1、第四節(jié)電勢(shì)能和電勢(shì),第一章 靜電場(chǎng),學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.知道靜電力做功的特點(diǎn)，掌握靜電力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系 2理解電勢(shì)能、電勢(shì)的概念，知道參考點(diǎn)的選取原則 3知道什么是等勢(shì)面，并能理解等勢(shì)面的特點(diǎn),第一章 靜電場(chǎng),一、靜電力做功的特點(diǎn) 在電場(chǎng)中把點(diǎn)電荷q從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)，不管走什么路徑，靜 電力所做的功都相同說(shuō)明靜電力做功與電荷經(jīng)過(guò)的_無(wú)關(guān)，與電荷的_位置和_位置有關(guān)(如圖所示),路徑,起始,終止,電場(chǎng),減少量,EpAEpB,減少,增加,二、電勢(shì)能 1概念：電荷在_中具有的勢(shì)能,3電勢(shì)能的確定 (1)先確定零電勢(shì)能位置 (2)通常把電荷在離場(chǎng)源電荷_的電勢(shì)能規(guī)定為零,或把電荷在大地表面上的電勢(shì)能

2、規(guī)定為零，電荷在某點(diǎn)的電勢(shì)能，等于靜電力把它從該點(diǎn)移動(dòng)到_位置時(shí)所做的功電勢(shì)能是相對(duì)的 想一想1.當(dāng)正電荷順著電場(chǎng)線運(yùn)動(dòng)時(shí)，電勢(shì)能是增加還是減少？當(dāng)負(fù)電荷順著電場(chǎng)線運(yùn)動(dòng)時(shí)呢？ 提示：正電荷順著電場(chǎng)線運(yùn)動(dòng)時(shí)，電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減 少；負(fù)電荷順著電場(chǎng)線運(yùn)動(dòng)時(shí)，電場(chǎng)力做負(fù)功,電勢(shì)能增加.,無(wú)限遠(yuǎn)處,零勢(shì)能,三、電勢(shì) 1概念：電荷在電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電勢(shì)能與它的電荷量的_ 3相對(duì)性：電勢(shì)也是相對(duì)的，常取離場(chǎng)源電荷無(wú)限遠(yuǎn)處的電勢(shì)為零，大地的電勢(shì)為零，電勢(shì)可以是正值，也可以是負(fù)值,沒(méi)有方向，因此是_ 4與電場(chǎng)線關(guān)系：沿電場(chǎng)線的方向電勢(shì)_,比值,伏特,V,標(biāo)量,降低,2公式和單位：電勢(shì)的定義公式為_(kāi)，單位是_

3、，符號(hào)是_.,想一想2.電荷處在電場(chǎng)中，在電勢(shì)越高的位置電勢(shì)能越大嗎？ 提示：不一定.正電荷在電勢(shì)越高處電勢(shì)能越大，負(fù)電荷在電勢(shì)越高處電勢(shì)能越小. 四、等勢(shì)面 1定義：電場(chǎng)中電勢(shì)相等的各點(diǎn)構(gòu)成的面 2特點(diǎn) (1)等勢(shì)面一定跟電場(chǎng)線_，即跟場(chǎng)強(qiáng)方向垂直 (2)電場(chǎng)線總是由電勢(shì)高的等勢(shì)面指向電勢(shì)低的等勢(shì)面，兩個(gè)不同的等勢(shì)面_,垂直,永不相交,(3)兩個(gè)等勢(shì)面間的電勢(shì)差是恒定的，但在非勻強(qiáng)電場(chǎng)中，兩個(gè)等勢(shì)面間的距離并不恒定，場(chǎng)強(qiáng)大的地方，兩等勢(shì)面間的距離小，場(chǎng)強(qiáng)小的地方，兩等勢(shì)面間的距離大 3應(yīng)用 (1)由等勢(shì)面可以判斷電場(chǎng)中各點(diǎn)電勢(shì)的高低及差別 (2)由等勢(shì)面可以判斷電荷在電場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)靜電力做功情

