《三维设计》2014新课标高考物理一轮总复习课件 第六章 静电场第2单元 电场能的性质(56张ppt).ppt
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1、电场电场力做功与力做功与电势电势能能想一想想一想如如图图621所示,所示,电电荷沿直荷沿直线线AB、折、折线线ACB、曲、曲线线AB运运动动,静,静电电力做的功力做的功为为多少?静多少?静电电力做功与路径是否有关?若力做功与路径是否有关?若B点点为为零零势势能点,能点,则则q在在A点的点的电势电势能能为为多少?多少?提示:静提示:静电电力做功力做功为为WqEd,与路径无关,与路径无关,电势电势能能为为EpqEd。图图621记记一一记记1静静电电力做功力做功(1)特点:静特点:静电电力做功与力做功与无关,只与无关,只与有关。有关。(2)计计算方法算方法WqEd,只适用于匀,只适用于匀强强电场电场
2、,其中,其中d为为沿沿的距离。的距离。WABqUAB,适用于,适用于。路径路径初末位置初末位置电场电场方向方向任何任何电场电场2电势电势能能(1)定定义义:电电荷在荷在中具有的中具有的势势能,数能,数值值上上等于将等于将电电荷从荷从该该点移到点移到位置位置时时静静电电力所做的力所做的功。功。(2)静静电电力做功与力做功与电势电势能能变变化的关系:静化的关系:静电电力做力做的功等于的功等于,即,即WABEpAEpBEp。电场电场零零势势能能电势电势能的减少量能的减少量1.如如图图622所示,在真空中有两个所示,在真空中有两个带带正正电电的点的点电电荷,分荷,分别别置于置于M、N两点。两点。M处处
3、正正电电荷的荷的电电荷量大于荷量大于N处处正正电电荷的荷的电电荷量,荷量,A、B为为M、N连线连线的中垂的中垂线线上的两点。上的两点。现现将一将一负负点点电电荷荷q由由A点沿中垂点沿中垂线线移移动动到到B点,在此点,在此过过程中,下列程中,下列说说法法正确的是正确的是()Aq的的电势电势能逐能逐渐渐减小减小Bq的的电势电势能逐能逐渐渐增大增大Cq的的电势电势能先增大后减小能先增大后减小Dq的的电势电势能先减小后增大能先减小后增大解析:解析:负电负电荷从荷从A到到B的的过过程中,程中,电场电场力一直做力一直做负负功,功,电势电势能增大,所以能增大,所以A、C、D均均错错,B对对。答案:答案:B图
4、图622试试一一试试电势电势和等和等势势面面想一想想一想某静某静电场电场的的电场线电场线分布如分布如图图623所示,所示,试试比比较图较图中中P、Q两点的两点的电场电场强强度的大小,及度的大小,及电势电势的高低。的高低。提示:根据提示:根据电场线电场线的疏密可判断的疏密可判断P点点场场强强大于大于Q点点场场强强;由于沿着;由于沿着电场线电场线的方向的方向电势电势逐逐渐渐降低。降低。P点点电势电势高于高于Q点点电势电势。图图623记记一一记记1电势电势(1)定定义义:试试探探电电荷在荷在电场电场中某点具有的中某点具有的与与它的它的的比的比值值。(2)定定义义式:式:。(3)矢矢标标性:性:电势电
5、势是是,有正,有正负负之分,其正之分,其正(负负)表示表示该该点点电势电势比比高高(低低)。(4)相相对对性:性:电势电势具有具有,同一点的,同一点的电势电势因因选选取取的不同而不同。的不同而不同。电势电势能能Ep电电荷量荷量qEp/q标标量量零零电势电势相相对对性性零零电势电势点点2等等势势面面(1)定定义义:电场电场中中的各点的各点组组成的面。成的面。(2)四个特点四个特点等等势势面一定与面一定与垂直。垂直。在在上移上移动电动电荷荷时电场时电场力不做功。力不做功。电场线电场线方向方向总总是从是从的等的等势势面指向面指向的等的等势势面。面。等差等等差等势势面越密的地方面越密的地方电场电场强强
6、度度,反之,反之。电势电势相等相等电场线电场线同一等同一等势势面面电势电势高高电势电势低低越大越大越小越小2如如图图624所示,虚所示,虚线线a、b、c表示表示电电场场中的三个等中的三个等势势面与面与纸纸平面的交平面的交线线,且,且相相邻邻等等势势面之面之间间的的电势电势差相等。差相等。实线实线为为一一带带正正电电荷粒子荷粒子仅仅在在电场电场力作用下力作用下通通过该过该区域区域时时的运的运动轨动轨迹,迹,M、N是是这这条条轨轨迹上的两点,迹上的两点,则则下列下列说说法中正确的是法中正确的是()A三个等三个等势势面中,面中,a的的电势电势最高最高B对对于于M、N两点,两点,带电带电粒子通粒子通过
