2电场的能的性质课件.ppt
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1、第第2 2节电场的能的性质节电场的能的性质1 1电势差:电荷在电场中两点间移动时,电势差:电荷在电场中两点间移动时, 的比值,叫做这两点间的电势的比值,叫做这两点间的电势差表达式:差表达式: ,是标量,由电场本身决定,是标量,由电场本身决定2 2电势:电场中某点的电势在数值上等于电势:电场中某点的电势在数值上等于 ,是标量,是标量,描述描述 的性质,由电场本身决定的性质,由电场本身决定电场力所电场力所做的功与它的电荷量做的功与它的电荷量单位正电荷单位正电荷由由该点移到电势零点时电场力所做的功该点移到电势零点时电场力所做的功电场的能电场的能一、电势差、电势、等势面、电势能等概念一、电势差、电势、
2、等势面、电势能等概念3电势能:电荷在电场中某点具有的电势能等电势能:电荷在电场中某点具有的电势能等于于 ,它是由电荷和,它是由电荷和电场共同具有的电场共同具有的4电势能、电势具有电势能、电势具有 性,与零电势点的性,与零电势点的选取选取 关;电势能的改变、电势差与零电势关;电势能的改变、电势差与零电势点的选取点的选取 关关5等势面:电场中等势面:电场中 点构成的面叫等势点构成的面叫等势面面它的电荷量与该点电势的乘积它的电荷量与该点电势的乘积相对相对有有无无电势相等的电势相等的电场力对电荷做正功,电势能减少;电场力对电荷做电场力对电荷做正功,电势能减少;电场力对电荷做负功,电势能增加且电势能的改
3、变量等于电场力做负功,电势能增加且电势能的改变量等于电场力做功的多少,即功的多少,即W W电电E E. .三、匀强电场中电势差与电场强度的关系三、匀强电场中电势差与电场强度的关系沿匀强电场场强方向,两点间的电势差等于场强和这沿匀强电场场强方向,两点间的电势差等于场强和这两点间距离的乘积,即两点间距离的乘积,即U UE Ed d. .四、常见电场等势面分布图四、常见电场等势面分布图二、电场力做功与电势能改变的关系二、电场力做功与电势能改变的关系1 1在同一等势面上各点电势相等,所以在同一等势面在同一等势面上各点电势相等,所以在同一等势面上移动电荷,电场力不做功上移动电荷,电场力不做功2 2电场线
4、跟等势面一定垂直,并且由电势高的等势面电场线跟等势面一定垂直,并且由电势高的等势面指向电势低的等势面指向电势低的等势面3 3等势面越密,电场强度越大等势面越密,电场强度越大4 4等势面不相交,不相切等势面不相交,不相切5 5电场线的方向是电势降低的方向电场线的方向是电势降低的方向6 6沿匀强电场中任何一条直线沿匀强电场中任何一条直线( (等势面除外等势面除外) ),电势都,电势都是均匀变化的是均匀变化的五、等势面的性质五、等势面的性质题型一:电势高低与电势能大小的比较题型一:电势高低与电势能大小的比较例例1 某电场的电场线分布如图所某电场的电场线分布如图所示,下列说法正确的是示,下列说法正确的
5、是()Aa点的电势高于点的电势高于b点的电势点的电势Bc点的电场强度大于点的电场强度大于d点的电场强度点的电场强度C若将正试探电荷由若将正试探电荷由a点移到点移到b点,电场力做正功点,电场力做正功D若将一负试探电荷由若将一负试探电荷由c点移到点移到d点,电势能减少点,电势能减少【解析【解析】沿电场方向电势降低,沿电场方向电势降低,ab,A错电场线错电场线的疏密程度反映了电场强度的小大关系,的疏密程度反映了电场强度的小大关系,EcEd,B错正电荷从低电势处移向高电势处,电场力做负功,错正电荷从低电势处移向高电势处,电场力做负功,C错因为错因为cd,将负电荷从,将负电荷从c移到移到d,电场力做正功
6、,电场力做正功,电势能减少,电势能减少,D对对【答案【答案】D【方法与知识感悟【方法与知识感悟】1.比较电势高低的方法比较电势高低的方法(1)沿电场线方向,电势越来越低沿电场线方向,电势越来越低(2)判断出判断出UAB的正负,再由的正负,再由UABAB,比较,比较A、B的大小,若的大小,若UAB0,则,则AB,若,若UAB0,则,则AB.(3)取无穷远处为零电势点,正电荷周围电势为正值,取无穷远处为零电势点,正电荷周围电势为正值,且离正电荷近处电势高;负电荷周围电势为负值,且且离正电荷近处电势高;负电荷周围电势为负值,且离负电荷近处电势低离负电荷近处电势低2电势能大小的比较方法电势能大小的比较