4、況. (3)已知等勢(shì)面的分布和其形狀,再根據(jù)電場(chǎng)線與等勢(shì)面相互垂直的特點(diǎn)，就能描繪出電場(chǎng)線的分布情況，確定電場(chǎng)的分布. 想一想3.電勢(shì)不相等的兩個(gè)等勢(shì)面能相交嗎？ 提示：不同等勢(shì)面電勢(shì)不相等，若兩等勢(shì)面相交，則在交點(diǎn)處電勢(shì)就有兩個(gè)值，這與實(shí)際相矛盾，所以?xún)傻葎?shì)面不相交.,電場(chǎng)力做功特點(diǎn)和做功正負(fù)的判斷,1對(duì)電場(chǎng)力做功特點(diǎn)的理解 (1)電場(chǎng)力對(duì)電荷所做的功，與電荷的初末位置有關(guān)，與電荷經(jīng)過(guò)的路徑無(wú)關(guān)該結(jié)論適用于任何靜電場(chǎng) (2)無(wú)論帶電體在電場(chǎng)中做直線運(yùn)動(dòng)還是做曲線運(yùn)動(dòng)，無(wú)論帶電體只受電場(chǎng)力作用還是受多個(gè)力作用，無(wú)論電場(chǎng)力做正功還是做負(fù)功，電場(chǎng)力做功的特點(diǎn)不變 2電場(chǎng)力做功正負(fù)的判斷 (1)根據(jù)

5、電場(chǎng)力和位移的方向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,夾角等于90，電場(chǎng)力不做功,(2)根據(jù)電場(chǎng)力和瞬時(shí)速度方向的夾角判斷夾角是銳角電場(chǎng)力做正功，夾角是鈍角電場(chǎng)力做負(fù)功，電場(chǎng)力和瞬時(shí)速度方向垂直時(shí)電場(chǎng)力不做功 (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，若電勢(shì)能不變，則電場(chǎng)力不做功 (4)若物體只受靜電力作用，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，若動(dòng)能不變，則電場(chǎng)力不做功 特別提醒：計(jì)算電場(chǎng)力的功時(shí)要注意電荷的電性，移動(dòng)的方 向，場(chǎng)強(qiáng)的方向等，以便正確確定功的正負(fù),(201

6、4蕪湖一中高二檢測(cè))如圖所示為方向向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)兩粒子M、N質(zhì)量相等，所帶電荷的絕對(duì)值也相等現(xiàn) 將M、N從O點(diǎn)以相同速度射出，兩粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡分別如圖中兩條曲線所示a、b、c為曲線上的三個(gè)點(diǎn)，其中b點(diǎn)與O點(diǎn)連線與電場(chǎng)線垂直若不計(jì)重力，則() AM帶負(fù)電荷，N帶正電荷 BM帶正電荷，N帶負(fù)電荷 CN在從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至a點(diǎn)的過(guò)程中克 服電場(chǎng)力做功 DM在從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至b點(diǎn)的過(guò)程中， 電場(chǎng)力對(duì)它做的功等于零,BD,思路探究(1)物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件是什么？ (2)判斷力做正、負(fù)功的方法是什么？ 解析根據(jù)兩粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡可判斷，M受向下的靜電力，N受向上的靜電力，分別與電場(chǎng)方向同向、反向,故M帶正電

7、，N帶負(fù)電，A錯(cuò)誤B正確N粒子從O到a，電場(chǎng)力與位移Oa的夾角小于90，做正功，C錯(cuò)誤；M粒子從O到b，電場(chǎng)力與位移Ob垂直，故電場(chǎng)力做功等于零，D正確故選BD.,帶電體只在電場(chǎng)力作用下的能量轉(zhuǎn)化規(guī)律 (1)從動(dòng)能定理角度考慮，帶電體動(dòng)能的變化量等于電場(chǎng)力對(duì)它做的功 (2)從電場(chǎng)力做功與帶電體的電勢(shì)能變化的關(guān)系考慮，帶電體的電勢(shì)能的減少量等于電場(chǎng)力對(duì)它做的功 (3)從能量守恒角度考慮，帶電體動(dòng)能的增加量等于它的電勢(shì)能的減少量,(2014廣州畢業(yè)班測(cè)試)如圖所示表示某靜 電場(chǎng)等勢(shì)面的分布，電荷量為1.6109 C 的正電荷從A經(jīng)B、C到達(dá)D點(diǎn)從A到D， 靜電力對(duì)電荷做的功為() A4.8108

