物理選修3-1第1章《靜電場》(電場能的性質(zhì)).ppt

一、電勢差(類比于高度差）,1、定義1：電荷在電場中從一點(diǎn)A移到另一點(diǎn)B時， 所做的功與 的電量的比值叫做這兩點(diǎn)間的電勢差。,電場力,移送電荷,2、定義式1:,單位:伏特,1V=1J/C,矢標(biāo)性：_，但有正負(fù)，正負(fù)表 _,是標(biāo)量,AB兩點(diǎn)電勢高低,電場的能的性質(zhì),3.定義2：,4.表達(dá)式2：,電場中兩點(diǎn)電勢的差值，也叫電壓。,5.電場力做功與電勢差的關(guān)系,提醒： 應(yīng)用此式計算電場力做功或電勢差的時候，UAB、WAB、q三個量都要代入正負(fù)號運(yùn)算且要寫下標(biāo)！,電勢差數(shù)值上等于單位正電荷在兩點(diǎn)間移動時電場力所做的功。,是由電場本身因素決定的，與被移動的電荷無關(guān)，與零電勢點(diǎn)的選取無關(guān)。,二、電勢（類比于高度）,1、定義：,4、電勢的數(shù)值是相對的，與 有關(guān)。,5、電勢是標(biāo)量，沒有方向但有正負(fù)之分。相對零電勢而言，高于零電勢為正；低于零電勢為負(fù)。,3、電場中某點(diǎn)的電勢是指這點(diǎn)與所選_的電勢差。,2、定義式：,單位：伏特,零勢點(diǎn),電荷在電場中某一點(diǎn)的電勢能與它的電荷量的比值，叫這一點(diǎn)的電勢。,6、電勢由 決定，反映了電場具有 的性質(zhì)，電勢與電場中放置的電荷無關(guān)。,7、電場線指向電勢降低的方向，沿電場線方向電勢降落最快。,零電勢點(diǎn)的選取,電場本身,能,三、電勢能（類比于重力勢能）,1，定義：電荷在電場中具有的與電荷位置有關(guān)的能，叫電勢能。,2、定義式：,3、電荷在電場中的某點(diǎn)具有的電勢能在數(shù)值上等于把該電荷從這點(diǎn)移到電勢能為零（電勢為零處）的點(diǎn)電場力所做的功。,4、單位:,矢標(biāo)性：,標(biāo)量,5、電勢能是相對的，與零電勢能面有關(guān),6、電場力做功與電勢能變化的關(guān)系：,(1)電場力對電荷做正功，電荷的電勢能減小,(2)電場力對電荷做負(fù)功，電荷的電勢能增大,J,計算時要代入正負(fù)號。,（1）正電荷在高電勢處具有較大的電勢能。,（2) 負(fù)電荷在低電勢處具有較大的電勢能。,（3) 正電荷從高電勢到低電勢移動，電場力做正功，電勢能減小。,（4）負(fù)電荷從高電勢到低電勢移動，電場力做負(fù)功，電勢能增加。,9、電場 E與電勢的關(guān)系,8、要熟記的推論；,7、,小結(jié)：其實就是由公式推出（要代入正負(fù)號）,7、電場力做功的特點(diǎn),電場力做功與路徑無關(guān)，只與初末位置有關(guān)即電場力沿閉合路徑的功為零。,公式小結(jié),四、 勻強(qiáng)電場中場強(qiáng)和電勢差的關(guān)系,U=Ed,或,1.條件:(1)勻強(qiáng)電場 (2) d 為沿場強(qiáng)方向上的距離.,2.勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大小在數(shù)值上等于沿場強(qiáng)方向每單位距離上的電勢差,五、等勢面,1.定義:,2.特點(diǎn):,電場中電勢相同的各點(diǎn)構(gòu)成等勢面,(1)任意兩個不同的等勢面不能相交,(2)在同一個等勢面上移動電荷電場力始終不做功,(3)電場線(或場強(qiáng))與等勢面垂直且由高到低,(4)等差等勢面越密處場強(qiáng)越大,(5)處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體為等勢體,表面為 等勢面,3.