人教版 (新课标)选修3选修3-1第一章 静电场4 电势能和电势图文ppt课件

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1.静电力做功的特点:在静电场中移动电荷时,静电力做的功与电荷的_____位置和_____位置有关,与电荷经过的_____无关,这跟重力做功的特点类似。
2.电势能:任务驱动　重力做功与路径无关,电场力做功也与路径无关,重力与电场力存在着相似的性质。重力做功引起了重力势能的变化,电场力做功会引起什么能的变化?提示:电场力做功会引起电势能的变化。
(1)定义:电荷在电场中所具有的_____,单位是焦耳(J)。(2)标矢性:电势能是_____,但有正、负之分。当电荷的电势能为正值时,表示比电荷在零电势能位置的电势能___;为负值时,表示比电荷在零电势能位置的电势能___。
(3)相对性:电势能是相对的,只有当_________位置确定以后,电荷在电场中某点的电势能才有确定的值。通常规定:电荷在大地表面或_________的电势能为零。
(4)静电力做功与电势能变化的关系:静电力做的功等于_______的减少量。电荷在某点的电势能等于把它从这点移到_______位置时静电力做的功。(5)电势能变化:同一电场中,在同样的两点间,移动正电荷与移动负电荷,电荷的电势能的增减是_____的。
3.电势:(1)定义:电场中某一点的电势等于电荷在该点的_______与它的_______的比值。(2)公式:________。(3)单位:国际单位制中,电势的单位是_____,符号是V,1 V= ______。 
(4)特点。①相对性:电场中各点电势的高低,与所选取的_______的位置有关,一般情况下取_______或大地为零电势位置。②标矢性:电势是标量,只有大小,没有_____,但有_____。
③固有性:电势是表示电场_____属性的一个物理量,在电场中某点电势的高低由_________决定,与在该点是否有试探电荷、电荷的电性、电荷量_____。(5)与电场线关系:沿电场线方向电势_____得最快。
4.等势面:(1)定义:电场中_____相同的各点构成的面。(2)等势面特点。①沿同一等势面移动电荷,静电力_______。②等势面一定和电场线(或电场强度方向)_____。
(3)等势面的形状如图所示。
主题一　静电力做功的特点　电势能【问题探究】如图所示:让试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中,沿几条不同路径从A点运到B点。
试结合上述情景,讨论下列问题:(1)分别计算甲、乙、丙三图中静电力对电荷做功的多少。提示:可以根据功的公式W=FLcsθ计算出各种情况下电场力做的功。①图甲中,静电力对电荷所做的功W=F·|AB|=qE·|AB|=qE·|AM|。
②图乙中,静电力对电荷所做的功W=F·csθ|AB| =qE·|AM|。③图丙中,用无数组跟静电力垂直和平行的折线来逼近曲线ANB,与静电力平行的短折线的长度之和等于|AM|,因此静电力对电荷所做的功W=W1+W2+W3+…=qE·|AM|。
(2)通过问题(1)中三种情况下的做功的数据,请总结静电力做功的特点。提示:静电力做的功只与电荷的起始位置和终止位置有关,与电荷经过的路径无关。
(3)结合图甲,类比重力做功与重力势能的关系,思考静电力做功与电势能有什么关系。提示:在图甲中,正电荷从A移到B静电力做正功,电势能减少,正电荷从B移到A静电力做负功,电势能增加。重力做的功等于重力势能的减少量,即WG=EpA-EpB。类似地,静电力做功与电势能的关系为:静电力做功等于电势能的减少量,即WAB=EpA-EpB。
【探究总结】1.静电力做功的特点:(1)静电力对电荷所做的功与电荷的起始位置和终止位置有关,而与电荷经过的路径无关。该结论不仅适用于匀强电场,而且适用于非匀强电场。
