2019_2020学年高中物理第一章静电场第4节电势能和电势课件新人教版选修3_120191218269.ppt

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1、第第4 4节电势能和电势节电势能和电势自主学习自主学习课堂探究课堂探究课堂达标课堂达标自主学习自主学习学习目标学习目标1.1.了解静电力做功的特点。了解静电力做功的特点。2.2.知道电势能的概念。知道电势能的概念。3.3.掌握静电力做功与电势能变化的关系。掌握静电力做功与电势能变化的关系。4.4.知道电势是描述电场性质的物理量知道电势是描述电场性质的物理量,了解电势概念及单位了解电势概念及单位,知道它的定义式知道它的定义式,理解理解 与与E Ep p,q,q无关。无关。5.5.理解电场线的方向与电势高、低之间的关系。理解电场线的方向与电势高、低之间的关系。6.6.了解等势面的概念。了解等势面的

2、概念。教材提炼教材提炼一、静电力做功的特点一、静电力做功的特点静电力做的功只与电荷的静电力做的功只与电荷的 位置和位置和 位置有关位置有关,与电荷经过与电荷经过的的 无关。以上结论适用于匀强电场和非匀强电场。无关。以上结论适用于匀强电场和非匀强电场。二、电势能二、电势能1.1.概念概念:电荷在电场中具有的势能。电荷在电场中具有的势能。2.2.静电力做功与电势能变化的关系静电力做功与电势能变化的关系:静电力做的功等于电势能的静电力做的功等于电势能的 ,用公式表示用公式表示W WABAB=。3.3.电势能的大小电势能的大小:电荷在某点的电势能电荷在某点的电势能,等于把它从这点移动到等于把它从这点移

3、动到 位位置时静电力做的功。置时静电力做的功。起始起始终止终止路径路径减少量减少量零势能零势能4.4.零势能点零势能点:通常把电荷在离场源电荷通常把电荷在离场源电荷 的电势能规定为的电势能规定为0,0,或或把电荷在把电荷在 上的电势能规定为上的电势能规定为0 0。无限远处无限远处大地表面大地表面2.2.单位单位:,符号是符号是V V。3.3.特点特点(1)(1)相对性相对性:电场中各点电势的高低电场中各点电势的高低,与所选取的电势零点的位置有关。与所选取的电势零点的位置有关。(2)(2)标量性标量性:电势是标量电势是标量,只有大小只有大小,没有方向没有方向,但有正、负。但有正、负。伏特伏特电势

4、能电势能4.4.与电场线的关系与电场线的关系:沿电场线方向电势逐渐沿电场线方向电势逐渐 。四、等势面四、等势面1.1.定义定义:电场中电场中 的各点构成的面。的各点构成的面。2.2.等势面的特点等势面的特点(1)(1)在同一等势面上移动电荷时静电力在同一等势面上移动电荷时静电力 。(2)(2)电场线跟等势面电场线跟等势面 ,并且由电势并且由电势高高的等势面指向电势的等势面指向电势 的等的等势面。势面。降低降低电势相同电势相同不做功不做功垂直垂直低低自我反馈自我反馈1.1.思考判断思考判断(1)(1)静电力做功虽然与电荷经过的路径无关静电力做功虽然与电荷经过的路径无关,但与电荷移动的速度有关。但

5、与电荷移动的速度有关。()(2)(2)无论正、负电荷无论正、负电荷,只要静电力做正功只要静电力做正功,电荷的电势能一定减少。电荷的电势能一定减少。()(3)(3)负电荷顺着电场线的方向移动负电荷顺着电场线的方向移动,电势能减少。电势能减少。()(4)(4)因为沿电场线方向电势降低因为沿电场线方向电势降低,所以电势降低的方向就是电场线的方向。所以电势降低的方向就是电场线的方向。()(5)(5)等势面上各点的电场强度也是相同的。等势面上各点的电场强度也是相同的。()答案答案:(1)(1)(2)(2)(3)(3)(4)(4)(5)(5)B B3.3.(2018(2018浙江浙江4 4月学考月学考)一