幾種常見電場的等差等勢面,點(diǎn)電荷的等勢面,兩個等量異種電荷的等勢面,兩個等量同種電荷的等勢面,例1:把一個電量q=510-9C的正點(diǎn)電荷從距電場無窮遠(yuǎn)處移到電場中的M點(diǎn),電荷克服電場力做功WOM=610-3J.如果把該點(diǎn)電荷從距電場無窮處移到電場中N點(diǎn),電荷克服電場力做功WON=3.610-3J,取無窮遠(yuǎn)處為零電勢點(diǎn).求: (1)M、N點(diǎn)的電勢是多少？ (1)M、N點(diǎn)間的電勢差是多少？把該點(diǎn)電荷由M移到N點(diǎn)，電場力做功是多少？,（1）M=1.2106V, N=7.2105V.,（2） UMN=4.8105V, WMN=2.410-3J,一、電勢差、電勢的計算與電勢高低的判斷方法,畫個圖，可以讓情景更清晰 M N 無窮,方法較多，公式為主,例2:圖中A、B、C、D是勻強(qiáng)電場中一正方形的四個頂點(diǎn)已知A、B、C三點(diǎn)的電勢分別為 UA15V，UB3V，UC - 3V由此可得D點(diǎn)電勢UD_V,9,找等勢面確定電勢是一種重要的方法， 勻強(qiáng)電場等勢面相互平行很重要,1、（05年上海）在場強(qiáng)大小為E的勻強(qiáng)電場中，一質(zhì)量為m、帶電量為q的物體以某一初速沿電場反方向做勻減速直線運(yùn)動，其加速度大小為0.8qE/m，物體運(yùn)動S距離時速度變?yōu)榱銊t( ) (A)物體克服電場力做功qES (B)物體的電勢能減少了0.8qES (C)物體的電勢能增加了qES (D)物體的動能減少了0.8qES,A C D,二、電場力做功的特點(diǎn)及計算方法,小結(jié)：此題考查功能關(guān)系,2、如圖所示，在勻強(qiáng)電場E中，一個負(fù)電荷在外力作用下由A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)，則（ ） A.外力與電場力對電荷做功之和等于電荷電勢能的增量與動能增量之和 B.外力對電荷所做的功等于電荷電勢能的增量與動能增量之和 C.外力和電場力對電荷做功之和等于電荷動能的增量 D.電荷克服電場力所做的功等于電荷動能的增量 E.電荷克服電場力所做的功等于電荷電勢能的增量,B C E,小結(jié)：此題考查功能關(guān)系,3、如圖所示，在O點(diǎn)處放置一個正電荷。在過O點(diǎn)的豎直平面內(nèi)的A點(diǎn)，自由釋放一個帶正電的小球，小球的質(zhì)量為m、電荷量為q。小球落下的軌跡如圖中虛線所示，它與以O(shè)為圓心、R為半徑的圓 (圖中實線表示)相交于B、C兩點(diǎn)，O、C在同一水平線上，BOC = 30，A距離OC的豎直高度為h。若小球通過B點(diǎn)的速度為v，則下列說法正確的是（ ） A小球通過C點(diǎn)的速度大小是 B小球在B、C兩點(diǎn)的電勢能不等 C小球由A點(diǎn)到C點(diǎn)的過程中電勢能 一直都在減少 D小球由A點(diǎn)到C點(diǎn)機(jī)械能的損失是,D,小結(jié)：此題考查功能關(guān)系,4、空間某區(qū)域內(nèi)存在著電場，電場線在豎直平面上的分布如圖所示，一個質(zhì)量為m、電量為q的小球在該電場中運(yùn)動，小球經(jīng)過A點(diǎn)時的速度大小為v1，方向水平向右，運(yùn)動至B點(diǎn)時的速度大小為v2。