8、J B4.8108 J C8.0108 J D8.0108 J 解析：靜電力做功與電荷運(yùn)動(dòng)的路徑無(wú)關(guān)，只與電荷的起始 位置和終止位置有關(guān)從A到D，靜電力對(duì)電荷做的功為W UADq(AD)q(4010)1.6109 J4.8108 J, A、C、D錯(cuò)誤，B正確,B,電勢(shì)能及其變化情況的判斷,1電勢(shì)能 (1)電勢(shì)能是由電場(chǎng)和電荷共同決定的，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 (2)電勢(shì)能是標(biāo)量，有正負(fù)但沒(méi)有方向，其正負(fù)表示大小 (3)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)先確定參考點(diǎn)，也就是零勢(shì)能點(diǎn)的位置 (4)電勢(shì)能和重力勢(shì)能很類(lèi)似，可作如下對(duì)比：,電場(chǎng)

9、中的電荷具有勢(shì)能電勢(shì)能,重力場(chǎng)中的物體具有勢(shì)能重力勢(shì)能,電場(chǎng)中同一位置上不同電量電荷的電勢(shì)能不同,重力場(chǎng)中同一位置上不同質(zhì)量物體的重力勢(shì)能不同,電場(chǎng)力做正功時(shí)，電勢(shì)能減少；電場(chǎng)力做負(fù)功時(shí)，電勢(shì)能增加,重力做正功時(shí)，重力勢(shì)能減少；重力做負(fù)功時(shí)，重力勢(shì)能增加,2電勢(shì)能增減的判斷方法 (1)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??；只要電場(chǎng)力做負(fù)功，電荷的電勢(shì)能一定增大 (2)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)電荷順著電場(chǎng)線的方向移動(dòng)時(shí)，電勢(shì)能逐漸增大；逆著電場(chǎng)線的方向移動(dòng)時(shí)，電勢(shì)能逐漸減小 (3)電勢(shì)判斷

10、法 由公式Epq，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,有一帶負(fù)電的點(diǎn)電荷，從電場(chǎng)中的A點(diǎn)移到B點(diǎn)時(shí)，克服電場(chǎng)力做功6104 J從B點(diǎn)移到C點(diǎn)，電場(chǎng)力做功9104 J，問(wèn)： (1)若以A點(diǎn)為零電勢(shì)能點(diǎn)，B、C兩點(diǎn)的電勢(shì)能各為多少？A、C間的電勢(shì)能之差為多少？ (2)若以B點(diǎn)為零電勢(shì)能點(diǎn)，A、C兩點(diǎn)的電勢(shì)能各為多少？A、C之間的電勢(shì)能之差為多少？ 思路探究電勢(shì)能變化與電場(chǎng)力做功的關(guān)系是什么？,解析(1)以A點(diǎn)為零電勢(shì)能點(diǎn)，則EpA0，由電勢(shì)能的變化與電場(chǎng)力做功的關(guān)系得： AB：WABEpAEpB EpBEpAWAB0(6104) J6104 J BC：WBCEpBEpC E

11、pCEpBWBC6104 J9104 J3104 J A、C兩點(diǎn)的電勢(shì)能之差： EpEpAEpC0(3104) J3104 J.,(2)以B點(diǎn)為零電勢(shì)能點(diǎn)，則EpB0 AB：由式得： EpAWABEpB6104 J06104 J BC：由式得： EpCEpBWBC09104 J9104 J A、C兩點(diǎn)的電勢(shì)能之差為： EpEpAEpB6104 J(9104) J 3104 J. 答案見(jiàn)解析,2(2013高考天津卷)兩個(gè)帶等量正電的點(diǎn)電荷，固定在圖中P、Q兩點(diǎn)，MN為PQ連線的中垂線，交PQ于O點(diǎn)，A為MN上的一點(diǎn)一帶負(fù)電的試探電荷q，從A由靜止釋放，只在靜電力作用下運(yùn)動(dòng)，取無(wú)限遠(yuǎn)處的電勢(shì)為零，