6、带电粒子仅在静电力作用下从一带电粒子仅在静电力作用下从A A点开始以点开始以-v-v0 0做直做直线运动线运动,其其v v-t t图象如图所示。粒子在图象如图所示。粒子在t t0 0时刻运动到时刻运动到B B点。点。3t3t0 0时刻运动到时刻运动到C C点点,下列判断正确的是下列判断正确的是()C C 解解析析:带带电电粒粒子子的的带带电电性性不不确确定定,无无法法判判断断电电势势的的高高低低,A,A错错误误;由由图图可可知知,带带电电粒粒子子由由A A到到B B点点过过程程中中加加速速度度越越来来越越大大,故故电电场场强强度度E EA AEEB B,由由B B到到C C过过程程中中,加加速

7、速度度越越来来越越小小,则则电电场场强强度度E EC CEEB B,B,B错错误误;从从A A到到B B再再到到C,C,速速率率先先减减小小后后增增大大,故故静电力先做负功静电力先做负功,后做正功后做正功,电势能先增加后减少电势能先增加后减少,C,C正确正确,D,D错误。错误。4.4.(2018(2018浙江教育绿色评价联盟适应性考试浙江教育绿色评价联盟适应性考试)如图所示如图所示,是某验电器的结构是某验电器的结构图。下列相关说法正确的是图。下列相关说法正确的是()A.A.金属箔张开过程金属箔张开过程,电势能一定减少电势能一定减少B.B.金属箔张开过程金属箔张开过程,静电力一定做负功静电力一定

8、做负功C.C.两金属箔张开两金属箔张开,说明金属盘带正电说明金属盘带正电D.D.两片金属箔张开时两片金属箔张开时,可能带异种电荷可能带异种电荷A A解解析析:验验电电器器利利用用同同种种电电荷荷互互相相排排斥斥的的原原理理,当当用用带带电电体体接接触触验验电电器器的的金金属属盘盘时时,就就有有一一部部分分电电荷荷转转移移到到验验电电器器的的金金属属箔箔片片上上,金金属属箔箔带带上上了了同同种种电电荷荷,这这两两片片金金属属箔箔由由于于带带同同种种电电荷荷互互相相排排斥斥而而张张开开,在在张张开开的的过过程程中中静静电电力力做做正正功功,电电势势能能减减少少,而而验验电电器器只只能能判判断断物物

9、体体是是否否带带电电,不不能能说说明明是是哪种电荷哪种电荷,故也不能说明金属盘带哪种电荷故也不能说明金属盘带哪种电荷,故故A A正确正确,B,C,D,B,C,D错误。错误。5.5.将一正电荷从无穷远处移入电场中将一正电荷从无穷远处移入电场中M M点点,电势能增加了电势能增加了8.0108.010-9-9 J,J,若将该若将该电荷从无穷远处移入电场中电荷从无穷远处移入电场中N N点点,电势能增加了电势能增加了9.0109.010-9-9 J,J,则下列判断正确则下列判断正确的是的是()B B课堂探究课堂探究要点突破要点突破要点一要点一静电力做功与电势能的变化静电力做功与电势能的变化【例例1 1】

10、将带电荷量为将带电荷量为610610-6-6 C C的负电荷从电场中的的负电荷从电场中的A A点移到点移到B B点点,克服静克服静电力做了电力做了310310-5-5 J J的功的功,再从再从B B移到移到C,C,静电力做了静电力做了1.2101.210-5-5 J J的功的功,则则:(1)(1)电荷从电荷从A A移到移到B,B,再从再从B B移到移到C C的过程中电势能共改变了多少的过程中电势能共改变了多少?解析解析:(1)W(1)WACAC=W=WABAB+W+WBCBC=(-3=(-31010-5-5+1.2+1.21010-5-5)J=-1.8)J=-1.81010-5-5 J J可见

