(山東省專用)2018-2019學(xué)年高中物理 第一章 靜電場(chǎng) 第4節(jié) 電勢(shì)能和電勢(shì)講義(含解析)新人教版選修3-1.doc
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第4節(jié)電勢(shì)能和電勢(shì)1.靜電力做功與路徑無(wú)關(guān),只與電荷的初、末位置有關(guān);靜電力做的功等于電勢(shì)能的減少量。2電荷在某點(diǎn)的電勢(shì)能,等于把它從該點(diǎn)移到零勢(shì)能位置時(shí)靜電力所做的功。3沿電場(chǎng)線方向,電勢(shì)逐漸降低。4電場(chǎng)線跟等勢(shì)面垂直,并且由電勢(shì)高的等勢(shì)面指向電勢(shì)低的等勢(shì)面。5無(wú)論粒子電性如何,當(dāng)粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)后,電場(chǎng)力一定做正功。一、靜電力做功的特點(diǎn)在靜電場(chǎng)中移動(dòng)電荷時(shí),靜電力做的功與電荷的起始位置和終止位置有關(guān),與電荷經(jīng)過(guò)的路徑無(wú)關(guān)。二、電勢(shì)能1概念電荷在靜電場(chǎng)中具有的勢(shì)能。用Ep表示。2靜電力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系靜電力做的功等于電勢(shì)能的減少量,WABEpAEpB。3電勢(shì)能的大小電荷在某點(diǎn)的電勢(shì)能,等于把它從這點(diǎn)移動(dòng)到零勢(shì)能位置時(shí)靜電力做的功。4零勢(shì)能位置電場(chǎng)中規(guī)定的電勢(shì)能為零的位置,通常把離場(chǎng)源電荷無(wú)窮遠(yuǎn)處或大地處的電勢(shì)能規(guī)定為零。三、電勢(shì)1定義:電荷在電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電勢(shì)能與它的電荷量的比值。2公式:。3單位:國(guó)際單位制中,電勢(shì)的單位是伏特,符號(hào)是V,1 V1 J/C。4特點(diǎn)(1)相對(duì)性:電場(chǎng)中各點(diǎn)電勢(shì)的高低,與所選取的零電勢(shì)的位置有關(guān),一般情況下取無(wú)窮遠(yuǎn)或地球?yàn)榱汶妱?shì)位置。(2)標(biāo)矢性:電勢(shì)是標(biāo)量,只有大小,沒(méi)有方向,但有正負(fù)。5與電場(chǎng)線關(guān)系:沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)逐漸降低。四、等勢(shì)面1定義電場(chǎng)中電勢(shì)大小相同的各點(diǎn)構(gòu)成的面叫做等勢(shì)面。2等勢(shì)面與電場(chǎng)線的關(guān)系(1)電場(chǎng)線跟等勢(shì)面垂直。(2)電場(chǎng)線由電勢(shì)高的等勢(shì)面指向電勢(shì)低的等勢(shì)面。1自主思考判一判(1)只要電荷在電場(chǎng)中移動(dòng),電場(chǎng)力一定做功。()(2)電場(chǎng)力做功與重力做功類似,與初末位置有關(guān),與路徑無(wú)關(guān)。()(3)電勢(shì)有正、負(fù),是矢量。()(4)在勻強(qiáng)電場(chǎng)中沿電場(chǎng)線方向,電勢(shì)降低最快。()(5)等勢(shì)面上,不僅各點(diǎn)電勢(shì)相同,電場(chǎng)強(qiáng)度也一定相同。()(6)電勢(shì)能是相對(duì)的,規(guī)定不同的零勢(shì)能點(diǎn),電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)能不同。()2合作探究議一議(1)一電荷在某電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)了一周又回到出發(fā)點(diǎn),電場(chǎng)力對(duì)該電荷做功嗎?提示:不做功。由功的定義式可知,電荷運(yùn)動(dòng)一周位移為0,故電場(chǎng)力一定不做功。(2)電勢(shì)能與重力勢(shì)能類似,也有正負(fù),其正負(fù)有何意義?提示:電勢(shì)能為正值時(shí),表明電荷在該處電勢(shì)能大于零;當(dāng)電勢(shì)能為負(fù)值時(shí),表明電荷在該處電勢(shì)能比零小。(3)為何說(shuō)當(dāng)電荷沿等勢(shì)面移動(dòng)時(shí),電場(chǎng)力不做功?