关，一般取的电势为零的电势为零.参考面的选择参考面的选择无穷远或大地无穷远或大地三、电势差1.定义：定义：电荷在电场中从一点电荷在电场中从一点A移动另一移动另一点点B，。的比值，叫做的比值，叫做A、B两点间的电势差两点间的电势差.2.公式公式：，3.物理意义：物理意义：反映电场本身的性质，仅取反映电场本身的性质，仅取决于电场两点，与移动电荷决于电场两点，与移动电荷，与零电势，与零电势点的选取点的选取.电场力做的功电场力做的功WAB与所移动电荷的电与所移动电荷的电荷量荷量q无关无关无关无关四、等势面1.电场中电势相等的点构成的面，叫等电场中电势相等的点构成的面，叫等势面势面.2.在等势面上移动电荷，电场力在等势面上移动电荷，电场力.3.等势面的特点：等势面互不相交；电等势面的特点：等势面互不相交；电场线和等势面在相交处互相场线和等势面在相交处互相；电场线的；电场线的方向是电势方向是电势的方向，而且是的方向，而且是最快的最快的方向方向.电场线密的地方等势面电场线密的地方等势面；等势面密；等势面密的地方电场线也的地方电场线也.不做功不做功垂直垂直降低降低降低降低密密密密 说明：说明：电场线、场强、电势、等势面它电场线、场强、电势、等势面它们之间有何关系们之间有何关系1电场线与场强的关系：电场线越密的地方电场线与场强的关系：电场线越密的地方表示场强越大，电场线上每点的切线方向表示表示场强越大，电场线上每点的切线方向表示该点的场强方向该点的场强方向2电场线与电势的关系：沿着电场线方向，电场线与电势的关系：沿着电场线方向，电势越来越低电势越来越低3等势面与电场线的关系等势面与电场线的关系(1)电场线总是与等势面垂直，且从高电势电场线总是与等势面垂直，且从高电势等势面指向低电势等势面等势面指向低电势等势面(2)电场线越密的地方，等差等势面也越密电场线越密的地方，等差等势面也越密(3)沿等势面移动电荷，电场力不做功，沿沿等势面移动电荷，电场力不做功，沿电场线移动电荷，电场力一定做功电场线移动电荷，电场力一定做功4场强数值与电势数值无直接关系：场强场强数值与电势数值无直接关系：场强大大(或小或小)的地方电势不一定大的地方电势不一定大(或小或小)，零电，零电势可人为选取，而场强是否为零则由电场本势可人为选取，而场强是否为零则由电场本身决定身决定例例1a、b、c是匀强电场中的三个点，各点电是匀强电场中的三个点，各点电势势a10 V，b2 V，c6 V，a、b、c三点三点在同一平面上，下列各图中电场强度的方向表在同一平面上，下列各图中电场强度的方向表示正确的是示正确的是()【解析解析】由题意可知：直线由题意可知：直线ab的中点的的中点的电势为电势为6 V，与，与c点等势，故应按点等势，故应按D图进行求图进行求解，电场的方向则由电势高处指向电势低解，电场的方向则由电势高处指向电势低处，处，D图判断正确图判断正确2.有一带电量有一带电量q3106 C的点电荷，从电场中的点电荷，从电场中的的A点移到点移到B点时，克服电场力做功点时，克服电场力做功6104 J，从，从B 点移到点移到C点电场力做功点电场力做功9104 J.(1)AB、BC、CA间电势差各为多少？间电势差各为多少？(2)若以若以B点为零势点，则点为零势点，则A、C两点的电势各为多两点的电势各为多少？该电荷在少？该电荷在A、C两点的电势能各为多少？两点的电势能各为多少？【答案答案】(1)200 V300 V100 V(2)200 V300 V6104 J9104 J主题主题(1)(1)电势、电势差、电势能电势、电势差、电势能1.