（廣西專用）高考物理一輪復(fù)習(xí) 9.2電勢差 電勢 電勢能課件 新人教版.ppt

第2講電勢差電勢電勢能 考點(diǎn)1電場力做功與電勢能1 電場力做功 1 特點(diǎn) 電場力做功與 無關(guān) 只與 有關(guān) 2 計(jì)算方法 w qed 只適用于勻強(qiáng)電場 其中d為沿 的距離 wab quab 適用于 路徑 初 末位置 電場方向 任何電場 2 電勢能 1 定義 電荷在 中具有的勢能 數(shù)值上等于將電荷從該點(diǎn)移到 位置時(shí)電場力所做的功 2 電場力做功與電勢能變化的關(guān)系 電場力做的功等于 即wab epa epb ep 電場 零勢能 電勢能的減少量 1 求電場力做功的幾種方法 1 由公式w fscos 計(jì)算 此公式只適用于勻強(qiáng)電場中 可變形為w eqscos 2 由wab quab計(jì)算 此公式適用于任何電場 3 由電勢能的變化計(jì)算 wab epa epb 4 由動能定理計(jì)算 w電場力 w其他力 ek 2 電場中的功能關(guān)系 1 若只有電場力做功 電勢能與動能之和保持不變 2 若只有電場力和重力做功 電勢能 重力勢能 動能之和保持不變 3 除重力 彈簧彈力之外 其他各力對物體做的功等于物體機(jī)械能的變化 3 電勢能高低的比較方法 1 根據(jù)電場力做功比較 不論是正電荷還是負(fù)電荷 電場力做正功 電勢能就減少 電場力做負(fù)功 電勢能就增加 2 根據(jù)電勢能與電勢的關(guān)系式ep q 判斷 式中的q是帶正負(fù)號的 對于正電荷 電勢高處 電勢能大 對于負(fù)電荷 電勢高處 電勢能反而小 下列說法中錯(cuò)誤的是 a 重力做功與路徑無關(guān) 與移動物體的初 末位置的豎直高度差有關(guān) 即wab mghabb 電場力做功與路徑無關(guān) 與移動電荷的初 末位置的電勢差有關(guān) 即wab quabc 重力對物體做正功 其重力勢能減少 做負(fù)功 則重力勢能增加d 電場力對正電荷做正功 正電荷電勢能減少 對負(fù)電荷做正功 負(fù)電荷電勢能增加 解析 選d 無論正電荷還是負(fù)電荷 只要電場力做正功 電荷具有的電勢能就減少 若電場力做負(fù)功 電荷具有的電勢能就增加 故d錯(cuò)誤 由功能關(guān)系可知 電場力 重力做功均與路徑無關(guān) 做正功時(shí)對應(yīng)的勢能減少 反之則增加 a b c均正確 考點(diǎn)2電勢和等勢面1 電勢 1 定義 在電場中選取某一點(diǎn)為零參考點(diǎn) 電場中的某一點(diǎn)a與零參考點(diǎn)之間的 2 大小 等于 從該點(diǎn)移到參考點(diǎn) 零電勢點(diǎn) 時(shí)電場力所做的功 電勢差 單位正電荷 3 矢標(biāo)性 電勢是標(biāo)量 沒有 但是電勢仍有 值 電勢為正值表示該點(diǎn)電勢高于零電勢 為負(fù)值表示該點(diǎn)電勢低于零電勢 4 相對性 電勢具有 同一點(diǎn)的電勢因選取 的不同而不同 方向 正 負(fù) 相對性 零電勢點(diǎn) 2 等勢面 1 定義 電場中 的各點(diǎn)構(gòu)成的面 2 四個(gè)特點(diǎn) 等勢面一定與 垂直 在 上移動電荷時(shí)電場力不做功 電場線方向總是從 的等勢面指向 的等勢面 等差等勢面越密的地方電場強(qiáng)度 反之 電勢相同 電場線 同一等勢面 電勢高 電勢低 越大 越小 1 幾種常見的電場的等勢面分布 2 電勢高低的四種判斷方法 判斷角度 判斷方法 2012 欽州模擬 