提示:由于電場(chǎng)線與等勢(shì)面垂直,即電荷所受的電場(chǎng)力與等勢(shì)面垂直,即當(dāng)電荷沿等勢(shì)面移動(dòng)時(shí),電場(chǎng)力方向始終與速度方向垂直,電場(chǎng)力不做功。對(duì)電場(chǎng)力做功的理解1勻強(qiáng)電場(chǎng)中電場(chǎng)力做功的計(jì)算WqELcos ,其中為電場(chǎng)力與位移間夾角。2電場(chǎng)力做功的正負(fù)判斷(1)根據(jù)電場(chǎng)力和位移方向的夾角判斷:夾角為銳角,電場(chǎng)力做正功;夾角為鈍角,電場(chǎng)力做負(fù)功;電場(chǎng)力和位移方向垂直時(shí)不做功。此法常用于勻強(qiáng)電場(chǎng)中恒定電場(chǎng)力做功情況的判斷。(2)根據(jù)電場(chǎng)力和瞬時(shí)速度方向的夾角判斷:夾角為銳角時(shí),電場(chǎng)力做正功;夾角為鈍角時(shí),電場(chǎng)力做負(fù)功;電場(chǎng)力和瞬時(shí)速度方向垂直時(shí)不做功。此法常用于判斷曲線運(yùn)動(dòng)中變化電場(chǎng)力的做功情況。(3)根據(jù)電勢(shì)能的變化情況判斷:若電勢(shì)能增加,則電場(chǎng)力做負(fù)功;若電勢(shì)能減小,則電場(chǎng)力做正功。(4)若物體只受電場(chǎng)力作用,可根據(jù)動(dòng)能的變化情況判斷:若物體的動(dòng)能增加,則電場(chǎng)力做正功;若物體的動(dòng)能減少,則電場(chǎng)力做負(fù)功。1如圖所示,在勻強(qiáng)電場(chǎng)中有A、B兩點(diǎn),將一電荷量為q的正電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn),第一次沿直線AB移動(dòng)該電荷,電場(chǎng)力做功為W1;第二次沿路徑ACB移動(dòng)該電荷,電場(chǎng)力做功為W2;第三次沿曲線AB移動(dòng)該電荷,電場(chǎng)力做功為W3,則()AW1W2BW3W2CW1W3DW1W3解析:選C電場(chǎng)力做功只與開始和結(jié)束位置有關(guān),與路徑無(wú)關(guān)。因此選項(xiàng)C正確。2兩帶電小球,電荷量分別為q和q,固定在一長(zhǎng)度為l的絕緣細(xì)桿的兩端,置于電場(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,桿與場(chǎng)強(qiáng)方向平行,其位置如圖所示。若此桿繞過(guò)O點(diǎn)垂直于桿的軸線轉(zhuǎn)過(guò)180,則在此轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中電場(chǎng)力做的功為()A0BqElC2qElDqEl解析:選C電場(chǎng)力對(duì)兩小球均做正功,大小與路徑無(wú)關(guān),對(duì)每個(gè)小球做的功為qEl,共為2qEl,故C正確。3如圖,光滑絕緣水平面上相距3L的A、B兩點(diǎn)分別固定正點(diǎn)電荷Q1與Q2,與B點(diǎn)相距L的C點(diǎn)為連線上電勢(shì)最低處。若可視為質(zhì)點(diǎn)的滑塊在BC中點(diǎn)D處,以初速度v0水平向右運(yùn)動(dòng),且始終在A、B之間運(yùn)動(dòng)。已知滑塊的質(zhì)量為m、帶電量為q,則()A滑塊從D向B的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,電場(chǎng)力先做正功后做負(fù)功B滑塊沿BA方向運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,電勢(shì)能先增加后減小CA、B之間,場(chǎng)強(qiáng)為零的地方應(yīng)該有兩處D兩點(diǎn)電荷的電量之比為Q1Q241解析:選D沿電場(chǎng)強(qiáng)度的方向電勢(shì)降低,C點(diǎn)電勢(shì)最低,則C點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度為零,由kk得Q1Q241,D正確;滑塊從D向B的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,電場(chǎng)力一直做負(fù)功,從B向A的運(yùn)動(dòng)過(guò)程,則先做正功后做負(fù)功,電勢(shì)能先減小后增加,A、B之間場(chǎng)強(qiáng)為零的地方只有C點(diǎn)一處,選項(xiàng)A、B、C錯(cuò)誤。