，運(yùn)動方向與水平方向之間的夾角為，A、B兩點(diǎn)之間的高度差與水平距離均為H，則以下判斷中正確的是 ( ) A.若v2v1，則電場力一定做正功 B.A、B兩點(diǎn)間的電勢差 C.小球由A點(diǎn)運(yùn)動至B點(diǎn),電場力做的功 D.小球運(yùn)動到B點(diǎn)時，所受重力的瞬時功率P=mgv2,C,注重審題（重力到底計不計）,5、（04年湖南）如圖，一絕緣細(xì)桿的兩端各固定著一個小球，兩小球帶有等量異號的電荷，處于勻強(qiáng)電場中，電場方向如圖中箭頭所示。開始時，細(xì)桿與電場方向垂直，即在圖中所示的位置；接著使細(xì)桿繞其中心轉(zhuǎn)過900，到達(dá)圖中所示的位置；最后，使細(xì)桿移到圖中所示的位置。以W1表示細(xì)桿由位置到位置過程中電場力對兩小球所做的功，W2表示細(xì)桿由位置到位置過程中電場力對兩小球所做的功，則有 ( ) A.W10，W20 B.W10，W20 C.W10，W20 D.W10，W20,C,小結(jié):電場力做功的計算方法,(1)由W電=qEscos來計算，此公式只適用于勻強(qiáng)電場。,(2)由WAB=qUAB來計算，此公式只適用于任何形式的靜電場。,(3)由動能定理來計算： W合=W電場力+W其他力=EK。,(4)由電場力做功和電勢能變化的關(guān)系（功能關(guān)系）來計算： W電=-EP,小結(jié):功能關(guān)系,6、如圖33所示，在粗糙絕緣水平面上固定一點(diǎn)電荷Q，從M點(diǎn)無初速釋放一帶有恒定負(fù)電荷的小物塊，小物塊在Q的電場中運(yùn)動到N點(diǎn)靜止。則從M點(diǎn)運(yùn)動到N點(diǎn)的過程中，下列說法中錯誤的是：（ ） A.小物塊所受電場力逐漸減小 B.小物塊具有的電勢能逐漸減小 C.M點(diǎn)的電勢可能高于N點(diǎn)的電勢 D.小物塊電勢能變化量的大小等于克服摩擦力做的功,C,2、M到N的運(yùn)動形式（受力 分析的同時不要忘記標(biāo)上V、a的方向）,1、聯(lián)系到相關(guān)知識點(diǎn)與方法,7、如圖41所示，把一個帶電小球A固定在光滑的水平絕緣桌面上，在桌面的另一處有另一帶電小球B，現(xiàn)給B一個垂直于AB方向的速度v0，則下列說法中正確的是 （ ） AB球可能做直線運(yùn)動 BA球?qū)球的庫侖力可能對B球不做功 CB球的電勢能可能增加 DB球可能從電勢較高處向電勢較低處運(yùn)動,BCD,小結(jié)：1、情景較多,2、聯(lián)系到圓周、近心、離心， 什么情景就看,1、勻強(qiáng)電場中的三點(diǎn)A、B、C是三角形的三個頂點(diǎn)，AB的長度為1m，D為AB的中點(diǎn)，如圖所示。已知電場線平行于ABC所在平面，A、B、C三點(diǎn)的電勢分別為14 V、6 V和2 V。設(shè)場強(qiáng)大小為E，一電量為1106 C的正電荷從D點(diǎn)移到C點(diǎn)電場力所做的功為W，則 ( ) AW8106 J，E6 V/m BW6106 J，E6 V/m CW6106 J，E8 V/m DW8106 J，E8 V/m,D,三、場強(qiáng)與電勢差的關(guān)系,小結(jié)：由選項出發(fā)無需具體找出 等勢面，但找等勢面確定電場線很重要,2、如圖所示，方框內(nèi)有一勻強(qiáng)電場，A、B、C為電場中的三個點(diǎn)。