人教版选修【3-1】1.4-电势能和电势.ppt
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1、我们知道重力做正功,物体的重力势能减小,其高度降低(如图甲);当重力做负功,物体的重力势能增大,其高度升高(如图乙)那么当电场力做正功(或负功)时(如图丙),其电势能与电势又是怎样变化的呢?,1如图所示,电荷沿直线AB、折线ACB、曲线AB从A移到B静电力做功相同,即静电力做功与电荷的 和有关,但与无关,起始位置,终止位置,经过的路径,2地球上的物体受到重力的作用,具有重力势能与此类似,电荷在电场中受到电场力的作用,也具有 ,这种势能叫做 3电势能跟电量的比值,对于电场中的某一点来说,是一个这个常量的大小跟电荷,反映了的一种性质,叫做电场的4在地图上常用 表示地形的高低,与此相似,在电场中常用
2、 表示电势的高低电场中 的各点构成的面,叫做,势能,电势能,常量,无关,电场,电势,等势面,电势相同,等势面,等高线,5如果取无穷远处为零电势点,在正的点电荷形成的电场中各点的电势均为 值,在负的点电荷形成的电场中各点的电势均为 值,正,负,在电场中移动电荷时,电场力做的功与路径无关,只与始末位置有关在匀强电场中,电场力做的功为WqEd,其中d为沿电场线方向的位移,特别提醒:(1)教材中是以匀强电场为例进行推导说明的,但这一结论不仅适用于匀强电场,而且适用于任何电场(2)只要初、末位置A、B确定了,移动电荷q电场力做的功WAB就是确定值,这一点与重力做功的情况相似,(1)电荷在电场中,由于电场
3、与电荷间相互作用,由位置决定的能量叫做电势能(2)和重力势能一样,电势能具有相对性通常取无穷远处或大地为电势能的零点(3)和重力势能一样,电势能的变化量具有绝对性,在实际应用和运算中常用电势能的变化量,(4)在重力场中,重力做正功,重力势能就减少,克服重力做功,重力势能就增加同样,在电场中,电场力对电荷做正功,电荷的电势能就减少,克服电场力做功,电荷的电势能就增加即W电EP上式中,W电表示电场力做的功,EP表示电荷的电势能变化量特别提醒:电势能由电场和电荷共同决定,属于电场和电荷系统所共有的,我们常习惯说成“电场中的电荷所具有的”电势能是标量,有正、负,无方向电势能的正、负仅表示大小,正值表示
4、高于零电势能,负值表示低于零电势能,结合下图讨论静电力做功与电势能变化的关系是怎样的?答案:(1)从A到B静电力对电荷做正功,其电势能减小(2)从B到A电荷克服静电力做功其电势能增加,(1)电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值,叫做这一点的电势(2)公式:(3)在国际单位制中,电势的单位是伏特,符号为V(4)电势是描述电场能的性质的物理量,它在数值上等于单位正电荷由该点移动到参考点(零势点)时电场力所做的功电势是一个标量,由电场本身性质决定,与参考点选取有关,与放入的试探电荷无关,(5)判断电势高低的办法有:在电场中沿着电场线的方向,电势逐渐降低;在电场力作用下,静止的正电荷从高电势移
5、向低电势,特别提醒:电势的相对性电势是相对的,根据公式,只有先确定了某点的电势为零以后,才能确定电场中其他点的电势电场中某点的电势跟零电势位置的选择有关在理论确定中,对不是无限大的带电体产生的电场,选择无限远处为零电势;在实际处理问题中,又常取大地为零电势电势的固有性电势是表示电场能量属性的一个物理量,电场中某点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.,电势是标量电势是只有大小、没有方向的物理量,在规定了零电势后,电场中各点的电势可以是正值,也可以是负值正值表示该点电势高于零电势;负值表示