3如圖所示的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,有a、b、c三點(diǎn),ab5 cm,bc12 cm,其中ab沿電場(chǎng)方向,bc和電場(chǎng)方向成60角,一個(gè)電荷量為q4108 C的正電荷從a移到b時(shí)電場(chǎng)力做的功為W11.2107 J,求:(1)勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度E的大??;(2)電荷從b移到c,電場(chǎng)力做的功W2。解析:(1)從a到b正電荷受到的電場(chǎng)力F1qE電場(chǎng)力做的功W1F1dabqEdab所以E V/m60 V/m。(2)把電荷從b移到c,電場(chǎng)力做的功W2qEdbccos 60410860121020.5 J1.44107 J。答案:(1)60 V/m(2)1.44107 J對(duì)電勢(shì)能的理解1電勢(shì)能的特性系統(tǒng)性電勢(shì)能是由電場(chǎng)和電荷共同決定的,是屬于電荷和電場(chǎng)所共有的,我們習(xí)慣上說(shuō)成電荷的電勢(shì)能相對(duì)性電勢(shì)能是相對(duì)的,其大小與選定的參考點(diǎn)有關(guān)。確定電荷的電勢(shì)能,首先應(yīng)確定參考點(diǎn),也就是零勢(shì)能點(diǎn)的位置標(biāo)量性電勢(shì)能是標(biāo)量,有正負(fù)但沒(méi)有方向。電勢(shì)能為正值表示電勢(shì)能大于參考點(diǎn)的電勢(shì)能,電勢(shì)能為負(fù)值表示電勢(shì)能小于參考點(diǎn)的電勢(shì)能2電勢(shì)能增減的判斷方法做功判斷法無(wú)論正、負(fù)電荷,只要電場(chǎng)力做正功,電荷的電勢(shì)能一定減??;反之,做負(fù)功則增大電場(chǎng)線判斷法正電荷順著電場(chǎng)線的方向移動(dòng)時(shí),電勢(shì)能逐漸減??;逆著電場(chǎng)線的方向移動(dòng)時(shí),電勢(shì)能逐漸增大。負(fù)電荷的情況正好相反電勢(shì)判斷法由公式Epq知,正電荷在電勢(shì)高的地方電勢(shì)能大,負(fù)電荷在電勢(shì)高的地方電勢(shì)能小典例將帶電量為6106 C的負(fù)電荷從電場(chǎng)中的A點(diǎn)移到B點(diǎn),克服電場(chǎng)力做了3105 J的功,再?gòu)腂點(diǎn)移到C點(diǎn),電場(chǎng)力做了1.2105 J的功,則(1)電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn),再?gòu)腂點(diǎn)移到C點(diǎn)的過(guò)程中電勢(shì)能共改變了多少?(2)如果規(guī)定A點(diǎn)的電勢(shì)能為零,則該電荷在B點(diǎn)和C點(diǎn)的電勢(shì)能分別為多少?思路點(diǎn)撥(1)電勢(shì)能的改變量對(duì)應(yīng)電場(chǎng)力做功。(2)電荷在某點(diǎn)具有的電勢(shì)能與零電勢(shì)能的選取有關(guān),同時(shí)注意電勢(shì)能的正負(fù)。解析(1)由題意可知,WAB3105 JWBC1.2105 J所以電荷從A點(diǎn)到C點(diǎn)的全過(guò)程中電場(chǎng)力做功WACWABWBC1.8105 J故此過(guò)程電荷的電勢(shì)能增加了1.8105 J。(2)由WABEpAEpB可得:EpB3105 J由WACEpAEpC可得:EpC1.8105 J。答案(1)增加了1.8105 J(2)3105 J1.8105 J電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能的聯(lián)系(1)電勢(shì)能的高低與零電勢(shì)能點(diǎn)的選取有關(guān),電勢(shì)能的變化與零電勢(shì)能點(diǎn)的選取無(wú)關(guān)。(2)電勢(shì)能與靜電力做功的關(guān)系是求電勢(shì)能變化或靜電力做功的重要理論依據(jù)。 1如圖所示,有一帶電的微粒,在電場(chǎng)力的作用下沿曲線從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn),則微粒()A帶負(fù)電,電勢(shì)能增加B帶負(fù)電,電勢(shì)能減少C帶正電,電勢(shì)能增加D帶正電,電勢(shì)能減少解析:選D由帶電微粒運(yùn)動(dòng)的徑跡可以看出帶電微粒受到的電場(chǎng)力指向徑跡凹側(cè),即與電場(chǎng)方向相同,故帶電微粒帶正電,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;電場(chǎng)力對(duì)帶電微粒做正功,微粒電勢(shì)能減少,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確。