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电势能 电势与电势差(完美版)

  电势能 电势与电势差(完美版)_理化生_高中教育_教育专区。武胜中学 吴建兵 知识回顾 带箭头的直线是某区域电场线的一条,用EA、 EB来表示A、B两点的电场强度,则下列说法 正确的是( D ) A、 EA=EB A B B、 EA>EB C、 EA<

  武胜中学 吴建兵 知识回顾 带箭头的直线是某区域电场线的一条,用EA、 EB来表示A、B两点的电场强度,则下列说法 正确的是( D ) A、 EA=EB A B B、 EA>EB C、 EA<EB D、 EA、EB的大小关系不确定 一、电场力做功的特点 (一)重力做功的特点是什么? 1.在这三次情况下 重力做功关系? mg h A 2.WG=mgh 3.可以引进重力势能的 概念 B C (二)静电力做功有什么特点? 1.将电荷q从A沿直线移至B: B E A ? F q+ M W = F·AB cosθ = q E·AM 2.将电荷q从A沿折线移至B: B E A ? q+ F F M 对AM: 对MB: W1 = q E ·AM W2 = 0 对全程: W = W1 + W2= q E·AM 3.将电荷q从A沿曲线移至B: B E q+ q + x2 F q+ F B FE A ? q+ F M q+ A X1 F M W3 = q E ·x3 W1 = q E ·x1 W2 = q E ·x2 ………… x1 + x2 + x3 +…=? W = W1 + W2 + W3 +… = q E·AM 4.将电荷q从A沿其它曲线移至B,静电力做功? W = q E·AM 5. 如果移动负电荷,1—4结论又如何? B B E F A+ ? F + q A ? - q M M 6. 静电力做功有什么特点? 在匀强电场中移动电荷时,静电力做的功 与电荷经过的路径无关,只与电荷的起始位置 和 终止位置有关。 即:与初、末两点在电场线上的距离有关。 + + + ++ + + + + + + + ++ + + + + + + + + + + + ++ + + + + + + + F – E + F – – – – – – – – – –– – – – –– – – – –– – – – – – – – – – – – – – – –– – – 如何增加或减小电势能? 重力势能的变化: v 沿着力的方向运动:势能减少 逆着力的方向运动:势能增加 同减反增 v G 势能减少 G 势能增加 讨论:下列电荷在电场中移动时,静电力做什么功? 电荷的电势能如何变化? E F +A - F E F + F A B B 若在电场中移动的是负电荷呢? 知识探究 1. 电荷由静止释放,将如何运动? 2.能否从能量的角度解释动能的增加? – + – + 静止 由于电荷间具有相互作用力,所以电荷 在力的作用下便会有运动的趋势,这种 趋势就是一种隐藏的能,叫电势能。 电势能 静止 二、电势能 1. 定义:电荷在静电场中也具有势能,这个势能叫做 静电势能,简称电势能,用符号EP表示。 2.静电力对电荷做正功(负功) ,电荷的电势能减少 (增加) WAB=-△EP=EPA-EPB 即:静电力做的功等于电势能变化量的相反数。 3.电势能具有相对性,电荷在某点的电势能,等于静电 力把它从该点移动到零势能位置时所做的功。 (通常把离场源无限远处或大地表面的电势能规定为零) 例1.如图,在场强E=103N/C的匀强电场中,点电荷 q=+1c从A移动到B,AB相距L=1m,静电力做功为多 少?电势能如何变化?若规定EPB=0,则EPA=?若规定 EPA=0,则EPB=? E A B q+ F 答案:W AB ? 10 J 3 EPA ? 10 J 3 电势能减少 EPB ? ?10 J 3 知识探究 1.若在AB两点间分别移动正、负电荷,请比较电荷电势能的变化。 2.若取B点的电势能为零,则A点的电势能为多少? E =qELCOSθ PA B L E 3.点电荷的电量为2q、 3q、 … 则A点的电势能为多少? 