判判断断电势高高低低的的方方法法有有多多种种：沿沿着着电场线的方向，的方向，电势越来越低越来越低根根据据UAB=A -B，若若UAB0,则AB；若；若UAB0,则AEQ,PQ B.EPEQ,PQ C.EPQ D.EPEQ,PN，A对；将负电荷由对；将负电荷由O点移到点移到P点点要克服电场力做功，即电场力做负功，要克服电场力做功，即电场力做负功，B错；由错；由 及电及电场线疏密程度可知场线疏密程度可知O、M两点之间的电势差应大于两点之间的电势差应大于M、N两点两点间的电势差，间的电势差，C错；从错；从O点释放带正电粒子后，该粒子所受点释放带正电粒子后，该粒子所受电场力的方向始终沿电场力的方向始终沿y轴正方向，则带电粒子将沿轴正方向，则带电粒子将沿y轴做直线轴做直线运动，运动，D对对答案答案AD(双双选选)如如图图733所所示示，在在等等量量正正电电荷荷连连线线的的中中垂垂线线上上取取A、B、C、D四四点点，A、D两两点点与与B、C两两点点均均关关于于O点点对对称称，令令各各点点电电势势分分别别为为F FA、F FB、F FC、F FD，则则下下列列说说法法正正确确的的是是()图图733AF FA=F FB=F FC=F FD BF FAF FDCF FA=F FD、F FB=F FC DF FAF FC、F FBF FD 等等量量正正点点电电荷荷连连线线的的中中点点O处处合合场场强强为为零零，中中垂垂线线O上上方方合合场场强强沿沿中中垂垂线线向向上上，下下方方合合场场强强沿沿中中垂垂线线向向下下，因因“沿沿场场强强方方向向电电势势降降低低”可可判判断断A错错、B对对；电电势势是是标标量量，由由对对称称性性可可知知C对对、D错错本本题题还还可可以以根根据据等等量量正正点点电电荷荷等等势势面面的的分分布布情情况况，结结合合等等势势面面与与电电场场线线的关系判断的关系判断 BC(1)等等量量正正点点电电荷荷连连线线的的中中垂垂线线上上，中中点点电电势势最最高高(2)等等量量负负点点电电荷荷连连线线的的中中垂垂线线上上，中中点点电电势势最最低低(3)等等量量异异种种点点电电荷荷连连线线的的中中垂垂线线是是等等势势线线，取取无无穷穷远远处处电电势势为零，中垂线上各点电势为零为零，中垂线上各点电势为零1.功能关系功能关系(1)若只有电场力做功，电势能与动能之和保持不若只有电场力做功，电势能与动能之和保持不变；变；(2)若只有电场力和重力做功，电势能、重力势能、若只有电场力和重力做功，电势能、重力势能、动能之和保持不变；动能之和保持不变；(3)除重力之外，其他各力对物体做的功等于物体除重力之外，其他各力对物体做的功等于物体机械能的变化机械能的变化(4)所有力对物体所做的功，等于物体动能的变化所有力对物体所做的功，等于物体动能的变化主主题题2：电电场场中中的的功功能能关关系系及及电电场力做功的计算方法场力做功的计算方法2电场力做功的计算方法电场力做功的计算方法(1)由公式由公式WFlcos计算，此公式只适用于匀强电场中，计算，此公式只适用于匀强电场中，可可 变形为变形为WqElcos.(2)由由WqU来计算，此公式适用于任何形式的静电场来计算，此公式适用于任何形式的静电场(3)由动能定理来计算：由动能定理来计算：W电场力电场力W其他力其他力Ek.(4)由电势能的变化计算：由电势能的变化计算：W电场力电场力Ep1Ep2.3带电粒子在电场中做曲线运动时正负功的判断带电粒子在电场中做曲线运动时正负功的判断(1)粒子速度方向一定沿轨迹的切线方向，粒子受力方粒子速度方向一定沿轨迹的切线方向，粒子受力方向一向一 定沿电场线指向轨迹凹侧定沿电场线指向轨迹凹侧(2)带电粒子所受电场力与速度方向间有夹角，当夹角带电粒子所受电场力与速度方向间有夹角，当夹角小于小于90时电场力做正功，当夹角大于时电场力做正功，当夹角大于90时电场力做时电场力做负功负功 利用利用WqU计算电场力做的功时，可将计算电场力做的功时，可将q、U的正负的正负号一起代入，计算出的号一起代入，计算出的W也有正负之分，能表示电场力做也有正负之分，能表示电场力做正、负功；也可以只代入正、负功；也可以只代入q、U的绝对值，然后根据电的绝对值，然后根据电场力的方向和电荷移动方向判断功的正负场力的方向和电荷移动方向判断功的正负（单选）如如图7-3-4所所示示，虚虚线为静静电场中中的的等等势面面1、2、3、4，相相邻的的等等势面面之之间的的电势差差相相等等，其其中中等等势面面3的的电势为0.