高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册第2章 电势能与电势差第2节 电势与等势面图片ppt课件

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一、电势任务驱动　在电势越高的地方,某电荷的电势能是不是越大?提示:不是。对于正电荷,电势越高,电势能越大。对于负电荷,电势越高,电势能越小。1.定义:电荷在电场中某一点的_______与它的_______的比值。2.公式:φ= 。3.单位:在国际单位制中,电势的单位是伏特,符号是__,1 __=1 J/C。
二、等势面任务驱动　为什么在同一等势面上移动电荷时,电场力不做功?提示:根据WAB=EpA-EpB,Ep=qφ,等势面上各点电势相等,则EpA=EpB,故WAB=0。1.定义:电场中电势_____的点构成的面。2.特点:由于在等势面上电荷受到的电场力跟等势面_____,所以电荷在同一个等势面上运动时电场力_______。
3.几种常见电场的等势面:
主题一　电势的性质和计算 【实验情境】如图所示,在一电场强度为E的匀强电场中,取B点为零电势能点。若一个试探电荷+q1沿电场线从A点移动到B点,A点与B点的距离为d。
【问题探究】怎样证明电荷在电场中某点的电势能与其电荷量之比与该电荷无关?提示:从A点到B点静电力做的功W1=q1Ed,由电势能的定义可知,q1在A点的电势能为q1Ed；同理可知,带不同电荷量的试探电荷+q2在A点的电势能为q2Ed。显然,不同电荷在同一点的电势能不同,但电势能与试探电荷的电荷量之比不变。 =Ed,可见,电荷在电场中某点的电势能与其电荷量之比与该电荷无关,只与电场本身有关。
【结论生成】电势的特点(物理观念)(1)电势的相对性:电场中某点的电势高低与零电势点的选取有关。通常选无穷远处或地球表面为零电势点。(2)电势是标量:电势只有大小没有方向。在规定了零电势点后,电场中各点的电势可能是正值,也可能是负值。正值表示该点的电势高于零电势；负值表示该点的电势低于零电势。显然,电势的正负只表示大小,不表示方向。
(3)电势的固有性:电势是反映电场的能的性质的物理量,由电场本身决定,与该点是否放入电荷及电荷的电性和电荷量均无关,这和许多用比值定义的物理量相同,如电场强度。
【典例示范】(多选)如图所示,关于电场中的A、B两点,下列说法中正确的是(　　)A.电势φA>φB,场强EA>EBB.电势φA>φB,场强EAEpB
【解析】选B、C。由于B处电场线密集,所以场强EAφB,A选项错误,B选项正确；将+q电荷从A点移到B点静电力做了正功,C选项正确；负电荷在电势高的A点具有的电势能反而少,所以EpA【规律方法】由电场力做功判断电势的高低(1)在两点间移动正电荷,如果电场力做正功,则电势能减少,电势降低；如果电场力做负功,则电势能增加,电势升高。(2)在两点间移动负电荷,如果电场力做正功,则电势能减少,电势升高；如果电场力做负功,则电势能增加,电势降低。
【探究训练】1.(多选)关于电势,下列说法正确的是(　　)A.电场中某点的电势,其大小等于单位正电荷由该点移动到零电势点时,电场力所做的功B.电场中某点的电势与零电势点的选取有关C.由于电势是相对的,所以无法比较电场中两点的电势高低D.电势是描述电场的能的性质的物理量
【解析】选A、B、D。由电势的定义可知A正确；由于电势是相对量,电势的大小与零电势点的选取有关,故B正确；虽然电势是相对的,但电势的高低是绝对的,因此C错误；电势与电势能相联系,它是描述电场的能的性质的物理量,故D正确。
2.(多选)下列关于电势高低的判断,正确的是(　　)A.负电荷从A点移到B点时,外力做正功,A点的电势一定较高B.负电荷从A点移到B点时,电势能增加,A点的电势一定较低C.正电荷从A点移到B点时,其电势能增加,A点的电势一定较低D.正电荷只在电场力作用下从静止开始,由A点移到B点,A点的电势一定较高
【解析】选C、D。根据电场力做功和电势能变化的关系,不管是对正电荷做功还是对负电荷做功,只要电场力做正功电势能就减少,只要电场力做负功电势能就增加。但是正、负电荷在电势高低不同的位置具有的电势能不同,正电荷在电势高处具有的电势能多,负电荷在电势低处具有的电势能多。所以选项C、D正确。
【补偿训练】如图所示,在某一电场中有一条直电场线,在电场线上取AB两点,现将一个电子由A点以某一初速度释放,它能沿直线运动到B点,且到达B点时速度恰为零,电子运动的v-t图像如图所示。则下列判断正确的是(　　) A.B点场强一定小于A点场强B.B点的电势一定低于A点的电势C.电子在A点的加速度一定小于在B点的加速度D.该电场是正点电荷产生的,场源电荷一定在A点左侧
