2014高中物理 2.1 电场力做功与电势能 课件（鲁科版选修3-1）.ppt

1、2.1 电场力做功与电势能1理解静电力做功的特点、电势能的概念、电势能与电场力做功的关系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了解等势面的意义及与电场线的关系3理解电势差是描述电场的能的性质的物理量，熟练应用其概念及定义式：UABWAB/q进行相关的计算4知道电势与电势差的关系UABAB，电势与零势面的选取有关.qEd路径初末位置重力电场减少量WABEpAEpB减少增加无限远处零势能参考点比值伏特标量降低电势无关BAUBA标量电压伏特V电势差路径五、等势面1定义：电场中电势相等的点构成的曲面叫等势面2特点：(1)在同一等势面内任意两点间移动电荷时，电场力不做功(2)在空间没有电

2、荷的地方两等势面不相交(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等势面可以是封闭的，也可以是不封闭的(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)等势面是虚拟的，为描述电场的性质而假想的面.一、电场力做功与电势能的关系1电场力做功和重力做功类比重力做功电场力做功相似点重力对物体做正功，物体重力势能减少，重力对物体做负功，物体重力势能增加其数值与路径无关，只与始末位置有关电场力对电荷做正功，电荷电势能减少，电场力对电荷做负功，电荷电势能增加其数值与路径无关，只与始末位置有关重力做功电场力做功不同点重力只有引力，正、负功比较容易判断例如

3、，物体上升，重力做负功由于存在两种电荷，电场力做功和重力做功有很大差异例如：在同一电场中沿同一方向移动正电荷与移动负电荷，电荷电势能的变化是相反的，电场力做功的正负也是相反的应用由重力做功的特点引入重力势能由电场力做功的特点引入了电势能特别提醒 电场力做功只与始末位置有关，与之对应的能量变化也只与位置有关，所以当零势点确定后电荷在某一位置具有确定的能量电势能2电场力做功与电势能的关系(1)电场力做功一定伴随有电势能的变化，电势能的变化只有通过电场力做功才能实现(2)电场力做正功，电势能一定减少，电场力做负功，电势能一定增加，电场力做功的值等于电势能的变化量，即WABEpAEpB.3电场力做功的

4、计算方法(1)功的定义法由公式WABFxABcos计算，此公式只适用于匀强电场，又可变形为WABEqx，式中E为匀强电场的电场强度，x为电荷初、末位置在电场方向上的位移(2)电势差法：WABqUAB.(3)电势能变化法：WABEABEpAEpB.(4)动能定理法：W电场力W其他力Ek.二、电势1电势的相对性(1)电势是相对的，只有先确定了零电势的位置，才能确定其它点的电势(2)电场中某点的电势跟零电势位置的选择有关(3)实际问题中，常选取无限远处电势为零，还常取大地电势为零2电势的固有性电势是表示电场能量属性的一个物理量，电场中某处的大小是由电场本身的条件决定的，与在该点处是否放着电荷、电荷的

5、电性、电荷量均无关，这和许多用比值定义的物理量相同，如前面学过的电场强度EF/q.3电势的标矢性(1)电势是标量，只有大小，没有方向(2)电势有正、负，正值表示该点电势比零电势高，负值表示该点电势比零电势低(3)当规定了无限远处为零电势时，正电荷产生的电场中各点的电势均为正值，且越靠近正电荷的地方电势越高负电荷形成的电场则相反4判断电势高低的方法电场具有力的性质和能的性质，描述电场的物理量有电势、电势能、静电力、静电力做功等，为了更好地描述电场，还有电场线、等势面等概念，可以从多个角度判断电势高低(1)在正电荷产生的电场中，离电荷越近电势越高，在负电荷产生的电场中，离电荷越近，电势越低(2)电

6、势的正负若以无穷远处电势为零，则正点电荷周围各点电势为正，负点电荷周围各点电势为负(3)利用电场线判断电势高低沿电场线的方向电势越来越低(4)根据只在静电力作用下电荷的移动情况来判断只在静电力作用下，电荷由静止开始移动，正电荷总是由电势高的点移向电势低的点；负电荷总是由电势低的点移向电势高的点但它们都是由电势能高的点移向电势能低的点5电势与电势能的区别与联系电势电势能Ep物理意义反映电场的能的性质的物理量，即已知电势就可以知道任意电荷在该点的电势能电荷在电场中某点所具有的能量相关因素电场中某一点的电势的大小，只跟电场本身有关，跟检验电荷q无关电势能大小是由点电荷q和该点电势共同决定的大小电势沿