12、則() Aq由A向O的運(yùn)動(dòng)是勻加速直線運(yùn)動(dòng) Bq由A向O運(yùn)動(dòng)的過(guò)程電勢(shì)能逐漸減小 Cq運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能最大 Dq運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)時(shí)的電勢(shì)能為零,BC,解析：由A向O的電場(chǎng)強(qiáng)度改變，加速度改變，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；q由A向O運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，電場(chǎng)力始終做正功，過(guò)O點(diǎn)后電場(chǎng)力做負(fù)功，選項(xiàng)B、C均正確；無(wú)窮遠(yuǎn)處電勢(shì)能為零，O點(diǎn)時(shí)電勢(shì)能為負(fù)值，選項(xiàng)D錯(cuò)誤,對(duì)電勢(shì)的理解和電勢(shì)高低的判斷,1對(duì)電勢(shì)概念的理解 (1)電勢(shì)的相對(duì)性 電勢(shì)是相對(duì)的，只有先確定了零電勢(shì)點(diǎn)的位置，才能確定其他點(diǎn)的電勢(shì) 電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)跟零電勢(shì)位置的選擇有關(guān) 實(shí)際問(wèn)題中,常選取無(wú)限遠(yuǎn)處電勢(shì)為零,或取大地電勢(shì)為零. (2)電勢(shì)的固有性 電勢(shì)是表示電場(chǎng)能量

13、屬性的一個(gè)物理量，電場(chǎng)中某點(diǎn)處的大小是由電場(chǎng)本身的條件決定的,與在該點(diǎn)處是否放著電荷、電荷的電性、電荷量均無(wú)關(guān),(3)電勢(shì)的矢標(biāo)性 電勢(shì)是標(biāo)量，只有大小，沒(méi)有方向 電勢(shì)有正、負(fù)，正值表示該點(diǎn)電勢(shì)比零電勢(shì)高，負(fù)值表示該點(diǎn)電勢(shì)比零電勢(shì)低 當(dāng)規(guī)定了無(wú)限遠(yuǎn)處電勢(shì)為零時(shí)，正電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)中各點(diǎn)的電勢(shì)均為正值，且越靠近正電荷的地方電勢(shì)越高負(fù)電荷形成的電場(chǎng)則相反,2電場(chǎng)中兩點(diǎn)電勢(shì)高低的判斷方法 (1)電場(chǎng)線法：沿電場(chǎng)線方向，電勢(shì)越來(lái)越低 (2)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 (3)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

14、，所在位置的電勢(shì)越高,3電勢(shì)與電場(chǎng)強(qiáng)度的比較,描述電場(chǎng)的能的性質(zhì),描述電場(chǎng)的力的性質(zhì),特別提醒:(1)電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)高低與該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小無(wú)關(guān). (2)沿電場(chǎng)線的方向電勢(shì)降低，電勢(shì)降低最快的方向沿電場(chǎng)線的方向,某靜電場(chǎng)的電場(chǎng)線分布如圖所示,圖中P、Q兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小分別為EP和EQ，電勢(shì)分別為P和Q，則() AEPEQ，PQ BEPEQ，PQ DEPEQ.圖中，電場(chǎng)線的方向是由P指向Q，根據(jù)順著電場(chǎng)線的方向，電勢(shì)依次降落，有P點(diǎn)電勢(shì)大于Q點(diǎn)電勢(shì),A,沿場(chǎng)強(qiáng)方向電勢(shì)降低，但電勢(shì)降低的方向不一定是場(chǎng)強(qiáng)的方向,3將一正電荷從無(wú)窮遠(yuǎn)處移入電場(chǎng)中M點(diǎn)，電勢(shì)能減少了8.0109 J，若將另一等量的負(fù)電

