版物理《学案导学与随堂笔记》人教版选修31课件第一章静电场4.docx
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版物理《学案导学与随堂笔记》人教版选修31课件第一章静电场4
第一章
静电场
4电势能和电势
学习目标
1•知道静电力做功的特点，掌握静电力做功与电势能变化的关系.
2.理解电势能、电势的概念，能根据电场线判断电势高低.
3.知道什么是等势面，并能理解等势面的特点.
内容索引
知识探究
一、静电力做功的特点
导学探究
静电力F二qE,静电力与位移夹角为&,静电力对试探电荷Q做的功W二F-lABIcos。
二qEIAMI.在线段4M上静电力做的功二必・LAMI,在线段MB上静电力做的功巴二0,总功W二W]+W2=qE^\AM\.
（2）
答案
若q沿任意曲线从A点移动到B点，静电力做的功为多少？
由此可得出什么结论？
W=qE-\AM\.电荷在匀强电场中从不同路径由A点运动到B点，静电力做功相同•说明静电力做功与路径无关，只与初、末位置有关.
知识梳理
静电力做功的特点
⑴静电力做功的特点：
静电力对某电荷所做的功，与该电荷的电荷量—有关，填“有关”或“无关”），与电荷经过的路径无关丄填“有关”或“无关”），该结论在任何电场中均成立.
（2）静电力做功与—重力—做功相似，只要初、末位置确定了，移动电荷Q做的功就是确定值.
对对答案吧
即学即用
判断下列说法的正误.
（1）电荷从电场中的A点运动到B点，路径不同，电场力做功的大小就可能
不同.（X）
（2）电荷从电场中的某点开始出发，运动一段时间后，又回到了该点，则电场力做功为零.（V）
（3）正电荷沿着电场线运动，电场力对正电荷做正功，负电荷逆着电场线
运动，电场力对负电荷做正功.（V）
（4）
在匀强电场中，电场力做功与路径无关，在非匀强电场中，电场力做
功与路径有关.（X）
二、电势能
导学探究
（1）物体从高处向低处运动，重力做什么功？
物体的重力势能如何变化?
重力做正功重力势能减少Wg二Epi-Ep2
（2）正电荷顺着电场线移动，电场力做什么功？
电荷的电势能如何变化?
负电荷顺着电场线移动，电场力做什么功？
电荷的电势能如何变化？
电
电场力做正功电势能减少电场力做负功电势能增加W电二Epl-Ep2
o
知识梳理
1•电势能：
电荷在—电场一中具有的势能，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一减少量表达式：
WAB-_^pA~
静电力做正功，电势能一减少_；
3.电势能的大小：
电荷在某点的电势能，等于把它从这点移动到零势一_能位置—时静电力做的功.
4.电势能具有相对性
电势能零点的规定：
通常把电荷在离场源电荷一无限远一处或把电荷在—大地表面_上的电势能规定为零.
即学即用
判断下列说法的正误.
（2）正电荷和负电荷沿着电场线运动，电势能均减少.（X）
（3）确定电荷在某点的电势能应先规定零势能点.（7）
（4）因电势能有正负之分，所以电势能是矢量.（X）
三、电势
导学探究
答案
如图2所示的匀强电场，场强为E,取0点为零势能点,4点距0点为Z,A0连线与电场线的夹角为&把电荷量分别为g和2g的试探电荷由4点移到0点，电场力做功分别是多少？
电荷Q、2g在A点的电势能各为多少？
电势能与电荷量的比值各是多少？
=Eqlcos0,WAO2=2Eqlcos0,由EpA^WA。
知，电荷量为q和勿的试探电荷在A点的电势能分别为Eqlcos0、2E/C0S0;电势能与电荷量的比值相同，都为Elcos0.
知识梳理
对电势的理解
（1）定义及公式：
电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的一比值即卩二?