7、方法(1)做功判断法做功判断法电场力做正功时电势能减小;电场力做负功时电势能电场力做正功时电势能减小;电场力做负功时电势能增大增大(对正、负电荷都适用对正、负电荷都适用)( (2)依据电势高低判断依据电势高低判断正电荷在电势高处具有的电势能大,负电荷在电势正电荷在电势高处具有的电势能大,负电荷在电势低处具有的电势能大低处具有的电势能大3电势与电势能比较电势与电势能比较 电势电势电势能电势能E电电意义意义反映电场能的性质的物反映电场能的性质的物理量理量电荷在电场中某点时所电荷在电场中某点时所具有的电势能具有的电势能决定决定因素因素电场中某一点的电势电场中某一点的电势的大小,只跟电场本身的大小,只
8、跟电场本身有关,跟点电荷有关,跟点电荷q无关无关电势能的大小是由点电电势能的大小是由点电荷荷q和该点电势和该点电势共同决共同决定的定的变化变化量量电势差电势差U是指电场中两是指电场中两点间的电势之差,点间的电势之差,UABAB,取,取B0,则则AUAB电势能差电势能差E是指点电是指点电荷在电场中两点间的电荷在电场中两点间的电势能之差势能之差EEAEB,EW,取,取EB0,EAE 电势电势电势能电势能E电电正负正负含义含义电势沿电场线方向电势沿电场线方向逐渐降落,选定零逐渐降落,选定零电势点后,某点的电势点后,某点的电势高于零则为正电势高于零则为正值;某点的电势低值;某点的电势低于零则为负值于零
9、则为负值正电荷正电荷(q):电势能:电势能的正负跟电势的正负的正负跟电势的正负相同;负电荷相同;负电荷(q ):电势能的正负跟电势电势能的正负跟电势的正负相反正负表的正负相反正负表示电势能的大小示电势能的大小单位单位伏特伏特焦耳焦耳联系联系E电电qqUE电电题型二:匀强电场中电势差与场强的关系题型二:匀强电场中电势差与场强的关系【答案】【答案】A(2)已知电场中几点的电势,如果要求某点的电势已知电场中几点的电势,如果要求某点的电势时,一般采用时,一般采用“等分法等分法”在电场中找与待求点电在电场中找与待求点电势相同的等势点,等分法也常用在画电场线的问势相同的等势点,等分法也常用在画电场线的问题
10、中题中(3)在匀强电场中,相互平行的相等长度的线段两在匀强电场中,相互平行的相等长度的线段两端间的电势差相等,应用这一点可求解电势端间的电势差相等,应用这一点可求解电势例例3 3 如图所示,虚线表示等势面,如图所示,虚线表示等势面,相邻两等势面间的电势差相等有相邻两等势面间的电势差相等有一带正电的小球在电场中运动,实一带正电的小球在电场中运动,实线表示该小球的运动轨迹小球在线表示该小球的运动轨迹小球在a a点的动能等于点的动能等于20 20 eVeV,运动到,运动到b b点时的动能等于点时的动能等于2 eV.2 eV.若取若取c c点为电势零点,点为电势零点,则当这个带电小球的电势能等于则当这
11、个带电小球的电势能等于6 eV6 eV时时( (不计重力和不计重力和空气阻力空气阻力) ),它的动能等于,它的动能等于( () )A A16 eV B16 eV B14 eV C14 eV C6 eV D6 eV D4 eV4 eV【思路点拨】【思路点拨】正确理解电场力与路径无关及其与电势正确理解电场力与路径无关及其与电势能的变化关系,运用能量守恒定律是解题的关键能的变化关系,运用能量守恒定律是解题的关键题型三:电场力做功的计算及电场中的功能关系问题题型三:电场力做功的计算及电场中的功能关系问题【解析】【解析】由动能定理可知,小球由由动能定理可知,小球由a到到b的过程中,的过程中,动能减少动能
12、减少20 eV2 eV18 eV,故电场力做功,故电场力做功Wab18 eV,小球电势能增加量,小球电势能增加量Epab18 eV,选,选C点为点为零电势点,则零电势点,则a点电势能点电势能Epa12 eV,又因小球重,又因小球重力不计,只有电场力做功,故小球运动过程中,电力不计,只有电场力做功,故小球运动过程中,电势能与动能的和不变,由势能与动能的和不变,由EpaEka12 eV20 eV8 eV可知,当小球电势能为可知,当小球电势能为6 eV时,它的时,它的动能为动能为14 eV,B正确正确【答案】【答案】B【方法与知识感悟】【方法与知识感悟】1电场力做功的计算方法电场力做功的计算方法(1