7、过M点点时电势时电势能能较较大大C对对于于M、N两点,两点,带电带电粒子通粒子通过过M点点时动时动能能较较大大D带电带电粒子由粒子由M运运动动到到N时时,加速度增大,加速度增大图图624试试一一试试解析:由于解析:由于带电带电粒子做曲粒子做曲线线运运动动,所受,所受电场电场力的方向必定力的方向必定指向指向轨轨道的凹道的凹侧侧,且和等,且和等势势面垂直,所以面垂直,所以电场线电场线方向是由方向是由c指向指向b再指向再指向a。根据。根据电场线电场线的方向指向的方向指向电势电势降低的方向,降低的方向,故故cba,选项选项A错错。正。正电电荷在荷在电势电势高高处电势处电势能大,能大,M点点的的电势电势
8、比比N点点电势电势低,故在低,故在M点点电势电势能小,能小,B错错。根据能量。根据能量守恒定律,守恒定律,电电荷的荷的动动能和能和电势电势能之和保持不能之和保持不变变,故粒子在,故粒子在M点的点的动动能能较较大,大,选项选项C正确。由于相正确。由于相邻邻等等势势面之面之间电势间电势差差相等,因相等,因N点等点等势势面面较较密,密,则则ENEM,即,即qENqEM。由牛。由牛顿顿第二定律知,第二定律知,带电带电粒子从粒子从M点运点运动动到到N点点时时,加速度增大,加速度增大,选项选项D正确。正确。答案:答案:CD电势电势差,匀差,匀强强电场电场中中电势电势差与差与电场电场强强度的关系度的关系想一
9、想想一想如如图图625所示,在所示,在xOy平面内平面内有一个以有一个以O为圆为圆心、半径心、半径R0.1m的的圆圆,P为圆为圆周上的一点,周上的一点,O、P两点两点连线连线与与x轴轴正方向的正方向的夹夹角角为为。若空。若空间间存在沿存在沿y轴负轴负方向的匀方向的匀强强电场电场,场场强强大小大小E100V/m,则则如何表示如何表示O、P两点的两点的电势电势差?差?图图625记记一一记记1电势电势差差(1)定定义义:电电荷在荷在电场电场中,由一点中,由一点A移到另一点移到另一点B时时,与移与移动动的的电电荷的荷的的比的比值值。(2)定定义义式:式:UAB 。(3)电势电势差与差与电势电势的关系:
10、的关系:UAB ,UABUBA。(4)影响因素:影响因素:电势电势差差UAB由由电场电场本身的性本身的性质质决定,与移决定,与移动动的的电电荷荷q及及电场电场力做的功力做的功WAB,与零,与零电势电势点的点的选选取取。电场电场力做的功力做的功WAB电电荷量荷量qWAB/qAB无关无关无关无关2匀匀强强电场电场中中电势电势差与差与电场电场强强度的关系度的关系(1)电势电势差与差与场场强强的关系式:的关系式:UABEd,其中,其中d为电为电场场中两点中两点间间的距离。的距离。(2)电场电场强强度的方向和大小:度的方向和大小:电场电场中,中,场场强强方向是方向是指指最快的方向。在匀最快的方向。在匀强
11、强电场电场中,中,场场强强在数在数值值上等于沿上等于沿方向每方向每单单位距离上降低的位距离上降低的电势电势。沿沿电场电场方向方向电势电势降低降低电场电场试试一一试试3如如图图626所示,一所示,一电场电场的的电场线电场线分布分布关于关于y轴轴(沿沿竖竖直方向直方向)对对称,称,O、M、N是是y轴轴上的三个点,且上的三个点,且OMMN,P点在点在y轴轴的右的右侧侧,MPON,则则()AM点的点的电势电势比比P点的点的电势电势高高B将将负电负电荷由荷由O点移点移动动到到P点,点,电场电场力做正功力做正功CM、N两点两点间间的的电势电势差大于差大于O、M两点两点间间的的电势电势差差D在在O点静止点静