三個(gè)點(diǎn)電荷電場的電場線分布如圖所示 圖中a b兩點(diǎn)處的場強(qiáng)大小分別為ea eb 電勢分別為 a b 則 a ea eb a bb eaeb a b 解析 選c 由圖可以看出a處電場線更密 所以ea eb 根據(jù)對稱性 a處的電勢應(yīng)與右側(cè)負(fù)電荷附近對稱點(diǎn)的電勢相等 再根據(jù)沿電場線方向電勢降低可以判定 b a 故c項(xiàng)正確 考點(diǎn)3電勢差勻強(qiáng)電場中電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系1 電勢差 1 定義 電荷q在電場中 由一點(diǎn)a移到另一點(diǎn)b時(shí) 與 的比值 2 定義式 3 電勢差與電勢的關(guān)系 uab uab uba 4 影響因素 電勢差uab由電場本身的性質(zhì)決定 與移動的電荷q及電場力做的功wab 與零電勢點(diǎn)的選取 電場力做的功wab 電荷量q a b 無關(guān) 無關(guān) 2 勻強(qiáng)電場中電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系 1 電勢差與場強(qiáng)的關(guān)系式 uab ed 其中d為電場中兩點(diǎn)間 的距離 2 電場強(qiáng)度的方向和大小 電場中 場強(qiáng)方向是指 最快的方向 在勻強(qiáng)電場中 場強(qiáng)在數(shù)值上等于沿 方向每單位距離上降低的電勢 沿電場方向 電勢降低 電場 電場強(qiáng)度 電勢 電勢差 電勢能的辨析 如圖所示 在xoy平面內(nèi)有一個(gè)以o為圓心 半徑r 0 1m的圓 p為圓周上的一點(diǎn) o p兩點(diǎn)連線與x軸正方向的夾角為 若空間存在沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場 場強(qiáng)大小e 100v m 則o p兩點(diǎn)的電勢差可表示為 a uop 10sin v b uop 10sin v c uop 10cos v d uop 10cos v 解析 選a 由于沿電場線方向電勢降低 所以o點(diǎn)的電勢比p點(diǎn)的電勢低 由u ed可知 uop ersin 10sin v 故a正確 電勢高低及電勢能大小的比較 例證1 某電場的電場線分布如圖所示 以下說法正確的是 a a點(diǎn)場強(qiáng)大于b點(diǎn)場強(qiáng)b a點(diǎn)電勢高于b點(diǎn)電勢c 若將一試探電荷 q由a點(diǎn)靜止釋放 它將沿電場線運(yùn)動到b點(diǎn)d 若在d點(diǎn)固定一點(diǎn)電荷 q 將一試探電荷 q由a移至b的過程中 電勢能減少 解題指南 解答本題時(shí)應(yīng)注意以下三點(diǎn) 1 電場線的疏密與電場強(qiáng)弱的關(guān)系 2 電場線方向與電勢高低的關(guān)系 3 電場力做功與電勢能變化的關(guān)系 自主解答 選b d 電場線的疏密表示電場的強(qiáng)弱 a項(xiàng)錯(cuò)誤 沿著電場線方向電勢逐漸降低 b項(xiàng)正確 q在a點(diǎn)所受電場力方向沿電場線的切線方向 由于電場線為曲線 所以 q不沿電場線運(yùn)動 c項(xiàng)錯(cuò)誤 在d點(diǎn)固定一點(diǎn)電荷 q后 a點(diǎn)電勢仍高于b點(diǎn) q由a移至b的過程中 電場力做正功 電勢能減少 d項(xiàng)正確 總結(jié)提升 電勢高低的判斷與電勢能大小的比較方法 