山东省专用2018_2019学年高中物理第一章静电场第4节电势能和电势讲义含解析新人教版选修3.doc
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1、第4节电势能和电势1.静电力做功与路径无关,只与电荷的初、末位置有关;静电力做的功等于电势能的减少量。2电荷在某点的电势能,等于把它从该点移到零势能位置时静电力所做的功。3沿电场线方向,电势逐渐降低。4电场线跟等势面垂直,并且由电势高的等势面指向电势低的等势面。5无论粒子电性如何,当粒子垂直进入匀强电场后,电场力一定做正功。一、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起始位置和终止位置有关,与电荷经过的路径无关。二、电势能1概念电荷在静电场中具有的势能。用Ep表示。2静电力做功与电势能变化的关系静电力做的功等于电势能的减少量,WABEpAEpB。3电势能的大小电荷在某点的电势
2、能,等于把它从这点移动到零势能位置时静电力做的功。4零势能位置电场中规定的电势能为零的位置,通常把离场源电荷无穷远处或大地处的电势能规定为零。三、电势1定义:电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值。2公式:。3单位:国际单位制中,电势的单位是伏特,符号是V,1 V1 J/C。4特点(1)相对性:电场中各点电势的高低,与所选取的零电势的位置有关,一般情况下取无穷远或地球为零电势位置。(2)标矢性:电势是标量,只有大小,没有方向,但有正负。5与电场线关系:沿电场线方向电势逐渐降低。四、等势面1定义电场中电势大小相同的各点构成的面叫做等势面。2等势面与电场线的关系(1)电场线跟等势面垂直。(2
3、)电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面。1自主思考判一判(1)只要电荷在电场中移动,电场力一定做功。()(2)电场力做功与重力做功类似,与初末位置有关,与路径无关。()(3)电势有正、负,是矢量。()(4)在匀强电场中沿电场线方向,电势降低最快。()(5)等势面上,不仅各点电势相同,电场强度也一定相同。()(6)电势能是相对的,规定不同的零势能点,电荷在电场中某点的电势能不同。()2合作探究议一议(1)一电荷在某电场中运动了一周又回到出发点,电场力对该电荷做功吗?提示:不做功。由功的定义式可知,电荷运动一周位移为0,故电场力一定不做功。(2)电势能与重力势能类似,也有正负,其正负有何意义?
4、提示:电势能为正值时,表明电荷在该处电势能大于零;当电势能为负值时,表明电荷在该处电势能比零小。(3)为何说当电荷沿等势面移动时,电场力不做功?提示:由于电场线与等势面垂直,即电荷所受的电场力与等势面垂直,即当电荷沿等势面移动时,电场力方向始终与速度方向垂直,电场力不做功。对电场力做功的理解1匀强电场中电场力做功的计算WqELcos ,其中为电场力与位移间夹角。2电场力做功的正负判断(1)根据电场力和位移方向的夹角判断:夹角为锐角,电场力做正功;夹角为钝角,电场力做负功;电场力和位移方向垂直时不做功。此法常用于匀强电场中恒定电场力做功情况的判断。(2)根据电场力和瞬时速度方向的夹角判断:夹角为
5、锐角时,电场力做正功;夹角为钝角时,电场力做负功;电场力和瞬时速度方向垂直时不做功。此法常用于判断曲线运动中变化电场力的做功情况。(3)根据电势能的变化情况判断:若电势能增加,则电场力做负功;若电势能减小,则电场力做正功。(4)若物体只受电场力作用,可根据动能的变化情况判断:若物体的动能增加,则电场力做正功;若物体的动能减少,则电场力做负功。1如图所示,在匀强电场中有A、B两点,将一电荷量为q的正电荷从A点移到B点,第一次沿直线AB移动该电荷,电场力做功为W1;第二次沿路径ACB移动该电荷,电场力做功为W2;第三次沿曲线AB移动该电荷,电场力做功为W3,则()AW1W2BW3W2CW1W3DW
6、1W3解析:选C电场力做功只与开始和结束位置有关,与路径无关。因此选项C正确。2两带电小球,电荷量分别为q和q,固定在一长度为l的绝缘细杆的两端,置于电场强度为E的匀强电场中,杆与场强方向平行,其位置如图所示。若此杆绕过O点垂直于杆的轴线转过180,则在此转动过程中电场力做的功为()A0BqElC2qElDqEl解析:选C电场力对两小球均做正功,大小与路径无关,对每个小球做的功为qEl,共为2qEl,故C正确。3如图,光滑绝缘水平面上相距3L的A、B两点分别固定正点电荷Q1与Q2,与B点相距L的C点为连线上电势最低处。若可视为质点的滑块在BC中点D处,以初速度v0水平向右运动,且始终在A、B之
7、间运动。已知滑块的质量为m、带电量为q,则()A滑块从D向B的运动过程中,电场力先做正功后做负功B滑块沿BA方向运动过程中,电势能先增加后减小CA、B之间,场强为零的地方应该有两处D两点电荷的电量之比为Q1Q241解析:选D沿电场强度的方向电势降低,C点电势最低,则C点电场强度为零,由kk得Q1Q241,D正确;滑块从D向B的运动过程中,电场力一直做负功,从B向A的运动过程,则先做正功后做负功,电势能先减小后增加,A、B之间场强为零的地方只有C点一处,选项A、B、C错误。3如图所示的匀强电场中,有a、b、c三点,ab5 cm,bc12 cm,其中ab沿电场方向,bc和电场方向成60角,一个电荷
8、量为q4108 C的正电荷从a移到b时电场力做的功为W11.2107 J,求:(1)匀强电场的电场强度E的大小;(2)电荷从b移到c,电场力做的功W2。解析:(1)从a到b正电荷受到的电场力F1qE电场力做的功W1F1dabqEdab所以E V/m60 V/m。(2)把电荷从b移到c,电场力做的功W2qEdbccos 60410860121020.5 J1.44107 J。答案:(1)60 V/m(2)1.44107 J对电势能的理解1电势能的特性系统性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,我们习惯上说成电荷的电势能相对性电势能是相对的,其大小与选定的参考点有关。确定电荷的
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