1.4电势能和电势.ppt

电势能和电势电势能和电势复习回顾复习回顾1.功的计算：功的计算：2.重力做功有什么特点？重力做功有什么特点？(1)与路径无关与路径无关,由初末位置的高度差来决定由初末位置的高度差来决定.(2)WG与重力势能的关系与重力势能的关系.(3)重力势能是相对的重力势能是相对的,有零势能面有零势能面.(人为选人为选定定)重力势能具有系统性重力势能具有系统性功是能量转化的量度！功是能量转化的量度！一、静电力做功的特点一、静电力做功的特点 正电荷正电荷q在电场在电场强度为强度为E的匀强的匀强电场中由电场中由A运动运动到到M电场力做功电场力做功吗？做了多少功吗？做了多少功？Eqq受力吗？多大？AMW=qEAMF F求试探电荷求试探电荷q沿直线沿直线AB移动到移动到B时电场力时电场力做的功：做的功：E+q ABMF FE+q ABM结论：结论：在在匀强电场匀强电场中移动电荷时，静电力做的中移动电荷时，静电力做的功与电荷的功与电荷的起始位置和终止位置起始位置和终止位置有关，有关，但与但与路径路径无关。无关。(对于非匀强电场也适用对于非匀强电场也适用)这与什么力做功像似呢？将将+q由由A移移到到B的过程电的过程电场力对电荷做场力对电荷做功为：功为：将将-q由由A移到移到B的过程，电场的过程，电场力对电荷做功为：力对电荷做功为：dAB+qEL二、电势能二、电势能电场力做功与电势能有什么关系？电场力做功与电势能有什么关系？联系重力做功与重力势能的关系联系重力做功与重力势能的关系电荷在电场中具有的与电荷位置有关的能电荷在电场中具有的与电荷位置有关的能物体被举高具有重力势能。物体被举高具有重力势能。1.电荷在电场中具有电势能。电荷在电场中具有电势能。重力对物体做正功，物体的重力势能减小重力对物体做正功，物体的重力势能减小 2.电场力对电荷做正功电场力对电荷做正功,电荷的电势能减小电荷的电势能减小 重力对物体做负功，物体的重力势能增大重力对物体做负功，物体的重力势能增大 3.电场力对电荷做负功电场力对电荷做负功,电荷的电势能增大电荷的电势能增大 重力做多少功物体重力势能变化多少。重力做多少功物体重力势能变化多少。4.电场力做多少功，电荷电势能就变化多少电场力做多少功，电荷电势能就变化多少重力势能是相对的，与零势能面有关重力势能是相对的，与零势能面有关5.电势能是相对的，与零电势能面有关电势能是相对的，与零电势能面有关通常把电荷在离场源电荷通常把电荷在离场源电荷无限远处无限远处的电势能规定的电势能规定为为零零，或把电荷在，或把电荷在大地表面大地表面上电势能规定为上电势能规定为零零。电荷在某点的电势能，等于静电力把它从电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该处移动到零势能位置电场力所做的功该处移动到零势能位置电场力所做的功重力势能是物体和地球所共有的，具有系统性重力势能是物体和地球所共有的，具有系统性6.电势能是电荷和电场所共有的具有系统性电势能是电荷和电场所共有的具有系统性7.电势能是标量电势能是标量尽管重力做功与电场力做功很相似，但还是尽管重力做功与电场力做功很相似，但还是存在很大差异存在很大差异n正电荷顺电场线移动，正电荷顺电场线移动，电场力做正功，电势能减少电场力做正功，电势能减少n 负电荷顺电场线移动，负电荷顺电场线移动，电场力做负功，电势能增加电场力做负功，电势能增加n 正电荷逆电场线移动，正电荷逆电场线移动，电场力做负功，电势能增加电场力做负功，电势能增加n 负电荷逆电场线移动，负电荷逆电场线移动，电场力做正功，电势能减少电场力做正功，电势能减少存在两种电荷存在两种电荷存在两种电荷存在两种电荷我具有的电势我具有的电势能是我自己单能是我自己单独拥有的独拥有的我的电势能我的电势能是与电场共是与电场共同拥有的同拥有的EE你同意谁的观点呢？你同意谁的观点呢？电荷电荷A电荷电荷B例例1右图中右图中MN为电场中某一条电场线方为电场中某一条电场线方向向右，在线取两点向向右，在线取两点a、b 今将一电荷今将一电荷q从从a移到移到b则则（）A.电场力做正功，电场力做正功，q的电势能增加；的电势能增加；B.