7、电场线逐渐下降，取定零电势点后，某点的电势高于零者，为正值；某点的电势低于零者，为负值正点电荷(q)：电势能的正负跟电势的正负相同负点电荷(q)：电势能的正负跟电势的正负相反单位伏特 V焦耳 J联系Epq3电势差和电势的区别与联系电势电势差UABAB区别(1)(电场中某点的)电势与零电势点的选取有关(一般取无限远处或地球表面的电势为零电势)(2)电势由电场本身决定，反映电场的能的性质(3)相对量(4)标量，可正可负，正负号相对零电势点而言.(1)(电场中两点间的)电势差与零电势点的选取无关(2)电势差由电场和这两点间的位置决定(3)绝对量(4)标量，可正可负，正负号反映了A、B的高低联系(1)

8、电场中某点的电势在数值上等于该点与零电势点之间的电势差(2)电势与电势差的单位相同，皆为伏特(V)特别提醒(1)UABUBA，书写电势差应标清角标符号(2)电势差的正负既不代表电势差的大小，也不能代表方向，只能区分电场中两点电势的高低【典例1】如图213所示，带正电的点电荷固定于Q点，电子在库仑力作用下，做以Q为焦点的椭圆运动M、P、N为椭圆上的三点，P点是轨道上离Q最近的点电子在从M经P到达N点的过程中()A速率先增大后减小B速率先减小后增大C电势能先减小后增大D电势能先增大后减小解析 电子受到点电荷Q的引力，当电子由M向P运动时，二者距离减小，电场力做正功，故电子的电势能减小，又由动能定理

9、，动能增大，速率增大，当电子由P向N运动时，电场力做负功动能减小，速率减小，电势能增大，故选A、C.答案 AC借题发挥(1)电荷的电势能是否变化，取决于电场力是否做功，与其他力做功无关，也就是电势能的变化只有通过电场力做功才能实现(2)电势能增减的判断方法：电势能增减的判定由电场力做功的情况来定，电场力做正功，电荷的电势能减小；电场力做负功，电荷的电势能增加【变式1】在电场强度为4105 V/m的匀强电场中，一质子从A点移动到B点，如图214所示已知A、B间距离为20 cm，A、B连线与电场线成30夹角，求电场力做的功以及质子电势能的变化答案 1.111014 J，减小了1.111014 J.

10、【典例2】如图215所示，某区域电场线左右对称分布，M、N为对称线上的两点下列说法正确的是()AM点电势一定高于N点电势BM点场强一定大于N点场强C正电荷在M点的电势能大于在N点的电势能D将电子从M点移动到N点，电场力做正功解析 沿电场线方向，电势降低，所以M点电势一定高于N点电势，A项正确；电场线的疏密程度表示电场的强弱，由题图可知，M点场强一定小于N点场强，B项错；正电荷q在M点的电势能EpMqM，在N点的电势能EpNqN，由于MN，所以EpMEpN，C项正确；电子在电场中受电场力的方向沿NM指向M，故从M移动到N，电场力做负功，D项错误答案 AC借题发挥 由电场线的分布和方向可以确定电场

11、强度的大小和方向以及电势的高低，结合试探电荷的电性及移动才能确定电势能的大小和电场力做功情况【变式2】如图216中的实线表示电场线，虚线表示只受电场力作用的带正电粒子的运动轨迹，粒子先经过M点，再经过N点，可以判定()AM点的电势大于N点的电势BM点的电势小于N点的电势C粒子在M点受到的电场力大于在N点受到的电场力D粒子在M点受到的电场力小于在N点受到的电场力解析 由于沿电场线方向电势逐渐降低，故MN，A项正确、B项错误；由电场线疏密程度表示场强大小知，EMEN，电场力FqE，所以粒子在M点受到电场力小于在N点受到的电场力，C项错误、D项正确答案 AD【典例3】有一个带电荷量q3106 C的点