12、止释释放一放一带带正正电电粒子,粒子,该该粒子将沿粒子将沿y轴轴做直做直线线运运动动图图626答案:答案:AD电势电势高低及高低及电势电势能大小的判断方法能大小的判断方法1.电势电势高低的判断高低的判断依据依据电场电场力做功力做功沿沿电场线电场线方向方向电势电势逐逐渐渐降低降低依据依据电场电场线线方向方向判断方法判断方法判断角度判断角度正正电电荷在荷在电势较电势较高高处电势处电势能大,能大,负电负电荷荷在在电势较电势较低低处电势处电势能大能大依据依据电势电势能的高低能的高低取无取无穷远处电势为穷远处电势为零,正零,正电电荷周荷周围电势围电势为为正正值值,负电负电荷周荷周围电势为负值围电势为负值
13、;靠近;靠近正正电电荷荷处电势处电势高,靠近高,靠近负电负电荷荷处电势处电势低低依据依据场场源源电电荷的正荷的正负负判断方法判断方法判断角度判断角度2电势电势能大小的判断能大小的判断在在电场电场中,若只有中,若只有电场电场力做功力做功时时,电电荷的荷的动动能和能和电势电势能能相互相互转转化,化,动动能增加,能增加,电势电势能减小,反之,能减小,反之,电势电势能增加能增加能量守恒能量守恒法法由由Epqp将将q、p的大小、正的大小、正负负号一起代入公式,号一起代入公式,Ep的正的正值值越大,越大,电势电势能越大;能越大;Ep的的负值负值越小,越小,电势电势能越大能越大公式法公式法正正电电荷在荷在电
14、势电势高的地方高的地方电势电势能大,能大,负电负电荷在荷在电势电势低的地低的地方方电势电势能大能大电电荷荷电势电势法法电场电场力做正功,力做正功,电势电势能减小;能减小;电场电场力做力做负负功,功,电势电势能增加能增加做功判断做功判断法法判断方法判断方法判断角度判断角度例例1(2012福建高考福建高考)如如图图627所示,所示,在点在点电电荷荷Q产产生的生的电场电场中,将两个中,将两个带带正正电电的的试试探探电电荷荷q1、q2分分别别置于置于A、B两点,虚两点,虚线为线为等等势势线线。取无。取无穷远处为穷远处为零零电势电势点,若将点,若将q1、q2移移动动到无到无穷远穷远的的过过程中外力克服程
15、中外力克服电场电场力做的功相等,力做的功相等,则则下列下列说说法正法正确的是确的是()AA点点电势电势大于大于B点点电势电势BA、B两点的两点的电场电场强强度相等度相等Cq1的的电电荷量小于荷量小于q2的的电电荷量荷量Dq1在在A点的点的电势电势能小于能小于q2在在B点的点的电势电势能能图图627审题审题指指导导第一步:抓关第一步:抓关键键点点 由此可知由此可知电势电势的正的正负负,及,及A、B两点两点电势电势能与外力做功的关系能与外力做功的关系无无穷远处为穷远处为零零势势点点由此可判断由此可判断电势电势能的增量相等能的增量相等克服克服电场电场力做力做功相等功相等由由电电荷荷带带正正电结电结合
16、外力做功可判定合外力做功可判定场场源源电电荷的荷的电电性性正正试试探探电电荷荷获获取信息取信息关关键键点点第二步:找突破口第二步:找突破口(1)由正由正试试探探电电荷移到无荷移到无穷远穷远克服克服电场电场力做功可知力做功可知电电源的源的电电性,由孤立点性,由孤立点电电荷荷电场线电场线的分布情况,可比的分布情况,可比较较A、B两点两点电势电势高低,高低,场场强强大小。大小。(2)由克服由克服电场电场力做功相等且无力做功相等且无穷远处为穷远处为零零势势点知点知q1、q2在在A、B两点的两点的电势电势能相等,由能相等,由Epq及及A与与B的的关系可确定关系可确定q1与与q2的大小关系。的大小关系。答
17、案答案C电场电场中的功能关系的中的功能关系的应应用用(1)电场电场力做功的特点:力做功的特点:电场电场力做功取决于初、末位置的力做功取决于初、末位置的电电势势差,与路径无关。在等差,与路径无关。在等势势面上移面上移动电动电荷,荷,电场电场力不做功。力不做功。(2)如果只有如果只有电场电场力做功,力做功,则动则动能和能和电势电势能相互能相互转转化,化,动动能能(Ek)和和电势电势能能(Ep)的的总总和守恒,即:和守恒,即:EpEk;电场电场力做力做正功,正功,电势电势能减小,能减小,动动能增加;能增加;电场电场力做力做负负功,功,电势电势能增加,能增加,动动能减小。能减小。(3)除除电场电场力之
