第十章 静电场中的能量（培优复习课件）物理人教版2019必修第三册

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第十章 静电场中的能量人教版（2019）必修第三册 单元复习单元学习目标1.掌握静电力做功特点，明确其与路径无关，仅由初末位置决定，能在匀强电场中用公式计算，依据力和位移夹角判断做功正负。2.理解电势能概念，知晓静电力做功与电势能变化的关系，能判断电势能增减，清楚其相对性及零势能点的常规选取。3.理解电势定义，知道其由电场本身决定，能通过电场线或公式法判断电势高低，了解其标量性和相对性。3.掌握电势差，能用公式计算，了解等势面特点并能借此分析电场问题。单元学习目标3.明确匀强电场中的关系，能运用解决实际问题，清楚场强的单位及换算关系。4.了解电容器构造，理解电容定义及单位，知道充放电的能量转化，会用决定式分析电容变化，区分击穿电压与额定电压。6.会分析带电粒子在电场中的运动，能用牛顿定律结合运动学公式或动能定理处理直线运动，用运动分解法分析偏转，计算相关物理量并解释现象。​单元学习重难点 1.重点：静电力做功与电势能变化的关系是核心，需掌握其与路径无关的特性及计算；电势、电势差的概念和计算是关键，尤其W AB=qU AB的应用；匀强电场中U=Ed的理解与运用；带电粒子在电场中运动的分析，包括直线和偏转运动。​2.难点：电势能与电势的相对性易混淆，需注意负电荷的情况；电势差与做功的符号处理易出错；电容器动态分析中各量变化关系复杂；带电粒子偏转计算需综合多知识点，易失误。1. 本章思维导图2. 各节知识清单3. 题型剖析及针对训练4. 课堂巩固5. 课堂总结第十章 静电场中的能量一、本章思维导图第十章 静电场中的能量本章思维导图第十章 静电场中的能量二、各节知识清单第十章 静电场中的能量第1节 电势能和电势一、静电力做功的特点静电力做功的特点：静电力所做的功与电荷的 和 有关，与电荷经过的路径 。注意：这个结论虽然是从匀强电场中推导出来的，但是可以证明对非匀强电场也是适用的。起始位置终止位置无关第1节 电势能和电势二、电势能1.定义：电荷在电场中具有的势能，是与位置有关的物理量。符号：Ep。2.静电力做功与电势能变化之间的关系：(1)WAB＝EpA－EpB。(2)静电力做正功，即WAB>0，电势能减少；静电力做负功，即WAB0，表示A点电势比B点电势高。第2节 电势差3.(1)静电力做功与电势差的关系(2)说明：①由UAB＝ 可以看出，UAB在数值上等于单位正电荷由A点移动到B点时静电力所做的功。②UAB＝ 中，UAB、WAB及q都有正负之分，计算UAB时，WAB和q的正负可直接代入求解。q(φA－φB)EpA－EpB一、电势第2节 电势差二、等势面1.定义：电场中电势相同 的各点构成的面。2.等势面的特点(1)在同一个等势面上移动电荷时，静电力 。(2)等势面一定跟电场线 ，即跟电场强度的方向 。(3)电场线总是由 的等势面指向 的等势面。(4)在空间中两等势面不相交。不做功垂直垂直电势高电势低第2节 电势差二、等势面3.四种常见的典型电场的等势面对比第2节 电势差二、等势面3.四种常见的典型电场的等势面对比第2节 电势差二、等势面3.四种常见的典型电场的等势面对比第2节 电势差二、等势面3.四种常见的典型电场的等势面对比说明：(1)以上图中两个相邻的等势面之间的电势差是相等的，这样的等势面称为等差等势面。(2)由图可知，在电场线密集的地方，等差等势面密集，电场强度大；在电场线稀疏的地方，等差等势面稀疏，电场强度小。第3节 电势差与电场强度的关系一、匀强电场中电势差与电场强度的关系1.匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点 的距离的乘积，即UAB＝ ，如果匀强电场中两点连线不沿电场方向，d的取值应为在电场方向的投影距离。