13、)由公式由公式WFlcos 计算,此公式只适用于匀强电场,计算,此公式只适用于匀强电场,可变形为可变形为WqElcos .(2)由由WqU来计算,此公式适用于任何形式的静电来计算,此公式适用于任何形式的静电场场(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Ep1Ep2.2电场中的功能关系电场中的功能关系(1)若只有电场力做功,电势能与动能之和保持不变;若只有电场力做功,电势能与动能之和保持不变;(2)若只有电场力和重力做功,电势能、重力势能、动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;能
14、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机械除重力之外,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题型四:题型四:Ex图象和图象和x图象问题图象问题例例4 空间有一沿空间有一沿x轴对称分布的电场,其电场强度轴对称分布的电场,其电场强度E随随x变化的图象如图所示下列说法正确的是变化的图象如图所示下列说法正确的是()AO点的电势最低点的电势最低Bx2点的电势最高点的电势最高Cx1和和x1两点的电势相等两点的电势相等Dx1和和x3两点的电势相等两点的电势相等【思路点拨】【思路点拨】场源电荷
15、如图分布,以场源电荷如图分布,以x轴正方向的场强为轴正方向的场强为正,即可得到题中的正,即可得到题中的Ex图象在图象在Ex图象上取一微元,图象上取一微元,由由UEd可知电场强度可知电场强度E随随x变化的一小段图象与变化的一小段图象与x轴所围轴所围的面积表示对应的两点之间的电势差,据此可比较两点之的面积表示对应的两点之间的电势差,据此可比较两点之间电势的高低间电势的高低【解析】【解析】电势差与电场强度的关系为电势差与电场强度的关系为UEd,此表达式适用于匀强电场,此表达式适用于匀强电场,图中为非匀强电场的场强图中为非匀强电场的场强E与坐标与坐标x的关系图象,当取一段极短长度的关系图象,当取一段极
16、短长度x时,可认为时,可认为x长度内的电场为匀强电场,因此图像长度内的电场为匀强电场,因此图像所包围的面积表示电势差图中从所包围的面积表示电势差图中从O点沿点沿x轴方向,轴方向,场强为正值,所以图线与场强为正值,所以图线与x轴包围的面积表示的电势差轴包围的面积表示的电势差为正,表示沿为正,表示沿x轴方向的电势逐渐降低,即轴方向的电势逐渐降低,即O点电势点电势依次大于依次大于x1点、点、x2点、点、x3点的电势,选项点的电势,选项A、B、D错错误而图中沿误而图中沿x轴方向,场强为负值,所以图线与轴方向,场强为负值,所以图线与x轴轴包围的面积表示的电势差为正,即沿包围的面积表示的电势差为正,即沿x
17、轴方向的电势轴方向的电势也逐渐降低因从也逐渐降低因从x1点到点到x1点,点,Ex图线在图线在O点两侧点两侧所包围的面积相等,表示这两点间的电势差为零,所以所包围的面积相等,表示这两点间的电势差为零,所以x1和和x1两点电势相等,选项两点电势相等,选项C正确正确【答案】【答案】C【方法与知识感悟】【方法与知识感悟】在在x轴上,位于轴上,位于xO处的点处的点电荷的电荷的Ex图象是由最大值迅速减小的曲线,图图象是由最大值迅速减小的曲线,图象关于坐标原点对称;等量同种点电荷连线上的象关于坐标原点对称;等量同种点电荷连线上的Ex图象关于坐标原点对称,两电荷连线的中点图象关于坐标原点对称,两电荷连线的中点
18、处场强为处场强为O;两等量异种点电荷连线上的;两等量异种点电荷连线上的Ex图图象关于连线中垂线对称,两点电荷连线中点处场象关于连线中垂线对称,两点电荷连线中点处场强较小,但不为强较小,但不为0.例例5 (2011上海上海)两个等量异种点电荷位于两个等量异种点电荷位于x轴上,相轴上,相对原点对称分布,正确描述电势随位置变化规律的对原点对称分布,正确描述电势随位置变化规律的是图是图()【思路点拔】【思路点拔】x图象的斜率大小表示电场强度沿图象的斜率大小表示电场强度沿x轴轴方向分量的大小方向分量的大小(或电场强度的大小或电场强度的大小)若图象某段平若图象某段平行于行于x轴,表明电势轴,表明电势在该段
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