2018-2019学年高中物理 第一章 静电场 4 电势能和电势课件课件 新人教版选修3-1.ppt

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1、4电势能和电势,1理解静电力做功的特点、电势能的概念、电势能与静电力做功的关系 2理解电势的概念，知道电势是描述电场的能的性质的物理量明确电势能、电势、静电力的功、电势能的关系了解电势与电场线的关系，了解等势面的意义及与电场线的关系,教学目标,【重点】 理解掌握电势能、电势、等势面的概念及意义 【难点】 掌握电势能与做功的关系，并能用此解决相关问题,重点难点,电势、电势能的概念比较抽象，在讲解时可以通过引入重力场的有关概念进行类比，以增强知识的可感知性，这样有助于学生的理解但还需要注意的是，在讲解中不仅要掌握好教学的深度，同时要加强学生从不同的知识角度能的角度、功能关系的角度学习本节知识，从一

2、个更高的全面的基准点对已学知识进行综合，加强学生自身知识的再更新能力，这也是教师急需要注意的问题 在讲解中，知识点上需要明确的是： (1)除了需要说明电势的单位以及标量性，还需要强调电势公式是定义式，,教学建议,电场中某一点的电势与电荷在电场中的电势能无关，与电荷的多寡无关；而电场中某点的电势与电荷在电场中的电势能无关，与电荷的多寡无关；而电场中某点的电势与产生电场的源电荷有关，与该点在电场中的位置有关 (2)使用电势公式时，注意公式中物理量的正负，理解正负只是表示电势的高低而不是方向 (3)关于电势的讲解：一是需要注意的是零电势的选取(理论上以距离电场无限远处为零电势，实际上以大地的电势为零

3、电势)；二是电势沿着电场线的方向逐渐降低,教学建议,【导入一】 复习前面相关知识 1静电力、电场强度的概念，指出前面我们从力的性质的角度研究电场，从本节起将从能量的角度研究电场 2复习功和能量的关系 从静电力做功使试探电荷获得动能入手，提出问题：是什么能转化为试探电荷的动能？ 引入新课,新课导入,【导入二】 高山耸立，峭壁嶙峋，攀岩者若要登上陡峭的山峰，不仅需要熟练的攀岩技巧，而且需要过人的体力攀岩者攀岩时，攀岩者克服重力做功，也一步步地增大了自己的重力势能而做自由落体运动的物体，由于重力做功，使得势能转化成了动能 电子在静电力的作用下沿着与电场强度相反的方向运动时，电场力做功吗？电子在电场中

4、有势能吗？如果有，这个势能与静电力所做的功有什么关系？这个势能与重力势能有无相似之处？,新课导入,1.静电力做功的特点:移动电荷的静电力所做的功只与 有关,而与电荷无关. 2.匀强电场中静电力做功:在匀强电场中,静电力做功W=qEd,其中d为沿 方向的位移,不一定是被移动电荷的实际位移.,静电力做功,知识必备,知识点一,起始位置和终止位置,经过的路径,场强,1.概念:电荷在所具有的能叫作电势能,用Ep表示,单位是焦(J). 2.大小:电荷在电场中某点的电势能,等于把它从该点移动到位置时静电力做的功. 3.静电力做功与电势能变化的关系:WAB= .,电势能,知识必备,知识点二,电场中,零势能,E

5、pA-EpB,1.定义:电荷在电场中某点的与它的的比值,叫作这一点的电势,用字母表示. 2.表达式:. 3.单位:伏特(V).1 V=J/C. 4.意义:描述电场的的物理量.电场中某一点的电势在数值上等于 在该点所具有的电势能. 5.电势和电势能的关系:EpA=qA.,电势,知识必备,知识点三,电势能,电荷量,1,能的性质,单位正电荷,1.等势面:电场中电势 构成的面叫作等势面. 2.常见的等势面 (1)点电荷的电场中的等势面是以点电荷为的一簇球面,如图1-4-1甲所示. (2)等量同种点电荷的电场中的等势面如图乙所示. (3)等量异种点电荷的电场中的等势面如图丙所示,特别要注意两点电荷连线的