一一带正正电的的点点电荷荷在在静静电力力的的作作用用下下运运动，经过a、b点点时的的动能能分分别为26eV和和5eV.当当图图7-3-4这一点电荷运动到某一位置，其电势能变为这一点电荷运动到某一位置，其电势能变为-8eV时，它的动能应为时，它的动能应为()A.8eV B.13eV C.20eV D.34eVC等等势面面电势能能电场力做功力做功因因相相邻的的等等势面面之之间的的电势差差相相等等，那那么么点点电荷荷在在相相邻两两个个等等势面面间运运动时电场力力做做功功相相同同，则电势能能的的变化化相相同同；由由a运运动到到b，动能能减减少少了了Ek=26eV-5eV=21eV，则每每经过相相邻等等势面面动能能减减少少7eV，电势能能增增加加7eV.其其中中等等势面面3的的电势为0，点点电荷荷在在该处的的电势能能为零零；动能能应该为12eV，即即该带电粒粒子子动能能和和势能能的的总和和为E=0+12eV=12eV，经过某某一一 处 时，电 势 能能 为-8eV，则 动 能能 应 该 为Ek=12eV-(-8eV)=20eV.C正确正确主主题题(3)(3)结结合合带带电电粒粒子子运运动动轨迹分析问题轨迹分析问题一一带带电电粒粒子子在在如如图图7-3-5所所示示的的点点电电荷荷的的电电场场中中，在在电电场场力力作作用用下下沿沿虚虚线线所所示示轨轨迹迹从从A点点运运动动到到B点点，电电荷荷的的加加速速度度、动动能能、电电势势能能变变化化情况是情况是()A.加加速速度度的的大大小小和和动动能能、电电势势能能都都增增大大B.加加速速度度的的大大小小和和动动能能、电电势势能能都都减减小小C.加加速速度度增增大大，动动能能增增大大，电电势势能能减减小小D.加加速速度度增增大大，动动能能减减小小，电电势势能能增增大大C（单选）如如图7-3-6中中的的虚虚线为某某电场的的等等势面面，今今有有两两个个带电粒粒子子(不不计重重力力和和它它们的的相相互互作作用用力力)，以以不不同同的的速速率率、沿沿不不同同的的方方向向，从从A点点飞入入电场后后，分分别沿沿径径迹迹1和和2运运动，由由轨迹迹可可以断定以断定()图图7-3-6BA.两粒子带电量的绝对值一定不同两粒子带电量的绝对值一定不同B.两粒子的电性一定不同两粒子的电性一定不同C.两粒子的动能都是先减少后增大两粒子的动能都是先减少后增大D.两粒子分别经过两粒子分别经过B、C两点时的速率一定相等两点时的速率一定相等由由轨迹迹可可判判断断，1粒粒子子受受到到了了排排斥斥力力，2粒粒子子是是受受到到了了吸吸引引力力，所所以以它它们的的带电性性质一一定定不不同同，B正正确确；它它们均均先先靠靠近近场源源，后后远离离场源源，但但1粒粒子子的的动能能先先减减小小后后增增大大(受受到到了了排排斥斥力力)，2粒粒子子的的动能能先先大大后后小小(受受到到了了吸吸引引力力)，C不不正正确确.UAB=0,UAC=0,两两粒粒子子的的初初速速度度大大小不同，所以小不同，所以D错误.主题主题(3)(3)电场力做功的计算电场力做功的计算电场力力做做功功的的特特点点是是与与路路径径无无关关，仅取取决决于于两两点点间的的电势差差和和移移动的的电荷荷.一一般求般求电场力做功有几种方法：力做功有几种方法：根据功的定根据功的定义式：式：WAB=FsABcos=qEdAB此此式式仅适适用用于于匀匀强电场，sAB为电场中中A、B两两点点的的距距离离，dAB为沿沿着着电场线方方向的位移向的位移.