电场力做负功，电场力做负功，q的电势能增加；的电势能增加；C.电场力做正功，电场力做正功，q的电势能减少；的电势能减少；D.电场力做负功，电场力做负功，q的电势能减少。的电势能减少。C C 例例2：A和和B为电场中某条电场线上的点，为电场中某条电场线上的点，如图：将如图：将q=410-9的正电荷从的正电荷从A点移到点移到B点点需克服电场力做功需克服电场力做功5 10-7J，则则 电场方向由电场方向由AB还是还是BA？电荷在哪点时电势能大？大多少？电荷在哪点时电势能大？大多少？AB电势：电势：描述电场的能的性质的物理量。描述电场的能的性质的物理量。比值比值E EpApA/q/q的大小与试探电荷的正负及电的大小与试探电荷的正负及电量量q q均无关，均无关，只与电场中该点在电场中的位置有关，只与电场中该点在电场中的位置有关，故其可衡量电场的性质。故其可衡量电场的性质。三三.电势电势电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值2.公式公式:3.单位单位:伏特伏特 符号为符号为V1 V=1 J/C三三.电势电势1.定义定义:对电势的理解 1.电势的相对性：某点电势的大小是相对于零点电势而言的。零电势的选择是任意的，一般选地面和无穷远为零势能面。2.电势的固有性：电场中某点的电势的大小是由电场本身的性质决定的，与放不放电荷及放什么电荷无关。3.电势是标量4.计算时EP,q,都带正负号。例例3.将一电量为将一电量为 的点电荷从的点电荷从电场外一点电场外一点P移至电场中某点移至电场中某点A,电场力电场力做做 功功 ,求求A点的电势点的电势.解解:设场外一点设场外一点P的电势为的电势为从从P A,电场力做的功电场力做的功 PAEW-=电势确定首先要确定零电势处电势确定首先要确定零电势处,且电势可以为且电势可以为负负电势的正负代表什么意思呢？思考：思考：电势的高低FFFF电势与电场线关系：沿电场线的方向降低的证明+-A AB BA AB BA AB BA AB B-+A到到B，电，电势能降低势能降低电势降低电势降低B 到到A，电，电势能增加势能增加电势升高电势升高A到到 B，电，电势能增加势能增加电势降低电势降低B 到到A，电，电势能降低势能降低电势升高电势升高电势的高低与哪些因素有关呢？沿电场线方向降低练习练习:如图所示如图所示,在同一条电场线上有在同一条电场线上有A.B.C 三点三点,将将 的点电荷由的点电荷由A点移动点移动到到B点点,电场力做什么功电场力做什么功?做多少功做多少功?电势能变化电势能变化了多少了多少?再将该电荷由再将该电荷由B点移到点移到C点点,电场力做电场力做什么功什么功?做多少功做多少功?电势能变化了多少电势能变化了多少?ABC四、等势面四、等势面1 1定义：电场中电势相等的各点构成的面定义：电场中电势相等的各点构成的面E E虚线为等势面虚线为等势面ABCD等等势势面面图图形形特点特点点点电电荷荷以点以点电电荷荷为为球球心的一簇球面心的一簇球面等量异种等量异种点点电电荷荷两簇两簇对对称的曲称的曲面面2 2几种典型的电场的等势面几种典型的电场的等势面等等势势面面图图形形特点特点等量同种点等量同种点电电荷荷两簇两簇对对称的曲面称的曲面匀匀强强电场电场垂直于垂直于电场线电场线的的一簇平面一簇平面形状不形状不规则规则的的带带电导电导体体不不规则规则球面球面等势面等势面几种典型电场的等势面：几种典型电场的等势面：1、点电荷电场中的等势面：、点电荷电场中的等势面：以点电荷为球心的一簇球以点电荷为球心的一簇球面面等势面等势面2、等量异种点电荷电场中、等量异种点电荷电场中的等势面：的等势面：两簇对称曲面两簇对称曲面等势面等势面3、等量同种点电荷电场中、等量同种点电荷电场中的等势面：的等势面：两簇对称曲面两簇对称曲面等势面等势面5、匀强电场中的等势面：、匀强电场中的等势面：垂直于电场线的一簇平面垂直于电场线的一簇平面4、形状不规则的带电导、形状不规则的带电导体附近的电场线及等势体附近的电场线及等势面面有关等势面的几个思考：有关等势面的几个思考：2、等势面与电场线的位置关系如何？