单位为伏特符号为
（2）电势高低的判断：
沿着电场线的方向电势逐渐一降低_•
（3）电势的标量性：
电势是_标_量，只有大小，没有方向，但有正、负之分，电势为正表示比零电势一高一，电势为负表示比零电势一低，
⑷电势的相对性：
零电势点的规定原则，一般选一大地_或_无限远—处的电势为0,只有规定了电势零点才能确定某点的电势大小.
（5）电势描述电场能的性质，决定于一电场—本身，与试探电荷—无关_（填
“有关”或“无关”）.
即学即用
判断下列说法的正误.
（1）电势有正负之分，因而是矢量•（X）
（2）电荷在电势高处具有的电势能大.（X）
（3）场强为零处，电势一定为零.（x）
⑷沿电场线方向电势降低，与试探电荷的电性无关.（V）
等势面
导学探究
电场中电势相等的各点构成的面
（2）当电荷从同一等势面上的A点移到B点时，电荷的电势能是否变化?
不发生变化电场力不做功
知识梳理
1・等势面的特点
（1）在等势面上移动电荷时静电力不做功
（2）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.
（3）等势面密的地方，电场强度较—强_；等势面疏的地方，电场强度较一弱
（4）任意两个等势面都不相交.
2•几种常见电场的等势面
（1）点电荷的等势面是以点电荷为球心的一簇球面.
（2）等量异号点电荷的等势面：
点电荷的连线上，从正电荷到负电荷电势越来越低，中垂线是一条等势线.
（3）
等量同号点电荷的等势面：
等量正点电荷连线的中点电势最低，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.等量负点电荷连线的中点电势最高，中垂线上该点的电势最低•从中点沿中垂线向两侧，电势越来越高.
（4）匀强电场的等势面是垂直于电场线的一簇平行等间距的平面.
题型探究
1.静电力做功与电势能变化的关系
1•静电力做功的特点
（1）静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，但是与具体路径无关，这与重力做功特点相似.
（2）静电力做功的特点不受物理条件限制，不管静电力是否变化，是否是匀强电场，是直线运动还是曲线运动，静电力做功的特点不变.
2•静电力做功与电势能变化的关系⑴^AB二EpA~EpB・静电力做正功，电势能减小；静电力做负功，电势能增加.
（2）正电荷在电势高的地方电势能大，而负电荷在电势高的地方电势能小.
O
例1将带电荷量为6X10-6C的负电荷从电场中的A点移到B点，克服静电力做了3X10-5J的功，再从3移到C,静电力做了1.2X10-5J的功，则
（1）电荷从4移到B,再从B移到C的过程中电势能共改变了多少？
解析
Wab+Wbc==（—3X1Q5+1.2X105）J=-1.8X10J.
电势能增加了1-8X10'5
an
J.
（2）如果规定A点的电势能为零，则该电荷在B点和C点的电势能分别为多少?
EpB=EpA-^AB二0-WAB—3X105J.
同理，c点的电势能为Epc二EpA-%c二0-码c二L8X10-5J.
（3）如果规定B点的电势能为零，则该电荷在A点和C点的电势能分别为多少?
见解析
解析
如果规定B点的电势能为零，则该电荷在4点的电势能为：
垢/=EpB‘+WAB=0+WAB=-3X10-5!
C点的电势能为Ep/二Epf-%c=0-二-L2X105J.
针对训练1在电场中，把电荷量为4X10-9C的正点电荷从A点移到B点,
A.电荷在B点具有的电势能是6X10-8J
B.B点电势是15V
D.电荷的电势能减少了6X10-8!
电荷在电场中某点的电势能具有相对性，只有确定了零势能点，B点的电势、电荷在B点的电势能才有确定的数值，故选项A、B错误；由
于电荷从A点移到B点的过程中克服静电力做功6X10-8J,故电荷电
2.对电势的理解及电势高低的判断
1.电势是反映电场性质的物理量，与放入的试探电荷无关.
2.电势具有相对性，其大小与零电势的选取有关，常取无限远处或大地的电势为零.
3.电势的定义式为（P二普,公式中的垢、g在运算时均需代入正、负号.
例2如果把电荷量为2=1.0x10-8C的电荷从无限远处移到电场中的4点，需要克服静电力做功W-1.2X10-4!