6、该点电势低于零电势显然,电势的符号只表示大小,不表示方向当规定无限远处为零电势后,正电荷产生的电场中各点的电势为正值,负电荷产生的电场中各点的电势为负值且越靠近正电荷的地方电势越高,越靠近负电荷的地方电势越低,你能说出等量异种点电荷和等量同种点电荷的连线及其中垂线上电势变化的规律吗?答案:由上节电场强度的分析可知(1)等量异种点电荷的连线上,从正电荷到负电荷电势越来越低;中垂线是一等势线,若沿中垂线移动电荷至无穷远静电力不做功,因此若取无穷远处电势为零,则中垂线上各点的电势也为零(2)等量正点电荷连线的中点场强最小,中垂线上该点的电势最高,从中点沿中垂线向两侧,电势越来越低连线上和中垂线上关于
7、中点对称的点电势对应相等.,(1)在电场中,电势相等的点组成的面叫做等势面(2)等势面上各点电势相等,在等势面上移动电荷电场力不做功(3)等势面一定跟电场线垂直,而且电场线总是由电势较高的等势面指向电势较低的等势面(4)规定:画等势面时,相邻两等势面间电势差相等,这样,在等势面密处电场强度较大,在等势面疏处,电场强度较小,(5)几种典型电场的等势面,点电荷电场中的等势面:以点电荷为球心的一簇球面,如图甲所示等量异种点电荷电场中的等势面:是两簇对称曲面,如图乙所示等量同种点电荷电场中的等势面:是两簇对称曲面,如图丙所示匀强电场中的等势面是垂直于电场线的一簇平面,如图丁所示形状不规则的带电导体附近
8、的电场线及等势面,如图G所示,说明:a.带方向的线表示电场线,无方向的线表示等势面b图中的等势“面”画成了线,即以“线”代“面”,特别提醒:地理上用等高线表示地势的高低,研究某地区的等高线分布图就可以知道该地区的地势高低分布情况;电势是从能量角度描述电场的一个重要物理量,用电势描述电场有两大优点:电势是标量,容易计算电场力的功;简单地描述空间各点的电势常常不能使我们对电场的整体特点有一个直观的认识,可以像等高线表示地势高低那样,引入等势面的概念,以形象地认识电场中各点的电势分布情况,为什么电场中同一等势面或不同等势面都不能相交,也不能相切?答案:因为电场线总跟等势面垂直,如果等势面相交,则交点
9、处的电场线方向就有两个,从而场强方向就不是惟一的,这是不可能的;如果等势面相切,则在相切处等势面的“密度”为无穷大,表明场强为无穷大,这也是不可能的,误区1:在电场强度越大的地方,同一个点电荷具有的电势能也越大点拨:电场强度的大小与点电荷的电势能大小并无必然的联系电场强度小的地方,所放点电荷的电势能可能大例如在正点电荷Q形成的电场中,距离Q越远电场强度越小,同一正电荷q具有的电势能也越小,但同一负电荷q具有的电势能却越大因为将q向远离Q的方向移动时,电场力对q做正功,q的电势能要减小;而将q向远离Q的方向移动时,电场力对q做负功,q的电势能要增大,误区2:电势能是一种能量,不可能为负值点拨:电
10、势能是相对量在规定了电势能的零位置(例如A位置)后,如果某电荷在电场中B位置的电势能小于在A位置的电势能,则该电荷在B位置的电势能便是负值例如,我们若规定相对正点电荷Q无限远处电势能为零,则负电荷在Q形成的电场中向远离Q的方向移动时,该负电荷的电势能增大;显然,该负电荷在Q的电场中各点的电势能均为负值可以回忆一下,在力学中,我们若规定喜马拉雅山的珠穆朗玛峰为重力势能零点,则此峰下方物体的重力势能皆为负值这样,就不难理解电势能可能为负值了,误区3:比较电场强度大小的方法与比较电势能大小的方法相同点拨:电场强度是矢量,比较电场强度的大小是比较其绝对值的大小;电势能是标量,比较电势能的大小与代数中比
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- 人教版 选修 1.4 势能 电势
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