、等势面与电场线的位置关系如何？3、两个等势面可以相交吗？、两个等势面可以相交吗？4、1、在同一等势面上移动电荷电场力、在同一等势面上移动电荷电场力 是否做功？是否做功？不作功不作功 等势面一定跟电场线垂直，即跟场强方向垂直等势面一定跟电场线垂直，即跟场强方向垂直 永不相交永不相交场强大的地方，两等势面间的距离小，场强小的地方，场强大的地方，两等势面间的距离小，场强小的地方，两等势面间的距离大两等势面间的距离大4 4等势面的应用等势面的应用(1)(1)由等势面可以判断电场中各点电势的高低及差别由等势面可以判断电场中各点电势的高低及差别(2)(2)由等势面可以判断电荷在电场中移动时静电力做功由等势面可以判断电荷在电场中移动时静电力做功情况情况(3)(3)已知等势面的分布和其形状，再根据电场线与等势已知等势面的分布和其形状，再根据电场线与等势面相互垂直的特点，就能描绘出电场线的分布情况，面相互垂直的特点，就能描绘出电场线的分布情况，确定电场的分布确定电场的分布.等势面等势面如图所示，虚线如图所示，虚线a、b和和c是某静电场中的三个等势面，它们的电是某静电场中的三个等势面，它们的电势分别为势分别为 、和和 ，一带正电粒子射入电场中，其运动轨迹，一带正电粒子射入电场中，其运动轨迹如实线如实线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，动能减少等势面等势面如图所示，三个等差等势面上有如图所示，三个等差等势面上有a、b、c、d四点，若四点，若将一个正电荷由将一个正电荷由c经经a移动到移动到d电场力做正功电场力做正功W1，若由，若由c经经b移动到移动到d电场力做正功电场力做正功W2，则：，则：1.如图所示，如图所示，a、b、c、d为某电场中的等势为某电场中的等势面，一带正电粒子飞入电场后只在电场力作面，一带正电粒子飞入电场后只在电场力作用下沿用下沿M点到点到N点的虚线运动由图可知，点的虚线运动由图可知，四个等势面电势四个等势面电势Ua、Ub、Uc、Ud由高到低由高到低的排列顺序是的排列顺序是_，带电粒子在，带电粒子在M、N两两点中，电势能较大的是点中，电势能较大的是_点点能力提升能力提升:2.图一表示等量异种电荷图一表示等量异种电荷P和和Q形成的电场内的一簇形成的电场内的一簇等势面，求等势面，求(1)P、Q各带何种电荷？各带何种电荷？(1)(2)把把q=107C的正点电荷从的正点电荷从A移移到到B，电场力做多少功？，电场力做多少功？(2)(3)把把q从从B移到移到C电场力做多少功电场力做多少功？(3)(4)把把q从从C移到移到A电场力做多少功电场力做多少功？(4)(5)q从从A出发经过出发经过B和和C回到回到A的过的过程中电场力对电荷做的总功为多少？程中电场力对电荷做的总功为多少？【典例1】如图所示，在静电场中，一个负电荷q受到一个非静电力作用，由A点移动到B点，则下列说法正确的是()A.非静电力和电场力做功之和等于电荷电势能增量和动能增量之和B.非静电力做功等于电势能增量和动能增量之和C.电荷克服电场力做功等于电势能的增量D.非静电力做功和电场力做功之和等于电荷动能的增量BCDBCD A.一正电荷从M沿直线移到N，静电力对电荷做正功，电势能减小B.一正电荷从M沿直线移到N，电荷克服静电力做功，电势能增加C.一负电荷从M沿直线移到N，静电力对电荷做正功，电势能减小D.一负电荷从M沿直线移到N，再从N沿不同路径移到M，则电荷克服静电力做的功等于静电力对电荷所做的功，电势能不变AD【典例2】将带电荷量为6106 C的负电荷从电场中的A点移到B点，克服电场力做了3105 J的功，再从B移到C，电场力做了1.2105 J的功，则(1)电荷从A移到B，再从B移到C的过程中电势能共改变了多少？(2)如果规定A点的电势为零，则该电荷在B点和C点的电势能分别为多少？B点和C点的电势分别为多少？(3)如果规定B点的电势为零，则该电荷在A点和C点的电势能分别为多少？A点和C点的电势分别为多少？【变式2】如图所示，真空中等量异种点电荷放置在M、N两点，在MN的连线上有对称点a、c，MN连线的中垂线上有对称点b、d，则下列说法正确的是()A.a点场强与c点场强一定相同B.a点电势一定低于c点电势C.