18、外其他力做正功,力之外其他力做正功,动动能和能和电势电势能之和能之和变变大;大;除除电场电场力之外其他力做力之外其他力做负负功,功,动动能和能和电势电势能之和能之和变变小小(4)如果只有如果只有电场电场力和重力做功,力和重力做功,则电势则电势能和机械能之和保能和机械能之和保持不持不变变。例例2如如图图628所示,在所示,在O点放置点放置一个正一个正电电荷,在荷,在过过O点的点的竖竖直平面内的直平面内的A点,点,自由自由释释放一个放一个带带正正电电的小球,小球的的小球,小球的质质量量为为m、电电荷量荷量为为q。小球落下的。小球落下的轨轨迹如迹如图图中虚中虚线线所示,它与以所示,它与以O为圆为圆心
19、、心、R为为半径的半径的圆圆(图图中中实线实线表示表示)相交于相交于B、C两点,两点,O、C在同一水平在同一水平线线上,上,BOC30,A距离距离OC的的竖竖直高度直高度为为h。若小球通。若小球通过过B点的速度点的速度为为v,试试求:求:(1)小球通小球通过过C点的速度大小。点的速度大小。(2)小球由小球由A到到C的的过过程中程中电势电势能的增加量。能的增加量。图图628 所所谓图图转换谓图图转换,就是把,就是把题题目所目所给给的物理情景的物理情景图转图转化化成便于分析、理解、解决成便于分析、理解、解决问题问题的物理的物理图图形的方法。此方形的方法。此方法常用于法常用于电场线电场线、等、等势势
20、面及粒子面及粒子轨轨迹迹综综合合问题问题的分析和的分析和判断。判断。超超链链接接典例典例(2012天津高考天津高考)两个固定的等量异号点两个固定的等量异号点电电荷所荷所产产生生电场电场的等的等势势面如面如图图629中虚中虚线线所示,一所示,一带负电带负电的粒子的粒子以某一速度从以某一速度从图图中中A点沿点沿图图示方向示方向进进入入电场电场在在纸纸面内面内飞飞行,行,最后离开最后离开电场电场,粒子只受静,粒子只受静电电力作用,力作用,则则粒子在粒子在电场电场中中()A做直做直线线运运动动,电势电势能先能先变变小后小后变变大大B做直做直线线运运动动,电势电势能先能先变变大后大后变变小小C做曲做曲线
21、线运运动动,电势电势能先能先变变小后小后变变大大D做曲做曲线线运运动动,电势电势能先能先变变大后大后变变小小图图629将等将等势势面面转转化化为电场线为电场线后,可以后,可以较较容易地判断容易地判断出出带电带电粒子的受力方向,确定粒子的受力方向,确定电场电场力做功情况,力做功情况,进进而确定而确定电势电势能的能的变变化化思路立思路立现现等等势势面面电场线电场线转换对转换对象象解析解析由由题图题图等等势势面可知两固定的面可知两固定的等量异号点等量异号点电电荷的荷的电场电场分布如分布如图图6210所示。所示。带负电带负电的粒子在等量异号点的粒子在等量异号点电电荷所荷所产产生生电场电场中的偏中的偏转
22、转运运动轨动轨迹如迹如图图所示,所示,则则粒子在粒子在电场电场中做曲中做曲线线运运动动。电场电场力力对带负电对带负电的粒子先做正功的粒子先做正功后做后做负负功,功,电势电势能先能先变变小后小后变变大,故大,故C正确。正确。图图6210答案答案C题题后悟道后悟道分析分析该类问题该类问题要注意以下三点:要注意以下三点:(1)所画的所画的电场线应电场线应与等与等势势面垂直。面垂直。(2)根据根据带电带电粒子运粒子运动轨动轨迹,确定迹,确定电场电场力方向。力方向。(3)结结合粒子合粒子电电性确定性确定电场线电场线方向。方向。如如图图6211所示所示,虚,虚线线a、b、c代表代表电场电场中的三个等中的三
23、个等势势面,相面,相邻邻等等势势面之面之间间的的电势电势差相等,即差相等,即UabUbc,实线为实线为一一带负带负电电的的质质点点仅仅在在电场电场力作用下通力作用下通过该过该区域区域时时的运的运动轨动轨迹,迹,P、R、Q是是这这条条轨轨迹上的三点,迹上的三点,R同同时时在在等等势势面面b上,据此可知上,据此可知()图图6211A三个等三个等势势面中,面中,c的的电势电势最低最低B带电质带电质点在点在P点的点的电势电势能比在能比在Q点的小点的小C带电质带电质点在点在P点的点的动动能与能与电势电势能之和比在能之和比在Q点的小点的小D带电质带电质点在点在R点的加速度方向垂直于等点的加速度方向垂直于等
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