11、电势能增加了可见电势能增加了1.81.81010-5-5 J J。答案答案:见解析见解析(2)(2)如果规定如果规定A A点的电势能为零点的电势能为零,则该电荷在则该电荷在B B点和点和C C点的电势能分别为多少点的电势能分别为多少?(3)(3)如果规定如果规定B B点的电势能为零点的电势能为零,则该电荷在则该电荷在A A点和点和C C点的电势能分别为多少点的电势能分别为多少?解析解析:(2)(2)如果规定如果规定A A点的电势能为零点的电势能为零,由公式得该电荷在由公式得该电荷在B B点的电势能为点的电势能为E EpBpB=E=EpApA-W-WABAB=0-W=0-WABAB=3=3101

12、0-5-5 J,J,(3)(3)如果规定如果规定B B点的电势能为零点的电势能为零,则该电荷在则该电荷在A A点的电势能为点的电势能为E EpApA=E=EpBpB+W+WABAB=0+W=0+WABAB=-3=-31010-5-5 J;J;C C点的电势能为点的电势能为E EpCpC=E=EpBpB-W-WBCBC=0-W=0-WBCBC=-1.2=-1.21010-5-5 J J。答案答案:见解析见解析规律方法规律方法电势能增减的判断方法电势能增减的判断方法(1)(1)做功判断法做功判断法:无论正、负电荷无论正、负电荷,只要静电力做正功只要静电力做正功,电荷的电势能一定减电荷的电势能一定减

13、小小;反之亦然。反之亦然。(2)(2)电场线判断法电场线判断法:正电荷顺着电场线的方向移动时正电荷顺着电场线的方向移动时,电势能逐渐减小电势能逐渐减小;逆着逆着电场线的方向移动时电场线的方向移动时,电势能逐渐增大。负电荷与之相反。电势能逐渐增大。负电荷与之相反。针对训练针对训练1:1:(2018(2018浙江宁波诺丁汉大学附属中学期末浙江宁波诺丁汉大学附属中学期末)一带电小球从空中的一带电小球从空中的a a点运动到点运动到b b点的过程中点的过程中,重力做功为重力做功为3 J,3 J,静电力做功为静电力做功为1 J,1 J,克服空气阻力做克服空气阻力做功功0.5 J,0.5 J,则下列判断错误

14、的是则下列判断错误的是()A.aA.a点动能比点动能比b b点小点小3.5 J 3.5 J B.aB.a点重力势能比点重力势能比b b点大点大3 J3 JC.aC.a点电势能比点电势能比b b点小点小1 J 1 J D.aD.a点机械能比点机械能比b b点小点小0.5 J0.5 JC C解析解析:合力做功等于动能的增加量合力做功等于动能的增加量,合力做功等于各个分力做的功合力做功等于各个分力做的功,总功为总功为3.5 J,3.5 J,故动能增加故动能增加3.5 J,3.5 J,所以所以a a点动能比点动能比b b点小点小3.5 J,3.5 J,故故A A正确。重力做功正确。重力做功等于重力势能

15、的变化量等于重力势能的变化量,重力做功重力做功3 J,3 J,重力势能减小重力势能减小3 J,3 J,所以所以a a点重力势点重力势能比能比b b点大点大3 J,3 J,故故B B正确。静电力做功等于电势能的变化量正确。静电力做功等于电势能的变化量,静电力做功静电力做功1 1 J,J,电势能减小电势能减小1 J,1 J,所以所以a a点电势能比点电势能比b b点大点大1 J,1 J,故故C C错误。除重力外的各个错误。除重力外的各个力做的总功等于机械能的增加量力做的总功等于机械能的增加量,除重力外除重力外,静电力做功为静电力做功为1 J,1 J,克服空气克服空气阻力做功阻力做功0.5 J,0.