1 電勢高低的判斷 同一電場線上的兩點(diǎn)電勢高低可用沿電場線方向電勢降低判斷 不同電場線上的兩點(diǎn)電勢高低 可先過兩點(diǎn)作出等勢面 然后用電場線由高等勢面指向低等勢面判斷 2 電勢能大小的比較方法 若能判斷電荷所受電場力的方向 則可用電場力與電荷移動速度的夾角大小判斷電場力做功的正負(fù) 從而得出電勢能大小的關(guān)系 若已知等勢面分布規(guī)律 可先由wab quab判斷電場力做功的正負(fù) 再比較電荷電勢能的大小關(guān)系 變式訓(xùn)練 如圖所示 在 q形成的電場中 有a b c三點(diǎn) 它們到點(diǎn)電荷的距離為ra a 同一負(fù)電荷在電勢低處電勢能大 故c錯(cuò) 因uab ubc 據(jù)w qu知wab wbc d錯(cuò) 變式備選 2012 西城模擬 如圖所示 一帶電液滴在重力和勻強(qiáng)電場對它的作用力的作用下 從靜止開始由b沿直線運(yùn)動到d 且bd與豎直方向所夾的角為45 則下列結(jié)論中不正確的是 a 此液滴帶負(fù)電荷b 合外力對液滴做的總功等于零c 液滴做勻加速直線運(yùn)動d 液滴的電勢能減少 解析 選b 由題可知 帶電液滴只受重力和電場力作用 合力沿bd方向 液滴做勻加速直線運(yùn)動 c正確 合力做正功 b不正確 電場力方向向右 故液滴帶負(fù)電荷 a正確 電場力做正功 所以電勢能減少 d正確 勻強(qiáng)電場中電勢與電場方向的確定 例證2 2012 徐州模擬 如圖所示 a b c d e f為勻強(qiáng)電場中一個(gè)邊長為10cm的正六邊形的六個(gè)頂點(diǎn) a b c三點(diǎn)電勢分別為1v 2v 3v 正六邊形所在平面與電場線平行 下列說法錯(cuò)誤的是 a 通過cd和af的直線應(yīng)為電場中的兩條等勢線b 勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大小為10v mc 勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)方向?yàn)橛蒫指向ad 將一個(gè)電子由e點(diǎn)移到d點(diǎn) 電子的電勢能將減少1 6 10 19j 解題指南 解答本題時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn) 1 電場方向與等勢面的位置關(guān)系 2 電勢差與兩點(diǎn)間距的大小關(guān)系 自主解答 選b a b c三點(diǎn)的電勢分別為1v 2v 3v 由于勻強(qiáng)電場中任一直線上的電勢分布都是均勻的 連接ac 則ac中點(diǎn)g的電勢為2v 因此be連線為一條等勢線 因此平行于be的cd af為等勢線 a項(xiàng)中說法正確 正六邊形邊長為10cm 則由幾何關(guān)系知由求得b項(xiàng)中說法錯(cuò)誤 電場線垂直于等勢線且由高電勢指向低電勢 c項(xiàng)中說法正確 將一個(gè)電子從e點(diǎn)移到d點(diǎn) 電場力做功w eued 1 6 10 19j 根據(jù)電場力做功與電勢能變化的關(guān)系知 電勢能減少1 6 10 19j d項(xiàng)中說法正確 總結(jié)提升 確定勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)方向及某點(diǎn)電勢的技巧 1 確定電勢及電場方向的原理 勻強(qiáng)電場中在同一直線上或相互平行的兩條直線上距離相等的兩點(diǎn)間電勢差相等 2 方法技巧 