4.分析EPA/q一定吗? A ? q+ F M E PA / q =ELCOSθ 5.点电荷的电量为-q、-2q、 -3q、… 则A点的电势能为多少? 电势能与电量的比值为多少? 三、电势与电势差 1. 定义: 电荷在电场中某一点的电势能EP与它 的电荷量q的比值。 2. 公式: EP ?? q (计算时要代入正负号) 1 V = 1 J/C 3. 单位: 伏特(V) 4. 电势差:电场中两点电势的差值。 UAB=φ A-φ B=-UBA WAB UAB = q 对电场力做功与电势差关系的理解 WAB 正确理解电势差 UAB= q WAB (1).公式:UAB= q ,式中 UAB 为 A、B 两点间的电 势差,WAB 为 q 从初位置 A 运动到末位置 B 时静电 力做的功,计算时 W 与 U 的角标要对应。 (2).决定因素:由电场本身性质决定,与 WAB、q 无 关。 5.电势和电场强度的区别和联系 电势φ 物理意义 电场强度E 描述电场的力的性质 (1)电场中某点的场强等于放在 该点的点电荷所受到的电场力F 跟点电荷电荷量q的比值 (2)E=F/q,E在数值上等于单位 正电荷在该点所受到的静电力 描述电场的能的性质 (1)电场中某点的电势等于该点跟 选定的标准位置(零电势点)间的电 势差 (2)φ=Ep/q,φ在数值上等于单位正 电荷在电场中该点具有的电势能 大小 矢标性 单位 标量 V/m 矢量 N/C (1)电势沿着电场强度的方向降低 (2)大小之间不存在任何关系,电势为零的点,场强不一定为 联系 零;电势高的地方,场强不一定大;场强为零的地方,电势 不一定为零;场强大的地方,电势不一定高 特别提醒:当涉及φ、Ep、q三者关系的问题时,一 定要考虑三者的正负号问题。 6.电势和电势能的区别和联系 电势φ 电势能Ep 物理 反映电场的能的性质的物理 电荷在电场中某点所具有 意义 量 的电势能 电场中某一点的电势φ的大 电势能大小是由点电荷q 相关 小,只跟电场本身有关,跟 和该点电势φ共同决定的 因素 点电荷q无关 电势沿电场线逐渐下降,取 定零电势点后,某点的电势 大小 高于零者,为正值;某点的 电势低于零者,为负值 正点电荷(+q)电势能的正 负跟电势的正负相同;负 点电荷(-q)电势能的正负 跟电势的正负相反 7.电势与电势差的区别和联系 定义 区 别 决定 因素 相对 性 电势 φ 电势能与电量 Ep 比值:φ= q 由电场和在电 场中的位置决 定 有, 与零势能点 选取有关 电势差 U 电场力做功与电 W 量比值:U= q 由电场和场内两 点位置决定 无, 与零势能点选 取无关 7.电势与电势差的区别和联系 电势φ 数值关系 电势差U UAB=φA-φB,当φB=0时,UAB =φA 联 系 单位 标矢性 相同,均是伏特(V),常用还有 kV,mV等 都是标量,但均具有正负 物理意义 均是描述电场能的性质的物理量 例2. 试探电荷q1放在电场中的A点,电势能为EP(规定无 Ep 限远处电势能为零),A点的电势为________,若把试探 q1 电荷q1换成试探电荷q2放在电场中的A点,A点的电势 Ep 为___________ (仍规定无限远处电势能为零)。 q1 说明:电场中的电势由电场自身和零电势的 选取决定!与放入该点的电荷无关! 若现在不取无限远处电势能为零,A点 的电势还是 Ep 吗? q1 例3.将一电量为q=+2×10-6c的点电荷从电场外 一点P(零电势点)移至电场中某点A, 电场力做功 4×10-5J,求A点的电势。 解: 场外一点P的电势为: ? p ? 0 从P A,电场力做的功 EPA ? ?WPA ? ?4 ?10?5 J E AP 4 ?10?5 ?A ? ?? V ? ?20V ?6 q 2 ?10 提示:计算电势首先要规定零电势处,且电 势可以为负。 例4.将带电荷量为6×10-6C的负电荷从电场中的A点 移到B点,克服电场力做了3×10-5 J的功,再从B移 到C,电场力做了1.2×10-5 J的功,则 (1)电荷从A移到B,再从B移到C的过程中电势能共改 变了多少? (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?B点和C点的电势分别为多 少? 1. 