已知A=12v,B=6v,C=-6v. （1）試在方框中作出該勻強(qiáng)電場的電場線（至少三根）。要求保留作圖過程中所用的輔助線跡（可用虛線表示）. （2）若將一個電子從電場中的A點(diǎn)移到B點(diǎn)，再從B點(diǎn)移到C點(diǎn)，電場力做的功為多少？,-18eV,小結(jié)：1、功的單位（J、ev要用到 適當(dāng)?shù)牡胤? 2、會進(jìn)行單位換算,3、如圖（1），A、B、C、D、E、F為勻強(qiáng)電場中一個邊長為10cm的正六邊形的六個頂點(diǎn)，A、B、C三點(diǎn)電勢分別為1.0V、2.0V、3.0V，則下列說法正確的是（ ） A勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大小為10V/m B勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大小為 V/m C電荷量為1.61019 C的正點(diǎn)電荷從E點(diǎn)移到F點(diǎn)，電荷克服電場力做功為1.61019 J D電荷量為1.61019 C的負(fù)點(diǎn)電荷從F點(diǎn)移到D點(diǎn)，電荷的電勢能減少4.81019 J,B,小結(jié)：找等勢面很重要,4、如圖4所示，A、B、C、D為勻強(qiáng)電場中相鄰的兩個等勢面，一個電子垂直經(jīng)過等勢面D時的動能為20eV，經(jīng)過等勢面C時的電勢能為10ev，到達(dá)等勢面B時的速度恰好為零，已知相鄰等勢面間的距離為5cm，不計電子的重力，下列說法中正確的是( ) AC等勢面的電勢為10V B勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)為200V/m C電子再次經(jīng)過D等勢面時，動能為10eV D電子的運(yùn)動是勻變速曲線運(yùn)動,AB,由定義出發(fā),由能量守恒出發(fā),注意審題區(qū)別電場線與等勢面,變式訓(xùn)練：1、標(biāo)出各個等勢面的電勢 2、標(biāo)出各個等勢面的電勢能 3、標(biāo)出各個等勢面的動能,5、如圖所示,a、b、c是一條電場線上的三個點(diǎn)，電場線的方向由a到c， a、b間的距離等于bc間的距離，a、b、c和Ea、Eb、Ec分別表示三點(diǎn)的電勢和電場強(qiáng)度，可以判定（ ） A. abc. B. EaEbEc. C. a b=b-c. D. Ea=Eb=Ec,A,小結(jié)：什么知識點(diǎn)用到什么方法,四、其它,1、如圖所示,長為L,傾角為的光滑絕緣斜面處于水平向右的勻強(qiáng)電場中.一電荷量為+q,質(zhì)量為m的小球,以初速度v0由斜面底端的M點(diǎn)沿斜面上滑,到達(dá)斜面頂端N的速度仍為v0則( ) A.小球在N點(diǎn)的電勢能小于在M點(diǎn)的電勢能 B.M、N兩點(diǎn)的電勢差為mgL/q C.電場強(qiáng)度等于mgtan/q D.電場強(qiáng)度等于mgsin/q,AC,由功能關(guān)系判斷,由動能定理 判斷,理解題意，找出隱含關(guān)系,變式題：如圖所示，長為L，傾角為=300的光滑絕緣斜面處于電場中，一帶電量為+q，質(zhì)量為m的小球，以初速度v0由斜面底端的A點(diǎn)開始沿斜面上滑，到達(dá)斜面頂端的速度仍為v0，則（ ） A.小球在B點(diǎn)的電勢能一定大于小球在A點(diǎn)的電勢能 B.A、B兩點(diǎn)的電勢差一定為mgL/2q C.