高中物理 2.3 《研究電場(chǎng)的能的性質(zhì)(二)》課件 滬科版選修31.ppt

2 3研究電場(chǎng)的能的性質(zhì) 二 目標(biāo)導(dǎo)航1 理解電勢(shì)的概念及電勢(shì)和電勢(shì)能的相互關(guān)系 重點(diǎn) 難點(diǎn) 2 理解等勢(shì)面的概念及等勢(shì)面和電場(chǎng)線的關(guān)系 重點(diǎn) 3 理解勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差跟電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系uab ed 并能用公式解決有關(guān)問(wèn)題 重點(diǎn) 一 電勢(shì)1 定義 把電荷在電場(chǎng)中某一點(diǎn)的 跟其 的比值 叫做這一點(diǎn)的電勢(shì) 2 定義式 電勢(shì)能 電荷量 3 單位 伏特 符號(hào)v 4 標(biāo)量 沒(méi)有方向 只有大小 但有正負(fù) 表示電勢(shì)比零點(diǎn)高或比零點(diǎn)低 5 物理意義 描述電場(chǎng)的能的性質(zhì)的物理量 6 電勢(shì)差與電勢(shì)的關(guān)系 uab a b 電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)等于該點(diǎn)與零電勢(shì)點(diǎn)的電勢(shì)差 7 電勢(shì)的相對(duì)性 某點(diǎn)的電勢(shì)的大小跟 的選擇有關(guān) 常取離電荷無(wú)限遠(yuǎn)處的電勢(shì)為零 在實(shí)際應(yīng)用中 常常取大地的電勢(shì)為零 二 電場(chǎng)的等勢(shì)面1 定義 物理學(xué)中把電場(chǎng)中 相等的點(diǎn)構(gòu)成的線 面 叫做等勢(shì)線 面 零電勢(shì)點(diǎn) 電勢(shì) 2 性質(zhì) 在同一等勢(shì)線 面 上移動(dòng)電荷 電場(chǎng)力 3 處在靜電平衡的導(dǎo)體 導(dǎo)體表面是一個(gè) 導(dǎo)體是一個(gè) 導(dǎo)體表面處的電場(chǎng)線與表面 4 常見電場(chǎng)的等勢(shì)面 點(diǎn)電荷的電場(chǎng)的等勢(shì)面是一簇 面 勻強(qiáng)電場(chǎng)的等勢(shì)面是一簇 面 不做功 等勢(shì)面 等勢(shì)體 垂直 球 平 想一想1 電場(chǎng)中的等勢(shì)線和地理上的等高線有哪些相似之處 提示 等勢(shì)線是電場(chǎng)中電勢(shì)相等的點(diǎn)連成的線 疏密可用來(lái)表示場(chǎng)強(qiáng)的大小 等高線是地理上高度相同點(diǎn)的連線 其疏密反映坡度的緩陡 兩種表示方式都能使研究問(wèn)題形象化 三 電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系1 公式u ed 表明在勻強(qiáng)電場(chǎng)中 沿場(chǎng)強(qiáng)方向的兩點(diǎn)間的電勢(shì)差等于場(chǎng)強(qiáng)與這兩點(diǎn)間距離的 2 公式e 表明在勻強(qiáng)電場(chǎng)中 電場(chǎng)強(qiáng)度在數(shù)值上等于沿場(chǎng)強(qiáng)方向每單位距離上的 乘積 電勢(shì)差 想一想提示 能 e u d雖然僅適用于勻強(qiáng)電場(chǎng) 但對(duì)于非勻強(qiáng)電場(chǎng) 可以用它來(lái)解釋等差等勢(shì)面的疏密與場(chǎng)強(qiáng)大小的關(guān)系 如u一定時(shí) e大 則d小 即場(chǎng)強(qiáng)越大 等差等勢(shì)面越密 要點(diǎn)1對(duì)電勢(shì)的理解 學(xué)案導(dǎo)引1 電勢(shì)有正 負(fù) 電勢(shì)是標(biāo)量嗎 2 電勢(shì)為零處場(chǎng)強(qiáng)為零嗎 電勢(shì)越高場(chǎng)強(qiáng)越大嗎 1 電勢(shì)的特點(diǎn) 1 電勢(shì)是表征電場(chǎng)能的性質(zhì)的物理量 是由場(chǎng)源電荷決定的 與試探電荷無(wú)關(guān) 