那么：
（l）q在A点的电势能和A点的电势各是多少？
解析
静电力做负功，电势能增加，无限远处的电势为零，电荷在无限远处的电势能也为零，即恥二0,坊8二0.
%-%得％二％-仏a二0-（-1.2X10—4J）
由W^A=
1.2X1Q-4J
再由％二字得％二1.2X105q
例3将一正电荷从无穷远处移入电场中M点，电势能减少了8.0X10-9J,
an
若将另一等量的负电荷从无穷远处移入电场中的N点，电势能增加了
A.0MV（Pn<0B.（Pn>0M>0
张vV°m<0D.（pM>（pN>0
取无穷远处电势为零，则正电荷在M点的电势能为-8X10-9J,负电荷在N点的电势能为9X10-9J.由。
二》知，M、N点的电势加<0,%<0,且\（/）N\>\（pM\,即（Pn知识梳理
电势高低的判断方法
1.电场线法：
沿电场线方向，电势越来越低.
2.电势能判断法：
由卩二》知，对于正电荷，电势能越大，所在位置的电势越高；对于负电荷，电势能越小，所在位置的电势越高.
3.等势面的特点及应用
1.电荷在等势面上移动时，静电力不做功，电荷的电势能不变.
2.由等势面可以确定电场线：
因为电场线总和等势面垂直，所以已知等势面的形状分布，可以绘制电场线，从而确定电场大体分布.
3.由等差势面的疏密，可以定性地确定场强的大小，等势面密处，场强较大.
例4空间中P、Q两点处各固定一个点电荷，其中P点处为正电荷，P、Q两点附近电场的等势面分布如图3所示，b、c、〃为电场中的4个点.
A.P、0两点处的电荷等量同号
Bq点和方点的电场强度相同
C.c点的电势低于d点的电势占负电荷从。
到c,电势能减少
针对训练2（多选）如图4所示，实线表示一簇关于x轴对称的等势面,
在轴上有4、B两点，贝IJ
答案
解析
点场强小于B点场强
B.4点场强方向指向兀轴负方向
C.A点场强大于B点场强
5点电势高于B点电势
由于电场线与等势面总是垂直，所以B点电场线上L4点密，B点场强大于
4点场强，故A正确、C错误.
电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面，故B错误.由图中数据可
知D正确.
达标检测
1.（多选）关于电势，下列说法正确的是
*电场中某点的电势大小等于单位正电荷从该点移动到零电势点时,电场力所做的功
爭龟场中某点的电势与零电势点的选取有关
C.由于电势是相对的，所以无法比较电场中两点的电势高低
&电势是描述电场能的性质的物理量
2.关于静电场的等势面，下列说法正确的是
A.两个电势不同的等势面可能相交©龟场线与等势面处处相互垂直
C.同-等势面上各点电场强度-定相等|I
D.将一负的试探电荷从电势较高的等势面移至电势较低的等势面，电场力做正功
3.
如图所示，实线表示电场线，虚线表示带电粒子运动的轨迹，带电粒子只受电场力的作用，运动过程中电势能逐渐减少，它运动到b处时的运
由于带电粒子只受电场力的作用，而且运动过程中电势能逐渐减少，可判断电场力做正功，即电场力方向与粒子速度方向夹角为锐角，且电场力方向沿着电场线指向轨迹凹侧，故D项正确.
4.
答案I解析
电场中等势面如图5所示，下列关于该电场描述正确的是
AA点的电场强度比C点的小
B.负电荷在A点的电势能比在C点的电势能大
$龟荷沿等势面移动的过程中，电场力始终不做功
D.正电荷由A移动到C,电场力做负功
由等势面与电场线密集程度的关系可知，等势面越密集的地方电场强度越大，故A点的电场强度比C点的大，A错误；
负电荷在电势越高的位置电势能越小，B错误；
沿等势面移动电荷，电场力不做功，C正确；
正电荷由A移动到C,电场力做正功，D错误.故选C.
本课结束
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