16、5 J,故机械能增加故机械能增加0.5 J,0.5 J,所以所以a a点机械能比点机械能比b b点小点小0.5 J,0.5 J,故故D D正正确。确。要点二要点二 【例例2 2】在点电荷在点电荷Q Q形成的电场中有一点形成的电场中有一点A,A,当一个当一个q=+310q=+310-6-6 C C的检验电荷从的检验电荷从电场的无限远处移动到电场中的电场的无限远处移动到电场中的A A点时点时,静电力做的功为静电力做的功为3.6103.610-5-5 J J。已知无。已知无限远处的电势为限远处的电势为0.0.则检验电荷在则检验电荷在A A点的电势能点的电势能E EpApA及电场中及电场中A A点的电

17、势点的电势 A A分别为分别为()电势的理解及高低判断电势的理解及高低判断A A规律方法规律方法电势高低的判断方法电势高低的判断方法(1)(1)电场线法电场线法:沿电场线方向沿电场线方向,电势越来越低。电势越来越低。(2)(2)电势能判断法电势能判断法:对于正电荷对于正电荷,电势能越大电势能越大,所在位置的电势越高所在位置的电势越高;对于负电对于负电荷荷,电势能越小电势能越小,所在位置的电势越高。所在位置的电势越高。针对训练针对训练2 2:(2018(2018浙江名校新高考研究联盟第一次联考浙江名校新高考研究联盟第一次联考)如图甲所示如图甲所示,A,B,A,B是是电场中的一条电场线上的两点电场

18、中的一条电场线上的两点,一电子仅在静电力的作用下以某一初速度由一电子仅在静电力的作用下以某一初速度由A A运动到运动到B,B,以以ABAB方向为正方向方向为正方向,其位移其位移-时间图象如图乙所示时间图象如图乙所示,下列判断正确的下列判断正确的是是()A.A.该电场是正点电荷产生的电场该电场是正点电荷产生的电场B.B.电子的电势能不断增加电子的电势能不断增加C.AC.A点的电场强度小于点的电场强度小于B B点的电场强度点的电场强度D.AD.A点电势低于点电势低于B B点电势点电势B B解析解析:根据题意根据题意,从从A A到到B B电子做速度越来越小的直线运动电子做速度越来越小的直线运动,即减

19、速运动。即减速运动。根据动能定理根据动能定理W WABAB0,0,0,电场线方向向右电场线方向向右,选项选项A,DA,D错错误误,B,B正确。但无法断定匀强电场或点电荷产生的电场正确。但无法断定匀强电场或点电荷产生的电场,所以选项所以选项C C错误。错误。要点三要点三 【例例3 3】如图所示如图所示,虚线表示真空中一点电荷虚线表示真空中一点电荷Q Q的电场中的两个等势面的电场中的两个等势面,实线实线表示一个带负电表示一个带负电q q的粒子的粒子(不计重力不计重力)运动的轨迹运动的轨迹,下列说法正确的是下列说法正确的是()等势面与电场线等势面与电场线C C规律方法规律方法等势面和电场线的应用等势

20、面和电场线的应用(1)(1)已知等势面的情况时已知等势面的情况时,可作等势面的垂线来确定电场线可作等势面的垂线来确定电场线,并由并由“电电势降低势降低”的方向确定电场线方向。的方向确定电场线方向。(2)(2)已知电场线时已知电场线时,可作电场线的垂线来确定等势面可作电场线的垂线来确定等势面,并由并由“沿电场线沿电场线方向电势降低方向电势降低”确定等势面的电势高低。确定等势面的电势高低。针对训练针对训练3:3:一个带电粒子在匀强电场中运动的轨迹如图中曲线一个带电粒子在匀强电场中运动的轨迹如图中曲线ABAB所示所示,平行平行的虚线的虚线a,b,c,da,b,c,d表示该电场中的四个等势面。不计粒子

21、重力表示该电场中的四个等势面。不计粒子重力,下列说法中正确下列说法中正确的是的是()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D D解解析析:根根据据电电场场线线垂垂直直于于等等势势面面,可可画画出出电电场场线线。再再由由粒粒子子的的运运动动轨轨迹迹可可知知,粒粒子子受受向向上上的的静静电电力力,由由于于粒粒子子带带电电正正负负不不确确定定,所所以以