2下列說(shuō)法正確的是()A電荷放在電勢(shì)高的地方,電勢(shì)能就大B正電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)能一定大于負(fù)電荷在該點(diǎn)具有的電勢(shì)能C電場(chǎng)強(qiáng)度為零的點(diǎn),電勢(shì)一定為零D無(wú)論移動(dòng)正電荷還是負(fù)電荷,若克服電場(chǎng)力做功它的電勢(shì)能都增大解析:選D正電荷放在電勢(shì)高的地方,電勢(shì)能就大,而負(fù)電荷放在電勢(shì)高的地方,電勢(shì)能就小,故A錯(cuò)誤。電荷的電勢(shì)能與電荷的電性和電勢(shì)的正負(fù)有關(guān),正電荷在電場(chǎng)中電勢(shì)為負(fù)值的某點(diǎn)的電勢(shì)能,小于負(fù)電荷在該點(diǎn)具有的電勢(shì)能,故B錯(cuò)誤。電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)無(wú)關(guān),電場(chǎng)強(qiáng)度為零的點(diǎn),電勢(shì)不一定為零,故C錯(cuò)誤。只要電荷克服電場(chǎng)力做功,根據(jù)功能關(guān)系可知,它的電勢(shì)能都增大,故D正確。3在如圖所示的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,有A、B兩點(diǎn),且A、B兩點(diǎn)間的距離為x0.20 m,已知AB連線與電場(chǎng)線夾角為60,今把一電荷量q2108 C的檢驗(yàn)電荷放入該勻強(qiáng)電場(chǎng)中,其受到的電場(chǎng)力的大小為F4.0104 N,方向水平向左。求:(1)電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小和方向;(2)若把該檢驗(yàn)電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn),電勢(shì)能變化了多少;(3)若A點(diǎn)為零電勢(shì)點(diǎn),檢驗(yàn)電荷在B點(diǎn)電勢(shì)能為多少。解析:(1)電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小為E2104 N/C,方向水平向右。(2)檢驗(yàn)電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)電場(chǎng)力做負(fù)功WABFxcos 4.01040.2cos 60 J4.0105 J由電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化關(guān)系得,電勢(shì)能增加了4105 J。(3)檢驗(yàn)電荷在A點(diǎn)的電勢(shì)能為0,檢驗(yàn)電荷從A點(diǎn)到B點(diǎn)電勢(shì)能增加了4105 J,故檢驗(yàn)電荷在B點(diǎn)的電勢(shì)能為4105 J。答案:(1)2104 N/C方向水平向右(2)電勢(shì)能增加了4105 J(3)4105 J對(duì)電勢(shì)和等勢(shì)面的理解1電勢(shì)的特點(diǎn)(1)電勢(shì)具有相對(duì)性:電勢(shì)是相對(duì)的,電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)值與零電勢(shì)點(diǎn)的選取有關(guān)。通常將離場(chǎng)源電荷無(wú)窮遠(yuǎn)處,或是地球表面選為零電勢(shì)點(diǎn)。(2)電勢(shì)是標(biāo)量:電勢(shì)是只有大小、沒(méi)有方向的物理量,在規(guī)定了電勢(shì)零點(diǎn)后,電場(chǎng)中各點(diǎn)的電勢(shì)可能是正值,也可能是負(fù)值。正值表示該點(diǎn)的電勢(shì)高于零電勢(shì);負(fù)值表示該點(diǎn)的電勢(shì)低于零電勢(shì)。顯然,電勢(shì)的正負(fù)只表示大小,不表示方向。