可以用試探電荷在電場(chǎng)中的電勢(shì)能和它所帶電荷量的比值反映出電勢(shì)的大小 2 電勢(shì)具有相對(duì)性 只有先確定了零電勢(shì)位置之后 才能確定電場(chǎng)中其它點(diǎn)的電勢(shì) 所以電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)跟零電勢(shì)位置的選擇有關(guān) 理論上通常選取無(wú)限遠(yuǎn)處為零電勢(shì)位置 在實(shí)際處理問(wèn)題時(shí) 也經(jīng)常取地球?yàn)榱汶妱?shì)位置 3 電勢(shì)是標(biāo)量 但是有正 負(fù) 某點(diǎn)的電勢(shì)大于零 表明該點(diǎn)的電勢(shì)高于零電勢(shì) 某點(diǎn)的電勢(shì)小于零 表明該點(diǎn)的電勢(shì)低于零電勢(shì) 所以電勢(shì)的正 負(fù)反映的是電勢(shì)的高低 2 電勢(shì)與電場(chǎng)強(qiáng)度的比較 在兩點(diǎn)間移動(dòng)正電荷 如果電場(chǎng)力做正功 則電勢(shì)能減小 電勢(shì)降低 如果電場(chǎng)力做負(fù)功 則電勢(shì)能增大 電勢(shì)升高 在兩點(diǎn)間移動(dòng)負(fù)電荷 如果電場(chǎng)力做正功 則電勢(shì)能減小 電勢(shì)升高 如果電場(chǎng)力做負(fù)功 則電勢(shì)能增大 電勢(shì)降低 特別提醒 電場(chǎng)中某點(diǎn)電勢(shì)的高低與電場(chǎng)強(qiáng)度的大小無(wú)關(guān) 即電勢(shì)高處電場(chǎng)強(qiáng)度不一定大 2011 高考海南卷 關(guān)于靜電場(chǎng) 下列說(shuō)法正確的是 a 電勢(shì)等于零的物體一定不帶電b 電場(chǎng)強(qiáng)度為零的點(diǎn) 電勢(shì)一定為零c 同一電場(chǎng)線上的各點(diǎn) 電勢(shì)一定相等d 負(fù)電荷沿電場(chǎng)線方向移動(dòng)時(shí) 電勢(shì)能一定增加 思路點(diǎn)撥 解此題注意三點(diǎn) 1 電勢(shì) 電場(chǎng)強(qiáng)度 電勢(shì)能的概念 2 電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能的變化 3 電勢(shì)高低的判斷方法分析 精講精析 電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)沒(méi)有必然的聯(lián)系 但順著電場(chǎng)線的方向電勢(shì)逐漸降低 因此a b c不正確 負(fù)電荷沿電場(chǎng)線方向移動(dòng)時(shí) 電場(chǎng)力做負(fù)功 電勢(shì)能一定增加 d選項(xiàng)正確 答案 d 易誤警示 此題易出現(xiàn)選b項(xiàng)的錯(cuò)誤 認(rèn)為電場(chǎng)強(qiáng)度為零 電勢(shì)就為零 電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)分別從力的角度和能的角度描述電場(chǎng) 兩者沒(méi)有必然聯(lián)系 變式訓(xùn)練1 空間有一沿x軸對(duì)稱分布的電場(chǎng) 其電場(chǎng)強(qiáng)度e隨x變化的圖像如圖2 3 1所示 下列說(shuō)法中正確的是 a o點(diǎn)的電勢(shì)最低b x2點(diǎn)的電勢(shì)最高c x1和 x1兩點(diǎn)的電勢(shì)相等d x1和x3兩點(diǎn)的電勢(shì)相等 圖2 3 1 解析 選c 電勢(shì)高低與場(chǎng)強(qiáng)大小無(wú)必然聯(lián)系 o點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)為0 電勢(shì)不一定最低 a錯(cuò) x2點(diǎn)是場(chǎng)強(qiáng)正向最大的位置 電勢(shì)不是最高 b錯(cuò) 將電荷從x1移到 x1可由題圖知電場(chǎng)力做功為零 故兩點(diǎn)電勢(shì)相等 而把電荷從x1移到x3電場(chǎng)力做功不為零 c對(duì) d錯(cuò) 要點(diǎn)2對(duì)等勢(shì)面的理解 