负电荷在c点电势能一定大于在a点电势能D.正电荷从d点移到b点电场力不做功 AD【典例3】位于A、B处的两个带有不等量负电的点电荷在平面内电势分布如图所示，图中实线表示等势线，则()Aa点和点和b点的电场强度相同点的电场强度相同B正电荷从正电荷从c点移到点移到d点，电场力做正功点，电场力做正功C负电荷从负电荷从a点移到点移到c点，电场力做正功点，电场力做正功D正电荷从正电荷从e点沿图中虚线移到点沿图中虚线移到f点，电势能先减小后增大点，电势能先减小后增大 CD【变式3】如图146所示，某区域电场线左右对称分布，M、N为对称线上的两点下列说法正确的是()AM点电势一定高于点电势一定高于N点电势点电势BM点场强一定大于点场强一定大于N点场强点场强C正电荷在正电荷在M点的电势能大于在点的电势能大于在N点的电势能点的电势能D将电子从将电子从M点移动到点移动到N点，电场力做正功点，电场力做正功 AC 如果把q1.0108 C的电荷从无穷远处移到电场中的A点，需要克服电场力做功W1.2104 J，那么：(1)q在A点的电势能和A点的电势各是多少？(2)q在未移入电场前A点的电势是多少？电势、电势能计算电势高低的判断方法3(2010重庆高二检测)一个带电粒子在匀强电场中运动的轨迹如图中曲线AB所示，平行的虚线a、b、c、d表示该电场中的四个等势面不计粒子重力，下列说法中正确的是()A A该粒子一定带正电该粒子一定带正电B B四个等势面中四个等势面中a a等势面的电势一定最低等势面的电势一定最低C C该粒子由该粒子由A A到到B B过程中动能一定逐渐减小过程中动能一定逐渐减小D D该粒子由该粒子由A A到到B B过程中电势能一定逐渐减小过程中电势能一定逐渐减小 Dn如下图所示，在静电场中，一个负电荷q受到一个非静电力作用，由A点移动到B点，则下列说法正确的是()A.非静电力和电场力做功之和等于 电荷电势能增量和动能增量之和B.非静电力做功等于电势能增量和动能增量之和C.电荷克服电场力做功等于电势能的增量D.非静电力做功和电场力做功之和等于电荷动能的增量BCD【跟踪发散】如图，光滑绝缘半圆环轨道放在竖直向下的匀强电场中，场强为E.在与环心等高处放有一质量为m、带电q的小球，由静止开始沿轨道运动，下列说法正确的是()A.小球在运动过程中机械能守恒B.小球经过环的最低点时速度最大C.小球电势能增加EqRD.小球由静止释放到达最低点，动能的增加量等于mgRBn如右图所示，xOy平面内有一匀强电场，场强为E，方向未知，电场线跟x轴的负方向夹角为，电子在坐标平面xOy内，从原点O以大小为v0方向沿x正方向的初速度射入电场，最后打在y轴上的M点电子的质量为m，电荷量为e，重力不计则()A.O点电势高于M点电势B.运动过程中电子在M点电势能最多C.运动过程中，电子的电势能先减少后增加D.电场对电子先做负功，后做正功D1.(2010广东理综)图是某一点电荷的电场线分布图，下列表述正确的是()Aa点的电势高于b点的电势B该点电荷带负电Ca点和b点电场强度的方向相同Da点的电场强度大于b点的电场强度答案：BD3在如图所示的四个电场中，均有相互对称分布的a、b两点，其中a、b两点电势和场强都相同的是()C4.如图所示，某区域电场线左右对称分布，M、N为对称线上两点下列说法正确的是()AM点电势一定高于N点电势BM点场强一定大于N点场强C正电荷在M点的电势能大于在N点的电势能D将电子从M点移动到N点，电场力做正功AC5.