6、中垂面为一个等势面.,等势面,知识必备,知识点四,相同的各点,球心,(4)匀强电场中的等势面是垂直于电场线的一簇平面,如图丁所示. (5)形状不规则的带电导体附近的电场线及等势面如图戊所示.处于静电平衡状态的导体是等势体,导体表面是等势面,导体表面外侧的电场线跟导体表面垂直.,知识必备,图1-4-1,学习互动,电势能,考点一,想一想 重力做功与静电力做功有何共同之处?什么是电势能?静电力做功与电势能的变化量之间有什么关系?,要点总结 1.对电势能的理解 (1)系统性:电势能由电场和电荷共同决定,属于电场和电荷系统所共有的,我们习惯说成电场中的电荷所具有的. (2)相对性:电势能是一个相对量,其

7、数值与零势能点的选取有关,因此确定电荷的电势能首先应确定零势能点的位置,但电荷在某两点之间的电势能之差与零势能点的选取无关. (3)标量性:电势能是标量,有正负、无方向.电势能为正值表示电势能大于参考点的电势能,电势能为负值表示电势能小于参考点的电势能.,知识必备,2.电势能大小的三种判断方法 (1)由场源电荷判断:离正场源电荷越近,正试探电荷的电势能越大,负试探电荷的电势能越小;离负场源电荷越近,正试探电荷的电势能越小,负试探电荷的电势能越大. (2)由电场线判断:正电荷顺着电场线的方向移动时电势能逐渐减小,逆着电场线的方向移动时电势能逐渐增大;负电荷顺着电场线的方向移动时电势能逐渐增大,逆

8、着电场线的方向移动时电势能逐渐减小. (3)由做功判断:无论正、负电荷,静电力做正功,电荷的电势能都减小;静电力做负功,电荷的电势能都增大.,知识必备,学习互动,例1将带电荷量为610-6 C的负电荷从电场中的A点移到B点,克服静电力做了310-5 J的功,再从B移到C,静电力做了1.210-5 J的功,则: (1)该电荷从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点的电势能为零,则该电荷在B点和C点的电势能分别为多少? (3)如果规定B点的电势能为零,则该电荷在A点和C点的电势能分别为多少?,学习互动,答案(1)增加1.810-5 J(2)310-5 J1.810

9、-5 J (3)-310-5 J-1.210-5 J 解析 (1)从A移到C,静电力做的功WAC=-310-5 J+1.210-5 J=-1.810-5 J,电势能增加1.810-5 J. (2)WAB=EpA-EpB=-310-5 J,又EpA=0,则EpB=310-5 J WAC=EpA-EpC=-1.810-5 J,则EpC=1.810-5 J. (3)WAB=EpA-EpB=-310-5 J,又EpB=0,则EpA=-310-5 J WBC=EpB-EpC=1.210-5 J,则EpC=-1.210-5 J.,想一想什么是电势?零电势点是怎么规定的? 沿电场线的方向电势如何变化?,学习

10、互动,电势,考点二,要点总结 1.对电势的三点理解 (1)电势的相对性:电场中某点的电势是相对的,它的大小和零电势点的选取有关.在物理学中,常取离场源电荷无限远处的电势为零,在实际应用中常取大地的电势为零. (2)电势的固有性:电势是表示电场的能的性质的物理量,电场中某点的电势只由电场本身决定,而与在该点是否放有电荷、电荷的电性及电荷量均无关. (3)电势的标量性:电势虽然有正负,但电势是标量.电势为正值表示该点电势高于零电势,电势为负值表示该点电势低于零电势,正负号不表示方向.,学习互动,2.电势高低的四种判断方法,学习互动,（续表）,学习互动,学习互动,例2如果把q=1.010-8 C的正

11、电荷从无穷远处移到电场中的A点,需要克服静电力做功W=1.210-4 J,则: (1)该正电荷在A点的电势能和A点的电势各是多少? (2)该正电荷移入电场前A点的电势是多少?,学习互动,学习互动,例3(多选)如图1-4-2所示的电场中有A、B两点,下列判断正确的是() A.电势AB,场强EAEB B.电势AB,场强EAEpB,答案 BC 解析 沿电场线方向电势逐渐降低,则AB,电场线密处电场强度大,则EAEB,故选项A错误,选项B正确;正电荷从A点移到B点,静电力做正功,电势能减少,选项C正确;负电荷从A点移到B点,静电力做负功,电势能增大,选项D错误.,图1-4-2,想一想等势面有哪些特点?