2.公式：E＝ 。(1)在匀强电场中，电场强度的大小等于两点间的电势差与两点_________ 之比。(2)电场强度在数值上等于沿电场方向单位距离上降低的电势。(3)电场强度单位的换算： ＝1 N/C。沿电场方向Ed沿电场强度方向的距离1 V/m第3节 电势差与电场强度的关系二、利用公式E＝ 定性分析非匀强电场UAB＝Ed只适用于匀强电场的定量计算，在非匀强电场中，不能进行定量计算，但可以定性地分析有关问题。第4节 电容器的电容一、电容器1.基本构造：任何两个彼此绝缘又相距很近的导体，都可以看成一个电容器。2.充电、放电：(1)充电：把电容器的两个极板与电源的正负极相连，使两个极板上带上等量异种电荷的过程。充电后，跟电源正极相连的极板带正电，跟电源负极相连的极板带负电。充电过程如图(a)、(b)所示。第4节 电容器的电容二、电容　常用电容器1.电容(1)定义：电容器所带电荷量Q与电容器两极板之间的电势差U之比，叫作电容器的电容。(2)定义式： (比值定义法)。Q指一个极板所带电荷量的绝对值。(3)单位：电容的国际单位法拉，简称：法，用字母F表示，常用的单位还有微法和皮法，1 F＝106μF＝1012pF。(4)物理意义：描述电容器容纳电荷本领大小的物理量。(5)由 表明，电容器的电容在数值上等于使两极板间的电势差为1 V时电容器需要带的电荷量。第4节 电容器的电容2.击穿电压和额定电压(1)击穿电压：电介质不被击穿时加在电容器两极板上的极限电压，若电压超过这一限度，电容器就会损坏。(2)额定电压：电容器外壳上标的电压是工作电压(或称额定电压)，也是电容器正常工作时所能承受的最大电压。(3)额定电压比击穿电压低。二、电容　常用电容器第4节 电容器的电容3.常用电容器(1)分类：从构造上看，可以分为固定电容器和可变电容器两类。(2)固定电容器有：聚苯乙烯电容器、电解电容器等。(3)可变电容器由两组铝片组成，固定的一组铝片叫作定片，可以转动的一组铝片叫作动片。转动动片，使两组铝片的正对面积发生变化，电容就随着改变。二、电容　常用电容器第4节 电容器的电容三、实验：观察电容器的充、放电现象1.实验器材8 V的直流电源、单刀双掷开关、平行板电容器、电流表、电压表、小灯泡、导线若干。2.实验步骤(1)按图连接好电路。(2)把单刀双掷开关S接在上面，使触点1和触点2连通，观察电容器的充电现象，并将结果记录在表格中。(3)将单刀双掷开关S接在下面，使触点3和触点2连通，观察电容器的放电现象，并将结果记录在表格中。(4)记录好实验结果，关闭电源。第4节 电容器的电容三、实验：观察电容器的充、放电现象3.实验记录和分析明暗熄灭大小零小大第4节 电容器的电容三、实验：观察电容器的充、放电现象明暗熄灭大小零大小零3.实验记录和分析第4节 电容器的电容四、平行板电容器的电容1.平行板电容器电容的决定因素：电容C与两极板间电介质的相对介电常数εr成 ，与极板的正对面积S成 ，与两极板间的距离d成 。2.平行板电容器电容的决定式：C＝ ，εr为电介质的相对介电常数，k为静电力常量。当两极板间是真空时，εr＝ 。空气的相对介电常数十分接近1。正比正比反比1第4节 电容器的电容四、平行板电容器的电容4.电容器容纳电荷的本领由 来量度，由本身的结构(如平行板电容器的εr、S、d等因素)来决定。返回第4节 电容器的电容五、平行板电容器的两类动态问题1.两类基本问题以下两种情形下，若电容器的某一物理量发生变化，求其他物理量的变化情况。(1)电容器始终与电池两极相连稳定后，电容器上的电压不变。(2)电容器和电源连接后再断开，电容器上的电荷量不变。2.平行板电容器动态问题的分析方法抓住不变量，分析变化量，紧抓三个公式：第4节 电容器的电容五、平行板电容器的两类动态问题3.