分析三個(gè)點(diǎn)的電勢大小關(guān)系 找出電勢最高點(diǎn)與最低點(diǎn)連線上與第三點(diǎn)電勢相等的點(diǎn) 連接等勢點(diǎn) 畫出等勢線 根據(jù)電場線與等勢線垂直畫出電場線 根據(jù)u ed及uab a b求所求點(diǎn)的電勢 變式訓(xùn)練 2012 南寧模擬 在如圖所示的圓形區(qū)域內(nèi)存在著沿紙面方向的勻強(qiáng)電場 具體方向未畫出 a b c d分別為兩條直徑的端點(diǎn) ac bd 一金屬鈉離子從b點(diǎn)沿bd方向以速度v0射入電場 只在電場力作用下 從c點(diǎn)飛出電場 則下列說法正確的是 a 鈉離子到達(dá)c點(diǎn)時(shí)的速度一定大于b點(diǎn)的速度b 若a b c三點(diǎn)的電勢分別為12v 8v 3v 則d點(diǎn)電勢一定為7vc 電場力一定對鈉離子做了正功d b點(diǎn)電勢一定高于c點(diǎn)的電勢 解析 選b 鈉離子從b點(diǎn)到達(dá)c點(diǎn)的過程中 電場力做功情況不明確 無法確定b c兩點(diǎn)的速度大小 a項(xiàng)錯(cuò)誤 根據(jù)電勢差和場強(qiáng)的關(guān)系式u ed 有 a b d c b項(xiàng)正確 由于電場方向不確定 故無法判斷b c兩點(diǎn)的電勢高低 也無法判斷電場力做功的正負(fù) c d項(xiàng)均錯(cuò) 電場中的功能關(guān)系問題 例證3 2012 南昌模擬 12分 如圖所示 同一豎直線上的a b兩點(diǎn) 固定有等量的異種點(diǎn)電荷 電荷量為q 正 負(fù)如圖所示 abc為一等邊三角形 邊長為l cd為ab邊的中垂線 且與右側(cè)豎直光滑圓弧軌道的最低點(diǎn)c相切 已知圓弧的半徑為r 現(xiàn)把質(zhì)量為m 帶電荷量為 q的小球 可視為質(zhì)點(diǎn) 由圓弧的最高點(diǎn)m靜止釋放 到最低點(diǎn)c時(shí)速度為v0 已知靜電力常量為k 現(xiàn)取d為零電勢點(diǎn) 求 1 小球在c點(diǎn)受到的電場力的大小和方向 2 在等量異種點(diǎn)電荷的電場中 m點(diǎn)的電勢 m 解題指南 解答本題時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn) 1 等量異種點(diǎn)電荷的電場中電場線 等勢面分布的特點(diǎn) 2 小球由點(diǎn)m到點(diǎn)c的過程中的功能轉(zhuǎn)化關(guān)系 規(guī)范解答 1 小球到達(dá)最低點(diǎn)c時(shí) q與 q對其的電場力f1 f2是大小相等的 有f1 f2 2分 又因?yàn)?abc為等邊三角形 易知f1 f2的夾角是120 所以二者的合力為且方向豎直向下 2分 2 小球由最高點(diǎn)m運(yùn)動到軌道的最低點(diǎn)c的過程中 由動能定理得 3分 可得m c兩點(diǎn)的電勢差為 2分 又等量異種點(diǎn)電荷中垂線上的電勢相等 即c d兩點(diǎn)電勢相等 故m點(diǎn)的電勢為 3分 答案 1 方向豎直向下 2 互動探究 求上題中小球運(yùn)動到軌道最低點(diǎn)時(shí)對軌道的壓力 解析 以小球?yàn)檠芯繉ο?