22、无无法法判判断断电电场场线线的的方方向向,无无法法判判断断电电势势高高低低,选选项项A,BA,B错错误误;由由A A到到B B的的运运动动过过程程中中,静静电力做正功电力做正功,所以粒子的动能增大所以粒子的动能增大,电势能减小电势能减小,选项选项C C错误错误,D,D正确。正确。教材探究教材探究教教材材P P1818“思思考考与与讨讨论论”中中关关于于电电势势能能和和电电势势的的讨讨论论及及插插图图中中,我我们们一一直直把把试试探探电电荷荷q q当当做做正正电电荷荷处处理理,请请把把q q当当做做负负电电荷荷,重重复复以以上上讨讨论论,其其结结果果与与教教材材P P1818中中的结果是否一致的

23、结果是否一致?答答案案:结结果果一一致致。在在教教材材P P1717图图1.41.4-4 4所所示示中中,q,q为为正正电电荷荷时时,正正电电荷荷在在A A点点的的电电势势能能为为正正值值,正正电电荷荷的的电电势势能能E Ep p与与它它的的电电荷荷量量q q的的比比值值为为正正;q;q为为负负电电荷荷时时,负负电电荷荷在在A A点点的的电电势势能能为为负负值值,负负电电荷荷的的电电势势能能E Ep p与与它它的的电电荷荷量量q q的的比比值值仍仍为为正正,并并且且比比值值都都是是相相同同的的常常量量,所所以以不不管管正正电电荷荷还还是是负负电电荷荷,电电荷荷在在A A点点的的电电势势能能E

24、Ep p与与它它的的电电荷荷量量q q的的比比值值都都是是不不变变的的,即即A A点点的的电电势势与与所所移移动动电电荷荷的正负无关。的正负无关。课堂达标课堂达标1.1.如图所示如图所示,将一带正电的点电荷沿电场线方向从将一带正电的点电荷沿电场线方向从A A点移动到点移动到B B点点,下列说下列说法正确的是法正确的是()A.A.静电力做正功静电力做正功,电势能增加电势能增加B.B.静电力做负功静电力做负功,电势能增加电势能增加C.C.静电力做正功静电力做正功,电势能减少电势能减少D.D.静电力做负功静电力做负功,电势能减少电势能减少C C解析解析:正电荷所受静电力方向与电场线方向相同正电荷所受

25、静电力方向与电场线方向相同,当带正电的点电荷沿电当带正电的点电荷沿电场方向从场方向从A A点移动到点移动到B B点时点时,静电力做正功静电力做正功,电势能减少电势能减少,选项选项C C正确。正确。A A3.3.一个电荷只在静电力作用下从电场中的一个电荷只在静电力作用下从电场中的A A点移到点移到B B点时点时,静电力做了静电力做了551010-6-6 J J的功的功,那么那么()A.A.电荷在电荷在B B处时将具有处时将具有510510-6-6 J J的电势能的电势能B.B.电荷在电荷在B B处将具有处将具有510510-6-6 J J的动能的动能C.C.电荷的电势能增加了电荷的电势能增加了5

26、10510-6-6 J JD.D.电荷的动能增加了电荷的动能增加了510510-6-6 J JD D解析解析:静电力对电荷所做的功等于它的电势能的减少量静电力对电荷所做的功等于它的电势能的减少量,故静电力做了故静电力做了5 51010-6-6 J J的功的功,电荷的电势能一定减少了电荷的电势能一定减少了5 51010-6-6 J,J,但电荷在但电荷在B B处的电势处的电势能无法确定能无法确定,选项选项A,CA,C错误错误;根据能量守恒可知根据能量守恒可知,电荷的动能一定增加了电荷的动能一定增加了5 51010-6-6 J,J,但电荷在但电荷在B B处的动能无法确定处的动能无法确定,选项选项B