12、电荷，从某电场中的A点移到B点，电荷克服静电力做6104 J的功，从B点移到C点，静电力对电荷做9104 J的功，问：(1)AB、BC、CA间电势差各为多少？(2)如以B点电势为零，则A、C两点的电势各为多少？该电荷在A、C两点的电势能各为多少？答案(1)UAB200 VUBC300 VUCA100 V(2)A200 VC300 VEpA6104 JEpC9104 J借题发挥(1)两种求电势差的方法各有利弊：取绝对值的方法，判断正负较为繁琐，但对“电场”这一章中的计算公式的记忆却较为容易所有公式中的物理量均以绝对值代入计算(如库仑定律、场强公式等)；取代数值的方法无需判断正负，直接求出，但对“

13、电场”这一章的公式要区别记忆有代入绝对值的，有代入代数值的，给公式使用方法的记忆带来麻烦，读者请根据自己的特点或老师的要求选择使用(2)对电势差要注意角标的排序，UABUBA，UABUBCUCDUAD.(3)若规定了零电势点，要会根据电势差求电势【变式3】图147是一匀强电场的一部分，已知电场强度E2102 N/C，现让一个电荷量q4108 C的电荷沿电场方向从M点移到N点，M、N间的距离s30 cm.试求：(1)电荷从M点移到N点电势能的变化(2)M、N两点间的电势差解析(1)由原题图可知，负电荷在该电场中所受电场力F方向向左因此从M点移到N点，电荷克服电场力做功，电势能增加，增加的电势能E

14、电等于电荷克服电场力做的功W.电荷克服电场力做功为WqEs410821020.3 J2.4106 J，即电荷从M点移到N点电势能增加了2.4106 J.答案(1)增加了2.4106 J(2)60 V(3)等量同种点电荷的电场：是两簇对称曲面，如图149乙所示，在AA线上O点电势最低；在中垂线上O点电势最高，向两侧电势逐渐降低，A、A和B、B对称等势(4)匀强电场：等势面是与电场线垂直、间隔相等、相互平行的一簇平面，如图1410所示2等势面的应用(1)由等势面可以判断电场中各点电势的高低及差别(2)由等势面可以判断电荷在电场中移动时静电力做功的情况(3)由于等势面和电场线垂直，已知等势面的形状分

15、布，可以绘制电场线，从而确定电场大体分布(4)由等差等势面的疏密，可以定性地确定某点场强的大小【典例4】电场中电势值相等的各点构成的面叫做等势面图1411 中虚线所示为静电场中的等势面1、2、3、4，相邻的等势面之间的电势差相等，其中等势面3的电势为0.一带正电的点电荷在静电力的作用下运动，经过a、b点时的动能分别为26 eV和5 eV.当这一点电荷运动到某一位置，其电势能变为8 eV，它的动能应为()A8 eVB13 eVC20 eVD34 eV解析 等势面3的电势为零，则电荷在该等势面上的电势能也为零由于两相邻等势面的电势差相等，又知EkaEkb，则a点的电势能可表示为2qU(U为相邻两等

16、势面的电势差)，b点的电势能可表示为qU.由于总的能量守恒，则有：Eka(2qU)EkbqU，即262qU5qU，解得qU7 eV，则总能量为7 eV5 eV12 eV，当电势能为8 eV时，动能Ek12(8)eV20 eV.答案 C 解析 电场力对电荷做正功，电荷电势能减少，电场力对电荷做负功，电荷电势能增加电场力做的功是电荷电势能变化的量度由电场力做功的特点可得A、D正确答案 AD解析 A、B、C三点处在一根电场线上，沿着电场线的方向电势降低，故ABC，A项正确；由电场线的密集程度可看出电场强度的大小关系为ECEBEA，B项对；电场线密集的地方电势降低较快，故UBCUAB，C项对，D项错答案 ABC答案 25 74电荷量为3108 C的试探电荷从电场中的A点移到B点时，它的电势能减少了6107 J，则在这个过程中，静电力对试探电荷做了_J的_功(填“正”或“负”)，A、B两点之间的电势差为_V.答案 6107 正 20单击此处进入活页规范训练