电势具有相对性,确定电势,应先规定电场中 某处的电势为零。(通常规定离场源电荷无限 远处或大地的电势为零。) 2. 电势是标量,有正负,数值取决于零电势的 选取。(负电势表示该处的电势比零电势 处电势低。) 沿着电场线方向,电势将怎样变化? B E A ? F q+ M 0V 3V C 15V 18V A 5V 8V B —3V E 0V D 3.电场线指向电势降低的方向! 例5.把q1=4×10-9c的试探电荷放在电场中的A点, 具有6×10-8J的电势能,求A点的电势。 若把q2=2×10-10c的试探电荷放在电场中的A 点,电荷所具有的电势能是多少? 若把q3=-2×10-12c的试探电荷放在电场中的A 点,电荷所具有的电势能又是多少? 答案: EPA 6 ?10?8 ?A ? ? V ? 15(V ) ?9 q1 4 ?10 EPA1=2×10-10×15=3×10-9(J) EPA2=-2×10-12×15=-3×10-11(J) 四、等势面 ——电场中电势相等的点构成的曲面叫做等势面。 【约定】为了使等势面能够反映电 场的强弱,通常使相邻等势面之间 的电势差相等(这样的等势面叫做等 差等势面)。 等势面的性质: 1.沿着等势面移动电荷时,电场力所作的功为零。 2.在任何静电场中电场线与等势面是互相垂直的。 3.等势面越密(即间距越小)的区域,场强越大。 几 种 常 见 正点电荷的电场线和等势面 的 等 势 面 等量异种点电荷的电场线和等势面 等量同种点电荷的电场线和等势面 孤立带电体的电场线和等势面 课堂小结 1、电场力做功只与初、末两点在电场线、电势能: a.从做功的角度来看: 电场力做正功,电势能减少; WAB=-△EP=EPA电场力做负功,电势能增加。 E PB b.从电荷的移动方向上来看: 正电荷 负电荷 电场力做负功 顺着电场线移动 电场力做正功 电势能减少 电势能增加 顺着电场线、电势与电势差: a、零电势点的选择可以是任意的。 b、电势的高低是相对的,两点之间的电势差是 一定的,与零电势点的选取无关。 c、电势的正负表示与零电势点的电势相比是高还是低。 d、沿电场线的方向,电势越来越低。 4、等势面: ⑴.沿着等势面移动电荷时,电场力所作的功为零。 ⑵.在任何静电场中电场线与等势面是互相垂直的。 ⑶.等势面越密(即间距越小)的区域,场强越大。 巩固练习 1、判断题(并简要说明理由。) ⑴、电荷沿电场线方向移动时,其电势能一定减 小。( ) ⑵、检验电荷在电场中某点所受的电场力很大时, 它在该点具有的电势能也一定大。( ) ⑶、把两个异号电荷靠近时,电荷电势能增大。 ( ) ⑷、电荷在电场中移动时,若电场力对电荷做正 功,电荷的电势能一定减小.( ) 2、图为电场中的一条电场线,A、B为这条电场 线上的两点,则( B ) A、B点的场强一定比A点的小 B、B点的电势一定比A点的低 C、将电荷从A点移到B点,电荷的电势能一定减 小 D、A点的正电荷在只受电场力作用下一定沿电 场线、下列说法正确的是( AD ) A、在等势面上移动电荷,电场力总是不做功 B、电荷从A点移到B点,电场力做功为零,则电 荷一定是沿等势面移动的 C、在同一个等势面上的各点,场强的大小必然 是相等的 D、电场线总是从电势高的等势面指向电势低的 等势面 4、在电场线上有A、B、C三点,设C点接地, 将1C的正电荷由C移到A点,电场力做功为5J; 再将该电荷由A移到B,电场力做功为-8J, 求? 、? 分别是多大? A B 5. 如图所示,在同一条电场线上有A、B、C 三 点,将q=-6×10-6c的点电荷由A点移动到B点,电 场力做什么功?做多少功?电势能变化了多少? 在将该电荷由B点移到C点,电场力做什么功?做 多少功?电势能变化了多少? A ? A ? 5V C ?C ? 2V B ?B ? 0

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