設(shè)軌道對小球的支持力豎直向上 大小為fn 由牛頓第二定律可得 解得 由牛頓第三定律知 小球?qū)壍郎蟘點(diǎn)的壓力大小為方向豎直向下 答案 方向豎直向下 總結(jié)提升 電場中功能問題的分析方法 1 利用電場線 等勢面分布的特點(diǎn)分析粒子做功情況 2 應(yīng)用wab quab計(jì)算功時(shí) wab q uab都要帶正 負(fù)號計(jì)算 3 應(yīng)用動能定理解決問題時(shí)要分析合外力的做功情況 4 應(yīng)用能量守恒解決問題時(shí)應(yīng)注意電勢能和其他形式能間的轉(zhuǎn)化關(guān)系 例證 空間有一沿x軸對稱分布的電場 其電場強(qiáng)度e隨x變化的圖象如圖所示 下列說法中正確的是 a o點(diǎn)的電勢最低b x2點(diǎn)的電勢最高c x1和 x1兩點(diǎn)的電勢相等d x1和x3兩點(diǎn)的電勢相等 規(guī)范解答 選c 沿x軸對稱分布的電場 由題圖可得其電場線以o點(diǎn)為中心指向正 負(fù)方向 或從正 負(fù)無窮遠(yuǎn)指向o 沿電場線電勢降落 最快 所以o點(diǎn)電勢最高 或最低 a b錯(cuò)誤 由于電場沿x軸對稱分布 則o點(diǎn)到x1與o點(diǎn)到 x1的電勢差相等 故x1與 x1兩點(diǎn)電勢相等 c正確 x1和x3兩點(diǎn)電場強(qiáng)度大小相等 電勢不相等 d錯(cuò)誤 1 如圖所示 一帶電粒子以某速度進(jìn)入水平向右的勻強(qiáng)電場中 在電場力作用下形成圖中所示的運(yùn)動軌跡 m和n是軌跡上的兩點(diǎn) 其中m點(diǎn)是軌跡的最右點(diǎn) 不計(jì)重力 下列說法正確的是 a 粒子在m點(diǎn)的速率最大b 粒子所受電場力沿電場方向c 粒子在電場中的加速度不變d 粒子在電場中的電勢能始終在增加 解析 選c 根據(jù)做曲線運(yùn)動的物體所受合力指向軌跡的凹側(cè)的特點(diǎn) 再結(jié)合電場力的特點(diǎn)可知粒子帶負(fù)電 即受到的電場力方向與電場線方向相反 b錯(cuò) 從n點(diǎn)到m點(diǎn)電場力做負(fù)功 粒子做減速運(yùn)動 電勢能增加 當(dāng)達(dá)到m點(diǎn)后電場力做正功 粒子做加速運(yùn)動 電勢能減小 則粒子在m點(diǎn)的速度最小 a d錯(cuò) 在整個(gè)過程中粒子只受電場力 根據(jù)牛頓第二定律可知加速度不變 c正確 2 如圖所示是某電場中的一組等勢面 若a b c d相鄰兩點(diǎn)間距離均為2cm a和p點(diǎn)間的距離為1 5cm 則該電場的場強(qiáng)e和p點(diǎn)的電勢 p分別為 解析 選b 因?yàn)橄噜弮傻葎菝婢嚯x相等 電勢差相等 所以這是一個(gè)勻強(qiáng)電場 相鄰兩等勢面的距離為d ab sin60 則場強(qiáng)電勢差 b p ubp e bp sin60 因 b 0 故 p 2 5v 故b正確 3 2012 臨沂模擬 如圖所示 在豎直向下 場強(qiáng)為e的勻強(qiáng)電場中 長為l的絕緣輕桿可繞水平固定軸o在豎直面內(nèi)無摩擦轉(zhuǎn)動 兩個(gè)小球a b固定于桿的兩端 a b的質(zhì)量分別為m1和m2 m1 m2 a帶負(fù)電 電量為q1 b帶正電 電量為q2 桿從靜止開始由水平位置轉(zhuǎn)到豎直位置 在此過程中電場力做功為w 在豎直位置處兩球的總動能為ek 則下列說法正確的是 解析 選a d 由題意可知 a球受電場力eq1 方向豎直向上 b球受電場力eq2 方向豎直向下 故在兩球轉(zhuǎn)動過程中 電場力對兩球做的功a正確 b錯(cuò)誤 由動能定理得 故d正確 c錯(cuò)誤 4 在光滑的絕緣水平面上 有一個(gè)正方形abcd 頂點(diǎn)a c處分別固定一個(gè)正點(diǎn)電荷 電荷量相等 如圖所示 若將一