27、B错误错误,D,D正确。正确。4.4.(2018(2018浙江桐乡凤鸣高级中学期中浙江桐乡凤鸣高级中学期中)如图如图,直线直线MNMN为某点电荷为某点电荷Q Q所产生的所产生的电场中的一条电场线电场中的一条电场线,a,b,a,b为电场线上的两点。已知正电荷在为电场线上的两点。已知正电荷在a a点的电势能大点的电势能大于在于在b b点的电势能。下列说法正确的是点的电势能。下列说法正确的是()A.A.点电荷点电荷Q Q一定在一定在M M端端B.aB.a点电势一定高于点电势一定高于b b点电势点电势C.aC.a点电场强度一定大于点电场强度一定大于b b点电场强度点电场强度D.D.将正电荷从将正电荷从

28、a a点移动到点移动到b b点过程中点过程中,静电力一定做负功静电力一定做负功B B解析解析:正电荷在正电荷在a a点的电势能大于在点的电势能大于在b b点的电势能点的电势能,所以所以a a点的电势高于点的电势高于b b点的电势点的电势,电场线的方向从电场线的方向从a a到到b;b;若是正电荷的电场线若是正电荷的电场线,则电荷在则电荷在M M端端,若若是负电荷的电场线是负电荷的电场线,则电荷在则电荷在N N端端,故故A A错误错误,B,B正确正确;电场线越密的地方电电场线越密的地方电场强度越大场强度越大,由于只有一条电场线由于只有一条电场线,无法看出电场线的疏密无法看出电场线的疏密,故故C C

29、错误错误;正正电荷在电荷在a a点的电势能大于在点的电势能大于在b b点的电势能点的电势能,所以将正电荷从所以将正电荷从a a点移动到点移动到b b点点过程中过程中,电势能减小电势能减小,静电力一定做正功静电力一定做正功,故故D D错误。错误。5.5.(2018(2018浙江诸暨牌头中学月考浙江诸暨牌头中学月考)如图所示如图所示,三条带箭头的直线代表某静电三条带箭头的直线代表某静电场的电场线场的电场线,a,b,a,b为该电场中的两点为该电场中的两点,下列判断正确的是下列判断正确的是()A.aA.a点电势比点电势比b b点高点高B.aB.a点电场强度比点电场强度比b b点小点小C.C.将质子从将

30、质子从a a点移到点移到b b点点,静电力做正功静电力做正功D.D.将电子从将电子从b b点移到点移到a a点点,其电势能增大其电势能增大D D6.6.如如图图所所示示,在在电电场场强强度度大大小小E=110E=1104 4 N/CN/C的的水水平平匀匀强强电电场场中中,有有一一根根长长l=15 l=15 cmcm的的绝绝缘缘细细线线,一一端端固固定定在在O O点点,另另一一端端系系一一个个质质量量m=3 m=3 g g、电电荷荷量量q=210q=210-6-6 C C的的带带正正电电小小球球,当当细细线线处处于于水水平平位位置置时时,小小球球从从静静止止开开始始释释放放,g,g取取10 m/

31、s10 m/s2 2。问。问:(1)(1)小球到达最低点小球到达最低点B B的过程中重力势能、电势能分别变化了多少的过程中重力势能、电势能分别变化了多少?解析解析:(1)E(1)Ep p=-mgl=-4.5=-mgl=-4.51010-3-3 J JEEp p电电=Eql=3=Eql=31010-3-3 J J。答案答案:(1)(1)重力势能减少重力势能减少4.5104.510-3-3 J J电势能增加电势能增加310310-3-3 J J(2)(2)若取若取A A点电势为零点电势为零,小球在小球在B B点的电势能、电势分别为多大点的电势能、电势分别为多大?答案答案:(2)310(2)310-3-3 J J1.5101.5103 3 V V(3)(3)小球到小球到B B点时速度为多大点时速度为多大?细线的张力为多大细线的张力为多大?答案答案:(3)1 m/s(3)1 m/s510510-2-2 N N