12、电场线与等势面有何关系?,学习互动,等势面,考点三,要点总结 1.在同一等势面上移动电荷时,静电力不做功. 2.等势面一定处处与电场线垂直,即与场强的方向垂直. 3.电场线总是从电势较高的等势面指向电势较低的等势面. 4.在空间没有电荷的地方两等势面不相交. 5.等势面可以是封闭的,也可以是不封闭的. 6.在电场线密集的地方,等差等势面密集;在电场线稀疏的地方,等差等势面稀疏.,学习互动,例4(多选)图1-4-3中的虚线为某个点电荷电场的等势面.现有a、b两个带电粒子(不计重力)以相同的速率从同一点A出发,沿不同路径分别到达B、C两点.根据图示情况可以得知() A.a、b两个粒子的电荷量一定相

13、等 B.a、b两个粒子的电性一定相反 C.粒子a的动能先减少后增加 D.经过B、C两点时,a、b两粒子的速率相同,学习互动,图1-4-3,学习互动,答案 BCD 解析 由初速度方向和粒子的运动轨迹知,a、Q间为斥力,b、Q间为引力,所以a、b两粒子的电性相反,选项B正确;由于图中只显示运动的大致情况,无法判断a、b两粒子的电荷量的多少,选项A错误;对a粒子,静电力先做负功后做正功,故其动能先减少后增加,选项C正确;当a、b两粒子分别到达B、C两点时,由于B、C和出发点A位于同一等势面上,运动过程中静电力做功为零,因而动能不变,选项D正确.,备用习题,1. (多选)下列说法中正确的是() A无论

14、是正电荷还是负电荷，从电场中某点移到无限远处时，静电力做的正功越多，电荷在该点的电势能越大 B无论是正电荷还是负电荷，从电场中某点移到无限远处时，静电力做的正功越少，电荷在该点的电势能越大 C无论是正电荷还是负电荷，从无限远处移到电场中某点时，克服静电力做的功越多，电荷在该点的电势能越大 D无论是正电荷还是负电荷，从无限远处移到电场中某点时，静电力做的功越多，电荷在该点的电势能越大,备用习题,答案 AC 解析电荷在无限远处的电势能为零电荷从电场中某处移到无限远处时，若静电力做正功，电荷的电势能减少，到无限远处减为零，则电荷在该点的电势能为正，其值等于移动电荷过程中电势能的减少量，也就等于静电力

15、做的功，因此静电力做的正功越多，电荷在该点的电势能越大，选项A正确，选项B错误；电荷从无限远处移到电场中某点时，若克服静电力做功，电势能由零增大到某值，此值就是电荷在该点的电势能值，因此电荷在该点的电势能等于电荷从无限远处移到该点时克服静电力所做的功，故选项C正确，选项D错误,备用习题,2.如图144所示，在等量异种点电荷形成的电场中有A、B、C三点，A点为两点电荷连线的中点，B点为连线上距A点距离为d的一点，C点为两点电荷连线中垂线上距A点距离也为d的一点，则下面关于三点电场强度E、电势的关系，正确的是 () AEAECEB，ACB BEBEAEC，ACB CEAEB，EAEC，AB，AC

16、D因为电势零点未规定，所以无法判断电势高低,图144,备用习题,答案 B 解析 由电场的叠加，在中垂线上，A点合场强最大，即EAEC，在两电荷连线上，A点合场强最小，即EBEA；电场线由A指向B，AB，中垂线是一条等势线，AC，选项B正确,3.(多选)如图145所示，两个等量的正电荷分别置于P、Q两位置，在P、Q连线的垂直平分线上有M、N两点，另有一试探电荷q，下列说法正确的是() A若q是正电荷，q在N点的电势能比在M点的电势能大 B若q是负电荷，q在M点的电势能比在N点的电势能大 C无论q是正电荷还是负电荷，q在M、N两点的电势能 一样大 D无论q是正电荷还是负电荷，q在M点的电势能都比在

