第10章　第1节　电势能和电势课件PPT

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第十章静电场中的能量第1节　电势能和电势内容索引学 习 目 标1．通过类比重力做功，知道静电力做功的特点．2．理解电势能的变化与静电力做功的关系，会计算电荷在电场中某点的电势能．3．理解电势是从能的角度描述电场的物理量，会判断电场中两点电势的高低．活 动 方 案如图所示，一个质量为m的物体在地面某位置所受的重力是一定的，不管它怎样运动，其所受重力的大小都等于mg，方向竖直向下；一个带正电的电荷量为 q的试探电荷在匀强电场中某位置所受的静电力也是一定的，不管它怎样运动，其所受静电力的大小都等于qE，方向跟电场强度E的方向相同．重力做功具有跟路径无关的特点，静电力做功是否也具有这一特点？活动一：探究静电力做功的特点1．如图所示，试探电荷＋q在电场强度为E的匀强电场中沿三条不同的路径从A点移到B点，已知A、B间的距离为L.试分别计算下列几种情况下电场力对电荷做的功：(1) 将＋q从位置A沿直线移至位置B；【答案】 W＝F·|AB|cos θ＝qE·|AM|.(2) 将＋q从位置A沿折线AMB移至位置B；【答案】 在线段AM上静电力做的功W1＝qE·|AM|，在线段MB上静电力做的功W2＝0，总功W＝W1＋W2＝qE·|AM|.(3) 将＋q从位置A沿任意曲线ANB移至位置B.【答案】 利用微元法化曲为直，W＝qE·|AM|.2．对比以上几种情况下电场力做的功，归纳静电力做功的特点.【答案】 在静电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，与电荷经过的路径无光，该特点同样适用于非匀强电场.因重力做功与电场力做功都与路径无关，根据物体在重力场中具有重力势能，类比得电荷在电场中也具有势能．物理学中将电场中的电荷所具有的势能叫作电势能．同样与重力势能类似，电势能是由电场和电荷共同决定的，是属于电荷和电场所共有的，但习惯上说成电荷的电势能．活动二：推导电势能的变化与静电力做功的关系1．如图所示，若分别将小球甲、正点电荷乙(重力不计) 由静止释放．已知负电荷－Q固定，空气阻力不计．则：(1) 释放后甲、乙分别受到什么力的作用？两者的动能如何变化？两者的动能分别是什么能量转化的？【答案】 重力、电场力；合力做正功，动能均增加；甲的重力势能转为动能，乙的电势能转化为动能．(2) 设电荷乙在A、B两点的电势能分别为EpA和EpB.试证明电荷乙从A点运动到B点过程中，静电力做的功等于电势能的减少量，即WAB＝EpA－EpB.【答案】 证明：根据能量守恒EpA－EpB＝EkB－EkA，根据动能定理WAB＝EkB－EkA，得WAB＝EpA－EpB.2．如图所示，在匀强电场E＝4×109 N/C中，一个负离子q＝－2×10-11 C，从A点运动到B点，A、B相距L＝1 m．则：(1) 该过程静电力做了多少功？【答案】 －8×10-2 J．(2) 离子的电势能如何变化？变化了多少？【答案】 增加；增加了8×10-2 J．(3) 若分别取A、B点为零势能点，该离子在A、B点的电势能分别是多少？【答案】 0，8×10-2 J；－8×10-2 J，0.(4) 能量是标量，思考并写出电势能正负的意义．【答案】 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．3．阅读教材，完成下表．电荷无关减小增加－ΔEp相对性无限远或大地WAO电荷与电场1．如图所示，匀强电场的电场强度为E，取O点为零势能点，A点距O点的距离为l，AO连线与电场强度反方向的夹角为θ.(1) 电荷量分别为q、2q和－q的试探电荷在A点的电势能分别为多少？【答案】 Eql cos θ、2Eql cos θ、－Eql cos θ.活动三：用物理量之比定义电势(2) 电势能与电荷量的比值是否相同？【答案】 电势能与电荷量的比值相同，都为El cos θ.(3) 电势能与电荷量的比值与试探电荷的电荷量是否有关系？【答案】 与试探电荷的电荷量无关． (2) 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．理论研究与实际应用中分别取何处的电势为零？【答案】 在物理学的理论研究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． (3) 说一说电势的标矢性及正负号的意义？【答案】 电势是标量，正负号不表示方向，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．3．比较电场中两点电势的高低．(1) 如图所示，A、B是电场线上的两点，A、B两点的电势哪个高？为什么？A、B两点的电场强度哪个大？想一想：电势和电场强度大小之间存在什么关系？【答案】 A点；沿着电场线方向电势逐渐降低；无法比较；无任何关系．(2) 将一正电荷从无穷远处移入电场中M点，电势能减少了8.0×10-9 J，若将另一等量的负电荷从无穷远处移入电场中的N点，电势能增加了9.0×10-9 J，则下列判断中正确的是 (　　)A．φM＜φN＜0 B．φN＞φM＞0 C．φN＜φM＜0 D．φM＞φN＞0 【答案】 C 检 测 反 馈123456781．如图所示，A、B 为一对等量同种电荷连线上的两点 (其中 B 为中点)，C 为连线中垂线上的一点．今将一个负点电荷自 A 沿直线移到 B 再沿直线移到 C，此过程中该电荷的电势能的变化情况是 (　　)A．始终不变 B．一直减小C．一直增大 D．先增大后减小【答案】 C123456782．在静电场中，将一正电荷从a点移到b点，电场力做负功，则 (　　)A．b点的电场强度一定比a点大 B．电场线方向一定从b指向aC．b点的电势一定比a点高 D．该电荷的动能一定减小12345678【解析】 电场力做负功，该电荷电势能增加．正电荷在电势高处电势能较大，C正确．电场力做负功同时电荷可能还受其他力作用，总功不一定为负，由动能定理可知动能不一定减小，D错误．电势高低与场强大小无必然联系，A错误．b点电势高于a点，但a、b可能不在同一条电场线上，B错误．【答案】 C123456783．如图所示，电场中有A、B两点，则下列说法中正确的是 (　　)A．φA＞φB，EA＞EBB．φA＞φB，EA＜EBC．将＋q由A点移到B点，电场力做负功D．将－q分别放在A、B两点时具有的电势能EpA＞EpB【解析】 沿着电场线的方向电势逐渐降低，故φA＞φB，电场线密处电场强，电场线疏处电场弱，所以EA＜EB，A错误，B正确；将＋q由A点移到B点，电场力做正功，C错误；将－q由A点移到B点，电场力做负功，电势能增加即EpA＜EpB，D错误．12345678【答案】 B123456784．如图所示，图中实线表示一匀强电场的电场线，一带负电荷的粒子射入电场，虚线是它的运动轨迹，a、b是轨迹上的两点，若粒子所受重力不计，那么正确的判断是 (　　)A．电场线方向向下B．粒子一定从a点运动到b点C．a点电势比b点电势高D．粒子在a点的电势能大于在b点的电势能【解析】 无论粒子从a点或者从b点射入电场，由于运动轨迹向下弯曲，说明粒子受电场力方向向下，可判断电场线的方向向上而不是向下，A错误；粒子既可以从a点运动到b点，也可以从b点运动到a点，B错误；由于顺着电场线方向电势降低，故有φa