2電勢(shì)高低的判斷方法電場(chǎng)線法沿電場(chǎng)線方向,電勢(shì)越來(lái)越低場(chǎng)源電荷判斷法離場(chǎng)源正電荷越近的點(diǎn),電勢(shì)越高;離場(chǎng)源負(fù)電荷越近的點(diǎn),電勢(shì)越低電勢(shì)能判斷法對(duì)于正電荷,電勢(shì)能越大,所在位置的電勢(shì)越高;對(duì)于負(fù)電荷,電勢(shì)能越小,所在位置的電勢(shì)越高3等勢(shì)面的特點(diǎn)(1)等勢(shì)面是為描述電場(chǎng)而假想的面。(2)在電場(chǎng)線密集的地方,等差等勢(shì)面密集;在電場(chǎng)線稀疏的地方,等差等勢(shì)面稀疏。(3)電場(chǎng)線總是和等勢(shì)面垂直,且從電勢(shì)較高的等勢(shì)面指向電勢(shì)較低的等勢(shì)面。(4)等勢(shì)面的分布與零電勢(shì)點(diǎn)的選取無(wú)關(guān)。(5)在空間中兩等勢(shì)面不相交。(6)在等勢(shì)面內(nèi)移動(dòng)電荷,電場(chǎng)力不做功。1一帶電粒子沿著圖中曲線JK穿過(guò)一勻強(qiáng)電場(chǎng),a、b、c、d為該電場(chǎng)的等勢(shì)面,其中abcEb,Ebb,cbC沿cba路徑移動(dòng)質(zhì)子與電子,電荷的電勢(shì)能改變是一樣的D沿bc直線方向射入的電子一定做直線運(yùn)動(dòng)解析:選D根據(jù)電場(chǎng)線的疏密表示電場(chǎng)強(qiáng)度的相對(duì)大小,可知EaEbEc,故A錯(cuò)誤;沿著電場(chǎng)線方向電勢(shì)是降低的,同一等勢(shì)面上各點(diǎn)的電勢(shì)相等,則知cba,故B錯(cuò)誤;沿cba路徑移動(dòng)質(zhì)子與電子,根據(jù)公式WqU,知由于電子與質(zhì)子的電性相反,電場(chǎng)力對(duì)質(zhì)子做正功,質(zhì)子的電勢(shì)能減小,對(duì)電子做負(fù)功,電子的電勢(shì)能增大,故C錯(cuò)誤;沿bc直線方向射入的電子,所受的電場(chǎng)力沿bc方向,電子做直線運(yùn)動(dòng),故D正確。11如果把q1.0108 C的電荷從無(wú)限遠(yuǎn)處移到電場(chǎng)中的A點(diǎn),靜電力做功W1.2104 J,那么:(1)q在A點(diǎn)的電勢(shì)能和A點(diǎn)的電勢(shì)各是多少?(2)q在移入電場(chǎng)前,A點(diǎn)的電勢(shì)是多少?解析:(1)靜電力做負(fù)功,電勢(shì)能增加,無(wú)限遠(yuǎn)處的電勢(shì)為0,電荷在無(wú)限遠(yuǎn)處的電勢(shì)能也為0,電勢(shì)能的變化量等于靜電力所做的功,即WEpEpA0EpA,所以EpAW1.2104 J,A V1.2104 V。(2)A點(diǎn)的電勢(shì)是由電場(chǎng)本身決定的,跟A點(diǎn)是否有電荷存在無(wú)關(guān),所以q在移入電場(chǎng)前,A點(diǎn)的電勢(shì)仍為1.2104 V。答案:(1)1.2104 J1.2104 V(2)1.2104 V12.如圖所示,勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)線與AC平行,把108 C的負(fù)電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn),靜電力做功6108 J,AB長(zhǎng)6 cm,AB與AC成60角。求:(1)勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)方向;(2)設(shè)B處電勢(shì)為1 V,則A處電勢(shì)為多少?電子在A處的電勢(shì)能為多少?解析:(1)將負(fù)電荷從A點(diǎn)移至B點(diǎn),靜電力做正功,所以電荷所受靜電力方向沿A至C。又因?yàn)槭秦?fù)電荷,場(chǎng)強(qiáng)方向與負(fù)電荷受力方向相反,所以場(chǎng)強(qiáng)方向由C指向A。(2)由WABEpAEpBq(AB)得ABV5 V則電子在A點(diǎn)的電勢(shì)能為EpAqA(e)(5 V)5 eV。答案:(1)由C指向A(2)5 V5 eV- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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- 山東省專用2018-2019學(xué)年高中物理 第一章 靜電場(chǎng) 第4節(jié) 電勢(shì)能和電勢(shì)講義含解析新人教版選修3-1 山東省 專用 2018 2019 學(xué)年 高中物理 勢(shì)能 電勢(shì) 講義 解析 新人 選修
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