學(xué)案導(dǎo)引1 等勢(shì)面具有哪些特點(diǎn) 其用途有哪些 2 等勢(shì)面和電場(chǎng)線有哪些關(guān)系 1 幾種典型電場(chǎng)等勢(shì)面的分布 2 等勢(shì)面的特點(diǎn) 1 在等勢(shì)面內(nèi)任意兩點(diǎn)間移動(dòng)電荷 電場(chǎng)力不做功 2 在空間中兩等勢(shì)面不相交 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 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 5 等勢(shì)面是為描述電場(chǎng)的性質(zhì)而假想的面 6 等勢(shì)面的分布與零電勢(shì)點(diǎn)的選取無(wú)關(guān) 3 等勢(shì)面與電場(chǎng)線的關(guān)系等勢(shì)面和電場(chǎng)線都是為了形象地描述電場(chǎng)而引入的 電場(chǎng)中電勢(shì)相等的點(diǎn)構(gòu)成的面是等勢(shì)面 而電場(chǎng)線上每一點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向 二者既有區(qū)別又有聯(lián)系 具體關(guān)系如下 如2 3 2圖所示 虛線a b c表示電場(chǎng)中的三個(gè)等勢(shì)面與紙平面的交線 且相鄰等勢(shì)面之間的電勢(shì)差相等 實(shí)線為一帶正電荷粒子僅在電場(chǎng)力作用下通過(guò)該區(qū)域時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡 m n是這條軌跡上的兩點(diǎn) 則下面說(shuō)法中正確的是 圖2 3 2 a 三個(gè)等勢(shì)面中 a的電勢(shì)最高b 對(duì)于m n兩點(diǎn) 帶電粒子通過(guò)m點(diǎn)時(shí)電勢(shì)能較大c 對(duì)于m n兩點(diǎn) 帶電粒子通過(guò)m點(diǎn)時(shí)動(dòng)能較大d 帶電粒子由m運(yùn)動(dòng)到n時(shí) 加速度增大 思路點(diǎn)撥 解此題應(yīng)注意以下幾點(diǎn) 1 等勢(shì)面一定與電場(chǎng)線垂直 2 電場(chǎng)線總由電勢(shì)高的等勢(shì)面指向電勢(shì)低的等勢(shì)面 3 同一等勢(shì)面上移動(dòng)電荷電場(chǎng)力不做功 精講精析 由于帶電粒子做曲線運(yùn)動(dòng) 所受電場(chǎng)力的方向必定指向軌道的凹側(cè) 且和等勢(shì)面垂直 所以電場(chǎng)線方向是由c指向b再指向a 根據(jù)電場(chǎng)線的方向是指電勢(shì)降低的方向 故 c b a 選項(xiàng)a錯(cuò) 帶正電荷粒子若從n點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到m點(diǎn) 場(chǎng)強(qiáng)方向與運(yùn)動(dòng)方向成銳角 電場(chǎng)力做正功 即電勢(shì)能減少 若從m點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到n點(diǎn) 場(chǎng)強(qiáng)方向與運(yùn)動(dòng)方向成鈍角 電場(chǎng)力做負(fù)功 電勢(shì)能增加 故選項(xiàng)b錯(cuò) 根據(jù)能量守恒定律 電荷的動(dòng)能和電勢(shì)能之和不變 故粒子在m點(diǎn)的動(dòng)能較大 選項(xiàng)c正確 由于相鄰等勢(shì)面之間電勢(shì)差相等 因n點(diǎn)等勢(shì)面較密 則en em 即qen qem 由牛頓第二定律知 帶電粒子從m點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到n點(diǎn)時(shí) 加速度增大 選項(xiàng)d正確 答案 cd 方法指引 對(duì)于等勢(shì)面和帶電粒子運(yùn)動(dòng)相結(jié)合的問(wèn)題 首先要根據(jù)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡判斷受力情況 