【解析】选B。电子从A到B的运动图像如题图所示,说明电子做匀减速运动,故它受到的电场力不变且与运动方向相反,即由B到A,所以电场的场强方向是由A到B；由F=qE可知,A点场强一定等于B点场强,选项A错误；因为电场线的方向是由A到B,故B点的电势一定低于A点的电势,选项B正确；电子做匀减速运动,故加速度是相等的,选项C错误；因为A、B两点的场强相等,故它不可能是由点电荷形成的,选项D错误。
主题二　等势面的特点【实验情境】　如图为等量同种电荷的电场线和等量异种电荷的电场线。
【问题探究】(1)图1中,连线及中垂线上电势的分布规律怎样?提示:连线上中点O的电势最低,在中垂线上O点的电势却最高,从中点沿中垂线向两侧,电势逐渐降低,连线上A、A′和中垂线上B、B′对称等势。(2)图2中,连线及中垂线上电势的分布规律怎样?提示:在从正电荷到负电荷的连线上电势逐渐降低,φA′>φA,中垂线是一条等势线,φB=φB′,若沿中垂线移动电荷,电场力不做功。
【结论生成】　等势面的特点(物理观念)(1)在等势面内的任意两点间移动电荷,电场力不做功。(2)在空间中两等势面不相交。(3)电场线总是和等势面垂直,且从电势较高的等势面指向电势较低的等势面。(4)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。(5)等势面是为描述电场的性质而假想的面。(6)等势面的分布与零电势点的选取无关。
【典例示范】　如图所示,虚线是某点电荷电场中的三个等势面,实线表示一个正电荷的运动轨迹,在正电荷从a运动到b、再运动到c的过程中,下列说法中正确的是(　　)A.a点电势高于b点电势B.电场力先做负功,后做正功,总功为零C.电势能先减小,后增大D.动能先增大,后减小
【解析】选B。从运动轨迹分析,正电荷受到的是斥力,所以场源电荷为正电荷,电场线方向远离场源电荷,所以b点电势高；当正电荷靠近场源电荷时,电场力做负功,电势能增加,动能减小；当正电荷远离场源电荷时,电场力做正功,电势能减小,动能增大。因为a、c在同一个等势面上,所以电荷在这两点的电势能相等,所以由a到c电场力做的总功为零。
【规律方法】电场中“三线”问题的解决方法(1)判断电场力的方向。①轨迹的切线方向为速度方向；②电场线的切线方向为电场强度的方向。正电荷所受电场力的方向与电场强度方向相同,负电荷所受电场力的方向与电场强度方向相反,由此可判断出电场力的确切方向。(2)判断电势的高低和电势(或等势面)的大小。电场力做功,电势能一定变化,电场力做多少正(或负)功,电势能就减少(或增加)多少。(3)判断速度的大小,根据动能定理W= 来讨论。
【探究训练】1.如图所示,在点电荷Q形成的电场中,已知a、b两点在同一等势面上,c、d两点在另一等势面上。甲、乙两个带电粒子的运动轨迹分别为acb和adb曲线,已知乙粒子带正电。那么下列判断正确的是(　　) A.甲粒子在b点的电势能比在c点小B.乙粒子在d点速度最大C.a、b两点电场强度相同D.d点电势比b点电势高
【解析】选D。根据乙粒子的运动轨迹及乙粒子带正电的条件,可知点电荷Q带正电,而甲粒子带负电,甲粒子从c向b运动过程中,电场力做负功,甲粒子的电势能增大,因此,Epb>Epc,选项A错误；对于乙粒子,从d向b运动过程中,电场力对粒子做正功,粒子的电势能减少,则Epb2.如图为枕形导体周围的等势面和电场线(带有箭头的为电场线)示意图,已知相邻两个等势面间的电势差相等,则(　　)A.a点和d点的电场强度一定相同B.a点的电势一定低于b点的电势C.将正电荷从c点移到d点,电场力一定做正功D.将负电荷从c点沿虚线移到e点,电势能一定先增大后减小
【解析】选B。a点和d点的电场强度方向不同,选项A错误；根据电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面,可判断选项B正确；c点和d点在同一等势面上,将正电荷从c点移到d点,电场力不做功,选项C错误；将负电荷从c点沿虚线移到e点,电场力先做正功后做负功,电势能先减小后增大,选项D错误。
【补偿训练】空间中P、Q两点处各固定一个点电荷,其中P点处为正电荷,P、Q两点附近电场的等势面分布如图所示,a、b、c、d为电场中的4个点,则(　　)A.P、Q两点处的电荷等量同种B.a点和b点的电场强度相同C.c点的电势低于d点的电势D.负电荷从a到c,电势能减少
【解析】选D。由电场的等势面分布可知,P、Q为等量异种电荷,Q带负电,选项A错误；a、b两点的电场强度方向不同,选项B错误；由正电荷到负电荷电势逐渐降低,可知φc>φd,故选项C错误；负电荷从a到c,电场力做正功,电势能减少,故选项D正确。