根据根据电势变化化计算：算：WAB=qUAB=q(A-B)此此式式适适用用任任何何电场，计算算的的时候候可可以以将将q、UAB都都带符符号号计算算，WAB的的结果果是是正正的的，说明明电场力力做做正正功功，结果果是是负的的，说明明电场力力做做负功功.也也可可以以先先只只将将q、UAB的的绝对值代代入入计算算，再再根根据据力力和和位位移移的的方方向向关关系系来来判判断断电场力做了正功力做了正功还是是负功功.根根据据电势能能变化化计算算：WAB=Ep=EpAEpB1双选双选在某一电场中同一个等势面上的两在某一电场中同一个等势面上的两点，其电场强度的关系为点，其电场强度的关系为 ()A大小一定相同，方向可能不同大小一定相同，方向可能不同 B大小可能相同，方向可能不同大小可能相同，方向可能不同 C大小不可能相同，方向可能相同大小不可能相同，方向可能相同 D大小可能不同，方向可能相同大小可能不同，方向可能相同解析：解析：等势面上的两点只能确定电势相等，电势是一个相对等势面上的两点只能确定电势相等，电势是一个相对物理量，由人为选取电势零点决定，与电场强度没有必然联物理量，由人为选取电势零点决定，与电场强度没有必然联系，故电场强度的大小和方向相同皆有可能，即大小可能相系，故电场强度的大小和方向相同皆有可能，即大小可能相同也可能不同，方向可能相同也可能不同综上所述，同也可能不同，方向可能相同也可能不同综上所述，B、D项正确项正确答案：答案：BD 2.双选双选在某水平方向的电场在某水平方向的电场 线线AB上上(电场线方向未标明，电场线方向未标明，如图如图726所示所示)，将一受到水平向右恒定拉力的带电，将一受到水平向右恒定拉力的带电粒子粒子(不计重力不计重力)在在A点由静止释放，带电粒子沿点由静止释放，带电粒子沿AB方向开方向开始运动，经过始运动，经过B点时的速度恰好为零，则下列结论正确点时的速度恰好为零，则下列结论正确的是的是 ()A粒子的运动不可能是匀速运动，也不可能是粒子的运动不可能是匀速运动，也不可能是匀加速运动匀加速运动B可能可能A点的电势高于点的电势高于B点的电势，也可能点的电势，也可能A点点的电势低于的电势低于B点的电势点的电势CA处的场强可能大于处的场强可能大于B处的场强处的场强D粒子在粒子在A、B两点间移动时，恒力做功的数两点间移动时，恒力做功的数值大于粒子在值大于粒子在A、B两点间的电势能之差的绝对两点间的电势能之差的绝对值值解析：解析：由题中叙述可知，带电粒子由由题中叙述可知，带电粒子由A点运动到点运动到B点，速度先点，速度先增大后减小，故粒子的运动不可能为匀速运动，也不可能为增大后减小，故粒子的运动不可能为匀速运动，也不可能为匀加速运动，匀加速运动，A正确；由动能定理得，拉力做正功，电场力正确；由动能定理得，拉力做正功，电场力一定做负功，电势能增大，且恒力做的功等于电势能的增加一定做负功，电势能增大，且恒力做的功等于电势能的增加量，故量，故D错误；但因粒子的电性未知，故电场方向和电势的错误；但因粒子的电性未知，故电场方向和电势的高低也无法确定，因此高低也无法确定，因此B正确；电场力的方向由正确；电场力的方向由B指向指向A，开，开始向右加速，始向右加速，FqEA，后来粒子减速，后来粒子减速，FqEB，所以，所以EAbc,一带正电粒子射入电场中，其运一带正电粒子射入电场中，其运动轨迹如实线动轨迹如实线KLMN所示。由图可知所示。由图可知()A.粒子从粒子从K到到L的过程中，电场力做负功的过程中，电场力做负功B.粒子从粒子从L到到M的过程中，电场力做负功的过程中，电场力做负功C.粒子从粒子从K到到L的过程中，电势能增加的过程中，电势能增加D.粒子从粒子从L到到M的过程中，动能减少的过程中，动能减少A C图图6-2-12