《高中物理 第一章 静电场 第4节 电势能 电势与电势差教学案 教科版选修3-1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理 第一章 静电场 第4节 电势能 电势与电势差教学案 教科版选修3-1（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第4节 电势能_电势与电势差1电势能是指电荷在电场中具有的势能，是能量的一种形式，由电荷和电场所共有。2电场力做功与路径无关，电场力做的功等于电荷电势能的减少量。3电势反映了电场的能的性质，某点电势与检验电荷无关，与场中位置有关。4电势是相对的，电势差是绝对的。5电场线的方向就是电势降落最快的方向。6电场线与等势面垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面。一、电场力做功的特点和电势能1静电力做功的特点(1)在匀强电场中，静电力做的功为：WqEd，其中d为沿电场线方向的位移。(2)在电场中移动电荷时，静电力做的功与路径无关，只与始末位置有关。2电势能(1)定义：电荷在电场中具有的势能。(2)
2、静电力做功与电势能的关系静电力做的功等于电势能的减少量，表达式为：WABEpAEpB。电荷在某点的电势能，等于把它从这点移到零势能位置时静电力做的功。3电势能和重力势能的对比理解电势能重力势能系统电荷和电场物体和地球大小的相对性电荷在某点的电势能等于把电荷从该点移到零势能位置时静电力做的功物体在某点的重力势能等于把物体从该点移到零势能位置时重力做的功变化大小的量度静电力的功是电势能变化大小的量度，静电力做的功等于电势能的减少量重力的功是重力势能变化大小的量度，重力做的功等于重力势能的减少量对应力做功特点做功多少只与始、末位置有关，与经过的路径无关，且功等于势能的减少量二、电势与电势差1电势(1
3、)定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值，叫做这一点的电势，用 表示。(2)公式：。(3)单位：在国际单位制中，电势的单位是伏特(V)，1 V1 J/C。(4)标矢性：电势是标量，只有大小，没有方向，但有正值和负值之分。(5)与电场线的关系：沿着电场线方向电势逐渐降低。2电势差(1)定义：电场中两点的电势之差。(2)定义式：UABABUBA。(3)性质：电势差是标量，其大小只与电场中两点的位置有关，与是否存在检验电荷无关。三、等势面1定义电场中电势值相等的各点构成的曲面。2特点(1)等势面是为了形象地描述电场的性质而假想的面，并不实际存在。(2)在同一等势面内任意两点间移动电荷时，
4、静电力不做功。(3)在电场线密集的地方，等差等势面密集，即电场强度大。在电场线稀疏的地方，等差等势面稀疏，即电场强度小。(4)电场线跟等势面垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面。(5)同一电场的任意两等势面不相交。3几种典型电场的等势面项目点电荷等量异种点电荷等量同种点电荷图形特点以点电荷为球心的一簇球面两簇对称的曲面两簇对称的曲面项目匀强电场形状不规则的带电导体图形特点垂直于电场线的一簇平面不规则曲面1自主思考判一判(1)重力做功与路径无关，而电场力做功与路径有关。()(2)电场力对电荷做正功时，电荷具有的电势能将减少。()(3)A电荷的电势能EpA3 J，B电荷的电势能EpB4 J
5、，则EpAEpB。()(4)等差等势面的疏密可以表示电场的强弱。()(5)同一电荷在同一等势面上一定具有相同的电势能。()(6)电荷由高等势面移到低等势面，电场力做正功。()2合作探究议一议(1)电荷的电势能只能在大地或无穷远处为零吗？提示：零电势能位置的选取是任意的，但通常选取大地或无穷远处为零电势能位置。不论电荷为何种电性或电荷量有多大，电荷在零电势能位置的电势能都为零。(2)正电荷的电势能一定大于负电荷的电势能吗？提示：不一定。对正电荷，电势越高处电势能越大，电势越低处电势能越小；对负电荷，电势越高处电势能越小，电势越低处电势能越大。(3)电势差的正负表示什么？UAB0表示什么？UAB0
6、说明了什么？提示：(1)电势差的正负表示电场中两点电势的相对高低。(2)若UAB0，则AB。(3)若UAB0，则A0说明A点电势高于零电势点电势。电场中的功能关系1只有电场力做功的系统只发生电势能和动能之间的相互转化，电势能和动能之和保持不变，它们之间的大小关系为：W电Ep电Ek。2只有电场力和重力做功的系统只发生电势能、重力势能和动能之间的相互转化，电势能、重力势能、动能三者之和保持不变，功和能的大小关系为：W电WG(Ep电Ep)Ek。3多种力做功的系统多种形式的能量参与转化，要根据不同力做功和不同形式能转化的对应关系分析，总功等于动能的变化，其关系为：W电W其他Ek。典例(多选)如图141
7、(a)，直线MN表示某电场中一条电场线，a、b是线上的两点，将一带负电荷的粒子从a点处由静止释放，粒子从a运动到b过程中的vt图线如图(b)所示。设a、b两点的电势分别为a、b，场强大小分别为Ea、Eb，粒子在a、b两点的电势能分别为Wa、Wb，不计重力，则有()图141AabBEaEbCEaEb DWaWb解析由vt 图像的斜率减小可知由a到b的过程中，粒子的加速度减小，所以场强变小，EaEb；根据动能定理，速度增大，可知电势能减小，WaWb，可得选项B、D正确。答案BD判定电势能增减的方法做功判定法无论是哪种电荷，只要电场力做正功，电荷的电势能一定减少；只要电场力做负功，电荷的电势能一定增