17、N 点的电势能小,备用习题,图145,备用习题,答案 AB 解析由两个等量的正点电荷周围的电场线的分布情况可知，两点电荷连线的中垂线上的电场方向是由连线的中点沿中垂线指向无穷远处正电荷从N点移到M点，电场力做正功，电势能减小；负电荷从N点移到M点，电场力做负功，电势能增大，选项A、B正确,备用习题,4. 电荷量为q1104 C的带正电的小物块置于粗糙的绝缘水平面上，其所在空间存在沿水平方向的匀强电场，场强E与时间t的关系及物块速度v与时间t的关系如图146所示，重力加速度g取10 m/s2，求： (1)物块的质量m. (2)物块与水平面之间的动摩擦因数 (3)物块运动2 s过程中电势能的改变量

18、,图146,备用习题,答案 (1)0.5 kg(2)0.4(3)电势能减少7 J 解析 (1)设在前1 s内的场强为E1，物块的加速度为a1，位移为l1；1 s到2 s时间内的场强为E2，物块的位移为l2. 由图像可知，E13104 N/C，E22104 N/C，a12 m/s2 E1qmgma1，E2qmg0 联立解得m0.5 kg，0.4. (2)由(1)问可知0.4. (3)EpE1ql1E2ql27 J，即电势能减少7 J.,备用习题,5.如图所示，一根长为L1.5 m的光滑绝缘细直杆MN竖直固定在场强为E1.0105 N/C、与水平方向成30角的斜向上的匀强电场中，杆的下端M固定一个

19、电荷量Q4.5106 C的带电小球A，另一带电小球B穿在杆上可自由滑动，小球B电荷量q1.0106 C，质量m1.0102 kg.现将小球B从杆的上端N由静止释放，小球B开始沿杆运动(静电力常 量k9.0109 Nm2/C2，g取10 m/s2) (1)小球B开始运动时的加速度为多大？ (2)小球B的速度最大时，距M端的高度h1为多大？,备用习题,(3)小球B从N端运动到距M端的高度h20.61 m时，速度v1.0 m/s，此过程中小球B的电势能改变了多少？,备用习题,自我检测,1.(电势、电势能的理解)关于电势和电势能,下列说法中正确的是() A.在电场中电势高的地方,电荷在该点具有的电势能

20、大 B.在电场中电势高的地方,放在该点的电荷的电荷量越大,它所具有的电势能也越大 C.在电场中的任意一点上,正电荷所具有的电势能一定大于负电荷具有的电势能 D.在负点电荷所产生的电场中的任意一点上,正电荷所具有的电势能一定小于负电荷所具有的电势能,自我检测,答案 D 解析 由Ep=q,正电荷在电势高的地方具有的电势能大,负电荷则相反,选项A、B错误;q和取同号时的乘积大于取异号时的乘积,选项C错误,选项D正确.,自我检测,2.(电势能)一个点电荷从静电场中的a点移到b点,其电势能的变化为零,则 () A.a、b两点的场强一定相等 B.该电荷一定沿等势面移动 C.作用于该点电荷的静电力 与其移动

21、方向总是垂直的 D.a、b两点的电势一定相等,自我检测,3.(等势面、电势、场强)(多选)如图1-4-4所示,曲线表示一簇关于x轴对称的等势面,在x轴上有A、B两点,则() A.A点场强小于B点场强 B.A点场强方向指向x轴负方向 C.A点场强大于B点场强 D.A点电势高于B点电势,答案 AD 解析 由于电场线与等势面垂直,所以B点处的电场线比A点处的密,B点场强大于A点场强,故A正确,C错误;电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面,故B错误;由沿电场线方向电势降低可知,D正确.,图1-4-4,自我检测,4.(静电力做功和电势能)在电场中,把电荷量为410-9 C的正点电荷从A点移到B点,克服静电力做功610-8 J,以下说法中正确的是() A.电荷在B点具有的电势能是610-8 J B.B点的电势是15 V C.电荷的电势能增加了610-8 J D.电荷的电势能减少了610-8 J,答案 C 解析 电荷在电场中某点的电势能具有相对性,只有确定零势能点,B点的电势、电势能才有确定的值,所以A、B错误;克服静电力做功610-8 J,则电势能增加了610-8 J,所以C正确,D错误.,