平行板电容器的两类典型问题基本思路(1)U不变的情形由Q＝UC判断Q的变化情况第4节 电容器的电容五、平行板电容器的两类动态问题(2)Q不变的情形第5节 带电粒子在电场中的运动一、带电粒子在电场中的加速1.分析带电粒子加速问题的两种思路 (1)利用__________定律结合匀变速直线运动公式分析。适用于电场是__________且涉及__________等描述运动过程的物理量，公式有qE＝______，v＝v0＋______等。牛顿第二匀强电场运动时间maat位移速率非匀强第5节 带电粒子在电场中的运动一、带电粒子在电场中的加速2.带电粒子在电场中所受的重力 (1)基本粒子：如电子、质子、α粒子、离子等，除有说明或有明确的暗示以外，此类粒子一般不考虑重力(但并不忽略质量)。 (2)带电微粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或有明确的暗示以外，一般都不能忽略重力。3.带电粒子做直线运动的条件 (1)粒子所受合力F合＝0，粒子或静止，或做匀速直线运动。 (2)粒子所受合力F合≠0，且与初速度方向在同一条直线上，带电粒子将做匀加速直线运动或匀减速直线运动。第5节 带电粒子在电场中的运动二、带电粒子在电场中的偏转1.如图所示，质量为m、带电荷量为q的基本粒子(忽略重力)，以初速度v0平行于两极板进入匀强电场，极板长为l，极板间距离为d，极板间电压为U。(1)受力特点带电粒子进入电场后，忽略重力，粒子只受________，设电场力方向平行电场方向向下。运动情况类似于______运动。电场力平抛第5节 带电粒子在电场中的运动匀速直线二、带电粒子在电场中的偏转第5节 带电粒子在电场中的运动二、带电粒子在电场中的偏转第5节 带电粒子在电场中的运动2.常用推论 (1)速度偏转角θ的正切值是位移方向与初速度方向夹角α的正切值的2倍，即tan θ＝2tan α。 (2)粒子从偏转电场中射出时，其速度反向延长线与初速度方向交于沿初速度方向位移的中点。 (3)不同的带电粒子(电性相同，初速度为零)，经同一电场加速后，再进入同一偏转电场，则它们的运动轨迹必定重合。二、带电粒子在电场中的偏转第5节 带电粒子在电场中的运动三、示波管的原理1.构造 示波管是示波器的核心部件，外部是一个抽成真空的玻璃壳，内部主要由________ (发射电子的灯丝、加速电极组成)、偏转电极(由一对X偏转电极板和一对Y偏转电极板组成)和________组成，如图所示。电子枪荧光屏第5节 带电粒子在电场中的运动三、示波管的原理2.原理 (1)电子枪的作用是产生__________的一束电子。 (2)示波管的YY′偏转电极上加的是待测的__________ (图乙)。XX′偏转电极通常接入仪器自身产生的锯齿形电压(图甲)，叫作__________。 (3)荧光屏的作用是显示电子的偏转情况。高速飞行信号电压扫描电压第5节 带电粒子在电场中的运动四、带电粒子在电场和重力场中的运动1.带电粒子在电场中做直线运动的条件（1）合外力为零，带电粒子做匀速直线运动，此种情况下，电场通常为竖直方向。（2）合外力不为零，但合外力的方向与运动方向在同一直线上，带电粒子做匀变速直线运动。第5节 带电粒子在电场中的运动2.处理带电粒子在电场和重力场中抛体运动的方法（1）明确研究对象并对其进行受力分析。（2）将运动正交分解，分方向进行分析，把曲线运动转化为分方向的直线运动，利用牛顿运动定律、运动学公式求解。（3）涉及到功和能量问题可利用功能关系和动能定理处理。①功能关系：静电力做的功等于电势能的减少量，W电＝Ep1－Ep2。②动能定理：合力做的功等于动能的变化，W＝Ek2－Ek1。四、带电粒子在电场和重力场中的运动第5节 带电粒子在电场中的运动四、带电粒子在电场和重力场中的运动3.解决电场和重力场中的圆周运动问题的方法（1）首先分析带电体的受力情况进而确定向心力的来源。