8、加。电场线法正电荷顺着电场线方向移动，电势能一定减小，逆着电场线方向移动，电势能一定增加；负电荷顺着电场线方向移动，电势能一定增加，逆着电场线方向移动，电势能一定减小。电性判定法同种电荷靠近时电势能增大，远离时电势能减小；异种电荷靠近时电势能减小，远离时电势能增大。1在电场中把电荷量为4109 C的正电荷从A点移到B点，克服电场力做功6108 J，下列说法中正确的是()A电荷在B点具有的电势能是6108 JBB点的电势是15 VC电荷的电势能增加了6108 JD电荷的电势能减少了6108 J解析：选C在没有明确零电势点的情况下，不能确定电场中各点电势和电势能的具体值，A、B错误。克服电场力做了
9、多少功，电荷的电势能就增加多少，D错误，C正确。2地球表面附近某区域存在大小为150 N/C、方向竖直向下的电场。一质量为1.00104 kg、带电量为1.00107 C的小球从静止释放，在电场区域内下落10.0 m。对此过程，该小球的电势能和动能的改变量分别为(重力加速度大小取9.80 m/s2，忽略空气阻力)()A1.50104 J和9.95103 JB1.50104 J和9.95103 JC1.50104 J和9.65103 JD1.50104 J和9.65103 J解析：选D电场力做功只与初末位置的电势差有关，电场力做正功电势能减少，电场力做负功，电势能增加。小球带负电，受到的电场力沿
10、竖直方向向上，所以下落过程，电场力做负功，电势能增加，A、C项错误；W电Eqh1501.00107 10 J1.5104 J，根据动能定理，合力做功等于动能的变化，有：W GW电(mgEq)h(9.81041.00107150)10 J9.65103 J，D项正确。3. (多选)如图142所示，带正电的点电荷固定于Q点，电子在库仑力作用下，做以Q为焦点的椭圆运动。M、P、N为椭圆上的三点，P点是轨道上离Q点最近的点。电子在从M经P到达N点的过程中()图142A速率先增大后减小B速率先减小后增大C电势能先减小后增大 D电势能先增大后减小解析：选AC方法一：在正点电荷产生的电场中，离正电荷越近电势
11、越高，故在MPN的过程中，电势先升高后降低，P点电势最高，由Epq知电子在P点的电势能最小，即电子电势能先减小后增大，C正确。又只有静电力做功，电势能和动能相互转化，故动能先增大后减小，速率也就先增大后减小，A正确。方法二：如图所示，可在图中画出MPN过程中各处的静电力(即库仑力)与该处速度方向，可知F与v的夹角先小于90，后大于90，也就知道静电力先做正功，后做负功，故电势能先减小后增大，动能先增大后减小，速率也就先增大后减小，A、C正确。电势及其高低的判断1对电势的三点理解(1)电势的相对性。电势是相对的，只有先确定了零电势点的位置，才能确定其他点的电势，电场中某点的电势跟零电势位置的选取
12、有关，在理论研究中，对不是无限大的带电体产生的电场，选择无限远处的电势为零；实际问题中，常选取无限远处或大地的电势为零。(2)电势的固有性。电势是表示电场能的性质的一个物理量，电场中某点处的大小是由电场本身决定的，与在该点处是否放入检验电荷及电荷的电性和电荷量均无关。(3)电势是标量。在规定了电势零点后，电场中各点的电势可以是正值，也可以是负值。正值表示该点电势高于零电势，负值表示该点电势低于零电势。显然，电势的正、负只表示大小，不表示方向，当规定无限远处为零电势后，正电荷产生的电场中各点的电势为正值，负电荷产生的电场中各点的电势为负值，且越靠近正电荷的地方电势越高，越靠近负电荷的地方电势越低
13、。2电势与电势能的区别与联系电势电势能Ep物理意义反映电场的能的性质的物理量反映电荷在电场中某点所具有的能量相关因素电场中某一点的电势的大小，只跟电场本身有关，跟点电荷q无关电势能的大小是由点电荷q和该点电势共同决定的大小电势沿电场线逐渐降低，规定零电势点后，某点的电势高于零，则为正值；某点的电势低于零，则为负值正点电荷(q)：电势能的正负跟电势的正负相同负点电荷(q)：电势能的正负跟电势的正负相反单位伏特V焦耳J联系或Epq，二者均是标量典例(多选)(2015江苏高考)两个相同的负电荷和一个正电荷附近的电场线分布如图143所示。c是两负电荷连线的中点，d点在正电荷的正上方，c、d到正电荷的距
14、离相等，则()图143Aa点的电场强度比b点的大Ba点的电势比b点的高Cc点的电场强度比d点的大Dc点的电势比d点的低解析根据电场线的分布图，a、b两点中，a点的电场线较密，则a点的电场强度较大，选项A正确。沿电场线的方向电势降低，a点的电势低于b点的电势，选项B错误。由于c、d关于正电荷对称，正电荷在c、d两点产生的电场强度大小相等、方向相反；两负电荷在c点产生的电场强度为0，在d点产生的电场强度方向向下，根据电场的叠加原理，c点的电场强度比d点的大，选项C正确。c、d两点中c点离负电荷的距离更小，c点电势比d点低，选项D正确。答案ACD电势高低的四种判断方法判断角度判断方法场源电荷正负法取无穷远处电势为零，正电荷周围电势为正值，负电荷周围电势为负值；靠近正电荷处电势高，靠近负电荷处电势低电场线方向法沿着电场线方向电势逐渐降低；逆着电场线方向电势逐渐升高电场力做功法电场力做正功，电势能减少，若为