(2)在匀强电场中,电场力做的功为W=qEd,其中d为沿电场线方向的位移。(3)电场力和瞬时速度方向的夹角为锐角时电场力做正功,夹角为钝角时做负功。
2.电势能的性质:(1)系统性:电势能由电场和电荷共同决定,但我们习惯说成是电场中的电荷所具有的电势能。(2)相对性:电势能是一个相对量,其数值与零势能点的选取有关。
(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在参考点的电势能,电势能为负值表示电势能小于在参考点的电势能。
【拓展延伸】1.重力势能与电势能类比:
2.电场力做功与电势能变化的关系:WAB=EPA-EPB,电场做正功,电势能减小;电场力做负功,电势能增加。
【典例示范】　在电场中,把电荷量为4×10-9 C的正点电荷从A点移到B点,克服静电力做功6×10-8 J,以下说法中正确的是(　　)A.电荷在B点具有的电势能是6×10-8 JB.B点的电势是15 VC.电荷的电势能增加了6×10-8 JD.电荷的电势能减少了6×10-8 J
【解析】选C。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。克服静电力做功6×10-8 J,则电势能增加了6×10-8 J,所以C对,D错。
【规律方法】电势能增减的判断方法(1)做功判断法:无论正、负电荷,电场力做正功,电势能就减小,电场力做负功,电势能就增大。(2)由公式Ep=qφ判断:设φA>φB,当q>0时,qφA>qφB,即EpA>EpB。当qφ2>φ3。A正确。
【补偿训练】1.(多选)如图所示,在x轴上相距为L的两点固定两个等量异种点电荷+Q、-Q,虚线是以+Q所在点为圆心、 为半径的圆,a、b、c、d是圆上的四个点,其中a、c两点在x轴上,b、d两点关于x轴对称。下列判断正确的是(　　)
A.b、d两点处的电势相同B.四个点中c点处的电势最低C.b、d两点处的电场强度相同D.将一试探电荷+q沿圆周由a点移至c点,+q的电势能减小
【解析】选A、B、D。根据等量异种点电荷电场线及等势线的分布可知,b、d两点电势相同,电场强度大小相等、方向不同,选项A对,C错。c点电势为0,由a经b到c,电势越来越低,正电荷由a经b到c电势能越来越小,选项B、D对。
2.下列四个图中,a、b两点电势相等、电场强度也相等的是(　　)
【解析】选D。匀强电场的等差等势面是垂直于电场线的一簇等间距的平行平面,A中a、b两点不在同一等势面上,所以,这两点的电势是不相等的,但这两点的场强相等;B中a、b两点在同一个等势面上,电势相等,但这两点的场强大小相等、方向不同;C中a、b两点对称于两电荷的连线,所以电势相等,但在中垂线上场强的方
向是平行于中垂线的,而且都指向外侧,故两点场强的方向不同;在D中,a、b两点的电势相等,场强的方向是平行于两电荷连线方向的,而且方向相同。故选D。
3.(多选)如图所示,真空中M、N处分别放置两等量异种电荷,a、b、c表示电场中的3条等势线,d点和e点位于a等势线上,f点位于c等势线上,df平行于MN。以下说法正确的是(　　)
A.d点的电势高于f点的电势B.d点的电势与e点的电势相等C.若将一负试探电荷沿直线由d点移动到f点,则电场力先做正功、后做负功D.若将一正试探电荷沿直线由d点移动到e点,试探电荷的电势能增加
【解析】选A、B。电场线从M指向N,而沿电场方向电势降低,所以d点的电势高于f点的电势,A正确;d点和e点在同一条等势线上,所以两点电势相等,B正确;若将一负试探电荷沿直线由d点移动到f点,过程中电场力方向与运动方向夹角为钝角,所以电场力一直做负功,C错误;若将一正试探电荷沿直线由d点移动到e点,过程始末试探电荷的电势相等,所以电场力做功为零,电势能不变,D错误。
4.某静电场的电场线分布如图所示,图中P、Q两点的电场强度的大小分别为EP和EQ,电势分别为φP和φQ,则(　　)A.EP>EQ,φP>φQB.EP>EQ,φP