（2）用“等效法”的思想找出带电体在电场和重力场中的等效“最高点”和“最低点”。①等效重力法将重力与静电力进行合成，如图所示，则F合为等效重力场中的“等效第5节 带电粒子在电场中的运动四、带电粒子在电场和重力场中的运动3.解决电场和重力场中的圆周运动问题的方法（1）首先分析带电体的受力情况进而确定向心力的来源。（2）用“等效法”的思想找出带电体在电场和重力场中的等效“最高点”和“最低点”。①等效重力法将重力与静电力进行合成，如图所示，则F合为等效重力场中的“等效重力”，F合的方向为“等效重力”的方向，即等效重力场中的“竖直向下”方向。a＝ 视为等效重力场中的“等效重力加速度”第5节 带电粒子在电场中的运动四、带电粒子在电场和重力场中的运动①几何最高点(最低点)与物理最高点(最低点)A.几何最高点(最低点)：是指图形中所画圆的最上(下)端，是符合人视觉习惯的最高点(最低点)。B.物理最高点(最低点)：是指“等效重力F合”的反向延长线过圆心且与圆轨道的交点，即物体在圆周运动过程中速度最小(大)的点。三、题型剖析及针对训练第十章 静电场中的能量题型一：根据电场线、等势面、运动轨迹进行综合分析 题型一：根据电场线、等势面、运动轨迹进行综合分析题型一：根据电场线、等势面、运动轨迹进行综合分析 题型一：根据电场线、等势面、运动轨迹进行综合分析题型一：根据电场线、等势面、运动轨迹进行综合分析 题型二：静电力做功的常用求法1、功的定义法：W＝FLcosθ或W＝qELcosθ，适用匀强电场。2、电势差法：WAB＝qUAB，适用于任何电场。3、电势能变化法：WAB＝EPA－EPB＝-ΔEp，适用于任何电场。只有静电力做功时，带电粒子的电势能与机械能的总量保持不变，即EpA＋E机A＝EpB＋E机B。4、动能定理：W电+W其他力＝ΔEK，适用于任何电场。题型二：静电力做功的常用求法题型二：静电力做功的常用求法 题型二：静电力做功的常用求法题型二：静电力做功的常用求法 题型二：静电力做功的常用求法题型二：静电力做功的常用求法 题型三：平行板电容器的动态分析1、如果电容器始终与电源连接，则U保持不变。d增加，则C减小，Q减小，E减小。S减小，则C减小，Q减小，E不变。ε减小，则C减小，Q减小，E不变。2、若断开电源，则极板所带电量Q不变。d增加，则C减小，U增加，E不变。S减小，则C减小，U增加，E增加。ε减小，则C减小，U增加，E增加。题型三：平行板电容器的动态分析题型三：平行板电容器的动态分析 题型三：平行板电容器的动态分析题型三：平行板电容器的动态分析 题型三：平行板电容器的动态分析题型三：平行板电容器的动态分析 题型四：带电粒子在电场中的运动 题型四：带电粒子在电场中的运动题型四：带电粒子在电场中的运动 题型四：带电粒子在电场中的运动题型四：带电粒子在电场中的运动 题型四：带电粒子在电场中的运动题型四：带电粒子在电场中的运动 题型五：相关图像问题 题型五：相关图像问题题型五：相关图像问题 题型五：相关图像问题题型五：相关图像问题 题型五：相关图像问题题型五：相关图像问题 四、课堂巩固第二章 匀变速直线运动的研究四、课堂巩固四、课堂巩固 四、课堂巩固四、课堂巩固 四、课堂巩固四、课堂巩固 四、课堂巩固四、课堂巩固 四、课堂巩固四、课堂巩固 四、课堂巩固四、课堂巩固 四、课堂巩固 五、课堂总结第一章 运动的描述五、课堂总结1. 回顾静电场中电势能、电势、电势差的基本概念，说明它们的物理意义及相互联系。2. 静电场中电场力做功的计算方法有哪些？电势差与电场强度关系的公式如何理解和选用，使用时要注意什么条件？哪些情境下可利用等势面、等势体的特点简化问题分析？4.本章知识，你掌握了哪些知识，还有那些疑惑？3. 带电粒子在静电场（或静电场和重力场）中什么时候做直线运动，什么时候做曲线运动，什么是等效重力场。