以便研究電場(chǎng)力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的做功情況 若電荷從電場(chǎng)中某一等勢(shì)面出發(fā) 最后又回到該等勢(shì)面 電場(chǎng)力做的總功為零 但在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中存在電場(chǎng)力做功 變式訓(xùn)練2 位于a b處的兩個(gè)帶有不等量負(fù)電的點(diǎn)電荷在平面內(nèi)電勢(shì)分布如圖2 3 3所示 圖中實(shí)線表示等勢(shì)線 則 a a點(diǎn)和b點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度相同b 正電荷從c點(diǎn)移到d點(diǎn) 電場(chǎng)力做正功c 負(fù)電荷從a點(diǎn)移到c點(diǎn) 電場(chǎng)力做正功 圖2 3 3 d 正電荷從e點(diǎn)沿圖中虛線移到f點(diǎn) 電勢(shì)能先減小后增大解析 選cd a點(diǎn)的等勢(shì)面比b點(diǎn)的稀疏 故a點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)比b點(diǎn)的小 a錯(cuò) c點(diǎn)電勢(shì)低于d點(diǎn) 正電荷從c點(diǎn)移到d點(diǎn) 即正電荷向高電勢(shì)處移動(dòng) 電場(chǎng)力做負(fù)功 b錯(cuò) a點(diǎn)電勢(shì)低于c點(diǎn) 從a到c 把負(fù)電荷移向高電勢(shì) 電場(chǎng)力做正功 c對(duì) 從e到f 電勢(shì)先變低后變高 故沿此方向移動(dòng)正電荷 電場(chǎng)力先做正功 后做負(fù)功 電勢(shì)能先減小后增大 d對(duì) 要點(diǎn)3電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系 學(xué)案導(dǎo)引1 電場(chǎng)強(qiáng)度越大 兩點(diǎn)間的電勢(shì)差越大嗎 2 公式u e d的適用條件是什么 d指的是什么 1 電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的區(qū)別與聯(lián)系 2 利用u ed計(jì)算時(shí)應(yīng)注意 1 該公式只適用于勻強(qiáng)電場(chǎng) 2 公式中的d為場(chǎng)強(qiáng)方向上兩點(diǎn)間的距離 在場(chǎng)強(qiáng)為4 0 103n c的勻強(qiáng)電場(chǎng)中有相距5 0cm的a b兩點(diǎn) 兩點(diǎn)連線與場(chǎng)強(qiáng)方向成30 角 求a b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差 思路點(diǎn)撥 根據(jù)公式u ed中d的意義求解 精講精析 圖2 3 4 答案 1 7 102v 規(guī)律總結(jié) 1 用勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)與電勢(shì)差的關(guān)系解題時(shí) 一定要注意d應(yīng)該是沿場(chǎng)強(qiáng)方向的距離 另外要注意必須使用國(guó)際單位 2 通過(guò)此題可以看出場(chǎng)強(qiáng)方向是電勢(shì)降落最快的方向 即是通過(guò)相同距離電勢(shì)降落最大的方向 這個(gè)結(jié)論對(duì)非勻強(qiáng)電場(chǎng)也成立 變式訓(xùn)練3 如圖2 3 5所示是一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)的等勢(shì)面 每?jī)蓚€(gè)相鄰等勢(shì)面相距2cm 由此可以確定電場(chǎng)強(qiáng)度的方向和數(shù)值是 a 豎直向下 e 100v mb 水平向左 e 100v mc 水平向左 e 200v md 水平向右 e 200v m 圖2 3 5 應(yīng)用功能關(guān)系解決電場(chǎng)問(wèn)題 經(jīng)典案例 12分 如圖2 3 6所示 光滑絕緣細(xì)桿豎直放置 它與