空间有一沿x轴对称分布的电场，其电场强度E随x变化的图象如图所示，下列说法中正确的是()AO点的电势最低Bx2点的电势最高Cx1和x1两点的电势相等Dx1和x3两点的电势相等答案：C n如图所示，a、b、c是氢原子的核外电子绕核运动的三个可能轨道，取无穷远电子的电势能为零，电子在a、b、c三个轨道时对应的电势能分别为13.6 eV，3.4 eV，1.51 eV，由于某种因素(如加热和光照)的影响，电子会沿椭圆轨道跃迁到离核更远的轨道上运动，求：(1)a、b、c三点的电势大小 (2)a、b间，b、c间电势差的大小 一个带正电的质点，电荷量q2.0109C，在静电场中由A点移到B点，在这过程中，除电场力外，其他力做的功为6.0105J，质点的动能增加了8.0105 J，则a、b两点间电势差ab为()A3104 V B1104 V C3104 V D1104 V 一电子飞经电场中A、B两点，电子在A点电势能为4.81017 J，动能为3.21017 J，电子经过B点时电势能为3.21017 J，如果电子只受电场力作用，则()A电子在B点时动能为4.81017 J B由A到B电场力做功为100 eV C电子在B点时动能为1.61017 J DA、B两点间电势差为100 VABn如图所示，实线是电场线，虚线为等势面，已知相邻两等势面间的电势差相等，有一正电荷在等势面L3处的动能为20 J，运动到L1处的动能为零，若取L2处为零势面，则当此电荷的电势能为6 J时，它的动能(不计重力及其他阻力)是()A16 J B24 J C6 J D4 JD【跟踪发散】如图，a.b和c分别表示点电荷的电场中的三个等势面，它们的电势分别为6V、4V和1.5V一质子(11H)从等势面a上某处由静止释放，仅受电场力作用而运动，已知它经过等势面b时的速率为v，则对质子的运动有下列判断，正确的是()A质子从a等势面运动到c等势面电势能增加4.5 eVB质子从a等势面运动到c等势面动能减少4.5 eVC质子经过等势面c时的速率为2.25vD质子经过等势面c时的速率为1.5vD C 4.如图所示的匀强电场场强为103N/C,ab平行于电场线，abcd4cm,acbd3cm.则下述计算结果正确的是()Aab之间的电势差为40 VBac之间的电势差为50 VC将q5103C的点电荷沿矩形路径abdc移动一周，电场力做功是0.25 JD将q5103C的点电荷沿abd从a移动到d，电场力做功是0.25 JA【跟踪发散】11：平行的带电金属板A、B间是匀强电场如图所示，两板间距离是5cm，两板间的电压是60 V.(1)两板间的场强是多大？(2)电场中有P1和P2，P1点离A板0.5cm，P2点离B板也是0.5cm，P1和P2两点间的电势差多大？(3)若B板接地，P1和P2两点的电势各是多少伏？n如右图所示，a、b、c是一条电场线上的三个点，电场线的方向由a到c，a、b间的距离等于b、c间的距离，用a、b、c和Ea、Eb、Ec分别表示a、b、c三点的电势和电场强度，可以判断()Aabc BEaEbEcCabbc DEaEbEcA 如右图所示的电场，等势面是一簇互相平行的竖直平面，间距均为d，各面电势已在图中标出，现有一质量为m的带电小球以速度v0与水平方向成45角斜向上射入电场，要使小球做直线运动求：(1)小球应带何种电荷？电荷量是多少？(2)在入射方向上小球最大位移量是多少？(电场足够大)【跟踪发散】如右图所示，两块不带电的竖直平行金属板相距为d，一个重为G的带电小球在重力作用下在两板间竖直下落，此时小球的运动轨迹是AB，当两板间加上电压U时，小球受力方向变成沿BC方向，则此小球所带的电荷量应是()答案：答案：C 1关于匀强电场中的场强和电势差的关系，下列说法正确的是()A.任意两点间的电势差等于场强和这两点间距离的乘积B.沿电场线方向，任何相同距离上电势降落必定相等C.电势降低的方向必是场强方向D.在相同距离的两点上，电势差大的其场强也大B 3.如图,为匀强电场中的一簇等势面,若A、B、C、D相邻两点间的距离都是2cm，则该电场的场强为_；到A点距离为1.5cm的P点的电势为_；该电场的场强方向为_4.(2011兖州高二检测)如图所示，在匀强电场中有A、B两点，间距为2 cm.两点的连线与场强方向成60角，将一个带电量为2105 C的电荷由A移到B，其电势能增加了0.1 J(1)在此过程中，电场力对该电荷做了多少功？(2)A、B两点间的电势差为多少？(3)匀强电场的场强为多大？5水平放置的两平行金属板相距为d，充电后，其间形成匀强电场，一带电荷量为q，质量为m的液滴从下板边缘射入电场，并沿直线恰从上板边缘射出，如下图所示，求两金属板间的电势差为多少？