15、荷從無(wú)窮遠(yuǎn)處移入電場(chǎng)中的 N點(diǎn)，電勢(shì)能增加了9.0109 J,則下列判斷正確的是() AMM0 CNN0,C,1幾種典型的電場(chǎng)的等勢(shì)面,對(duì)等勢(shì)面的認(rèn)識(shí),以點(diǎn)電荷為球心的一簇球面,兩簇對(duì)稱(chēng)的曲面，連線的中垂面為一等勢(shì)面,兩簇對(duì)稱(chēng)的曲面,垂直于電場(chǎng)線的一簇平面,不規(guī)則曲面,2.等勢(shì)面與電場(chǎng)線的區(qū)別與聯(lián)系,形象描述電場(chǎng)強(qiáng)度的強(qiáng)弱,形象描述電場(chǎng)中各點(diǎn)電勢(shì)的高低,從正電荷發(fā)出，終止于負(fù)電荷,電場(chǎng)中電勢(shì)相同的各點(diǎn)構(gòu)成的面,帶箭頭的不閉合的曲線，兩電場(chǎng)線不相交,可以閉合，也可以不閉合,不同等勢(shì)面不相交,曲線上某一點(diǎn)的切線方向?yàn)閳?chǎng)強(qiáng)方向，疏密表示場(chǎng)強(qiáng)大小,等勢(shì)面的垂線方向?yàn)閳?chǎng)強(qiáng)方向，等差等勢(shì)面的疏密表示場(chǎng)強(qiáng)大

16、小,電荷沿電場(chǎng)線移動(dòng)時(shí)電場(chǎng)力必做功,電荷沿等勢(shì)面移動(dòng)時(shí)電場(chǎng)力不做功,(1)沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低 (2)電場(chǎng)線與等勢(shì)面垂直,如圖所示，虛線同心圓是一簇某靜電場(chǎng)中的等勢(shì)面，其電勢(shì)分別是a、b和c，一帶正電粒子射入電場(chǎng)中，運(yùn) 動(dòng)軌跡如圖中實(shí)線KLMN所示由圖可知() A粒子從K到L的過(guò)程中，靜電力做負(fù)功， 電勢(shì)能增加 B粒子從L到M的過(guò)程中，靜電力做負(fù)功， 電勢(shì)能增加 Cabc Dabc 思路探究(1)如何由運(yùn)動(dòng)軌跡判斷受力方向？ (2)如何由等勢(shì)面判斷受力方向？,AD,解析由等勢(shì)面的分布規(guī)律可知，該電場(chǎng)為點(diǎn)電荷的電場(chǎng)由運(yùn)動(dòng)軌跡可知，運(yùn)動(dòng)的正電荷跟場(chǎng)源電荷的相互作用是排 斥，所以場(chǎng)源電荷是正電荷根據(jù)

17、電場(chǎng)線與等勢(shì)面垂直，電場(chǎng)的分布是發(fā)散狀輻射向外的正電荷從K到L受靜電力的方向背離圓心，與移動(dòng)方向夾角大于90，做負(fù)功，電荷的電勢(shì)能增加，選項(xiàng)A正確；從L到M，可看做從跟軌跡有交點(diǎn)的同一等勢(shì)面的點(diǎn)到M，受到的靜電力與移動(dòng)方向夾角小于90，靜電力做正功，電荷的電勢(shì)能減少，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；根據(jù)電場(chǎng)線的方向是電勢(shì)降低的方向可知選項(xiàng)D正確故選AD.,粒子在同一等勢(shì)面上的電勢(shì)能是相等的，從同一等勢(shì)面上的不同點(diǎn)移動(dòng)電荷到某一點(diǎn)，靜電力做功是相同的,4(2013高考上海卷)兩異種點(diǎn)電荷電場(chǎng)中的部分等勢(shì)面如圖所示，已知A點(diǎn)電勢(shì)高于B點(diǎn)電勢(shì)若位于a、b處點(diǎn)電荷的電荷量大小分別為qa和qb，則() Aa處為正電荷，qaqb Ca處為負(fù)電荷，qaqb 解析：根據(jù)A點(diǎn)電勢(shì)高于B點(diǎn)電勢(shì)可知，a處為正電荷，由于等勢(shì)面密集處靠近b電荷，故qaqb，選項(xiàng)B正確,B,方法技巧等量點(diǎn)電荷的連線及其中垂線上電勢(shì)變化的規(guī)律 1等量正點(diǎn)電荷(如圖甲)：連線上中點(diǎn)O的電勢(shì)最低，在中垂線上O點(diǎn)的電勢(shì)卻最高，從中點(diǎn)沿中垂線向兩側(cè)，電勢(shì)逐漸降低，連線上A、A和中垂線上B、B對(duì)稱(chēng)等勢(shì) 2等量負(fù)點(diǎn)電荷：連線上中點(diǎn)的電勢(shì)最高，中垂線上該點(diǎn)的電勢(shì)最低