若電場是勻強(qiáng)電場，則該電場的場強(qiáng)的最大值一定是mg/q D.若該電場是AC邊中垂線上某點(diǎn)的點(diǎn)電荷Q產(chǎn)生的，則Q一定是正電荷,B,理解題意找出隱含條件，圖解法很重要,2、如圖所示,固定在Q點(diǎn)的正點(diǎn)電荷的電場中有M、N兩點(diǎn)，已知MQNQ，下列敘述正確的是（ ） A.若把一正的點(diǎn)電荷從M點(diǎn)沿直線移到N點(diǎn),則電場力對該電荷做正功,電勢能減少. B.若把一正的點(diǎn)電荷從M點(diǎn)沿直線移到N點(diǎn),則該電荷克服電場力做功,電勢能增加. C.若把一負(fù)的點(diǎn)電荷從M點(diǎn)沿直線移到N點(diǎn),則電場力對該電荷做正功,電勢能減少. D.若把一負(fù)的點(diǎn)電荷從M點(diǎn)沿直線移到N點(diǎn),再從N點(diǎn)沿不同路徑移回到M點(diǎn),則該電荷克服電場力做的功等于電場力對該電荷所做的功,電勢能不變.,AD,3、如圖所示，在勻強(qiáng)電場中有一半徑為R的圓O，場強(qiáng)方向與圓O所在平面平行，場強(qiáng)大小為E。電荷量為q的帶正電微粒以相同的初動能能沿著各個方向從A點(diǎn)進(jìn)入圓形區(qū)域中，只在電場力作用下運(yùn)動，從圓周上不同點(diǎn)離開圓形區(qū)域，其中從C點(diǎn)離開圓形區(qū)域的帶電微粒的動能最大，圖中O是圓心，AB是圓的直徑，AC是與AB成角的弦，則 （ ） A勻強(qiáng)電場的方向沿AC方向 B勻強(qiáng)電場的方向沿OC方向 C從A到C電場力做功為 D從A到C電場力做功為,BD,提示：若把此題放在圓周運(yùn)動中您會如何思考？,小結(jié)：學(xué)會模型之間的轉(zhuǎn)換，需要多想、多做,4、04年上海某靜電場沿x方向的電勢分布如圖所示，則（ ） A在0 x1之間不存在沿x方向的電場。 B在0 x1之間存在著沿x方向的勻強(qiáng)電場。 C在x1x2之間存在著沿x方向的勻強(qiáng)電場。 D在x1x2之間存在著沿x方向的非勻強(qiáng)電場。,A C,3、如圖所示，電荷量均為+q、質(zhì)量分別為m和2m的小球A和B，中間連接質(zhì)量不計的細(xì)繩，在豎直方向的勻強(qiáng)電場中以速度v0勻速上升，某時刻細(xì)繩斷開。求： （1）電場的場強(qiáng)及細(xì)繩斷開后,A、B兩球的加速度； （2）當(dāng)B球速度為零時，A球的速度大小； （3）自繩斷開至B球速度為零的過程中，兩球組成系統(tǒng)的機(jī)械能增量為多少？,重要提示：關(guān)于書寫牛二公式算aB時，極大多數(shù)同學(xué)左邊帶數(shù)據(jù)，右邊不帶數(shù)據(jù)，導(dǎo)致后面全錯必須引起足夠重視,解：（1）設(shè)電場強(qiáng)度為E，把小球A、B看作一個系統(tǒng)，由于繩未斷前作勻速運(yùn)動，則,細(xì)繩斷后，根據(jù)牛頓第二定律，得：,方向豎直向上,（負(fù)號表示方向豎直向下）,細(xì)繩斷開前后兩繩組成的系統(tǒng)滿足合外力為零，所以系統(tǒng)總動量守恒。設(shè)B球速度為零時，A球的速度為VA 根據(jù)動量守恒定律，得：,（2）對B:,對A:,方法一：運(yùn)動學(xué)知識,方法二：動量守恒,由功能關(guān)系知，電場力對A做的功 等于物體A的機(jī)械能增量:,同理，研究B得：,所以：,（3）設(shè)自繩斷開到球B速度為零的時間為,在該時間內(nèi)A的位移為：,