《2022-2023學(xué)年高中物理 第一章 第4節(jié) 電勢能和電勢學(xué)案（含解析）新人教版選修3-1》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2022-2023學(xué)年高中物理 第一章 第4節(jié) 電勢能和電勢學(xué)案（含解析）新人教版選修3-1（12頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、2022-2023學(xué)年高中物理 第一章 第4節(jié) 電勢能和電勢學(xué)案（含解析）新人教版選修3-11.靜電力做功與路徑無關(guān)，只與電荷的初、末位置有關(guān)；靜電力做的功等于電勢能的減少量。2電荷在某點(diǎn)的電勢能，等于把它從該點(diǎn)移到零勢能位置時靜電力所做的功。3沿電場線方向，電勢逐漸降低。4電場線跟等勢面垂直，并且由電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面。5無論粒子電性如何，當(dāng)粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場后，電場力一定做正功。 一、靜電力做功的特點(diǎn)在靜電場中移動電荷時，靜電力做的功與電荷的起始位置和終止位置有關(guān)，與電荷經(jīng)過的路徑無關(guān)。二、電勢能 1概念電荷在靜電場中具有的勢能。用Ep表示。2靜電力做功與電勢能變化的關(guān)系靜電

2、力做的功等于電勢能的減少量，WABEpAEpB。3電勢能的大小電荷在某點(diǎn)的電勢能，等于把它從這點(diǎn)移動到零勢能位置時靜電力做的功。4零勢能位置電場中規(guī)定的電勢能為零的位置，通常把離場源電荷無窮遠(yuǎn)處或大地處的電勢能規(guī)定為零。三、電勢1定義：電荷在電場中某一點(diǎn)的電勢能與它的電荷量的比值。2公式：。3單位：國際單位制中，電勢的單位是伏特，符號是V,1 V1 J/C。4特點(diǎn)(1)相對性：電場中各點(diǎn)電勢的高低，與所選取的零電勢的位置有關(guān)，一般情況下取無窮遠(yuǎn)或地球?yàn)榱汶妱菸恢谩?2)標(biāo)矢性：電勢是標(biāo)量，只有大小，沒有方向，但有正負(fù)。5與電場線關(guān)系：沿電場線方向電勢逐漸降低。四、等勢面1定義電場中電勢大小相同

3、的各點(diǎn)構(gòu)成的面叫做等勢面。2等勢面與電場線的關(guān)系(1)電場線跟等勢面垂直。(2)電場線由電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面。1自主思考判一判(1)只要電荷在電場中移動，電場力一定做功。()(2)電場力做功與重力做功類似，與初末位置有關(guān)，與路徑無關(guān)。()(3)電勢有正、負(fù)，是矢量。()(4)在勻強(qiáng)電場中沿電場線方向，電勢降低最快。()(5)等勢面上，不僅各點(diǎn)電勢相同，電場強(qiáng)度也一定相同。()(6)電勢能是相對的，規(guī)定不同的零勢能點(diǎn)，電荷在電場中某點(diǎn)的電勢能不同。()2合作探究議一議(1)一電荷在某電場中運(yùn)動了一周又回到出發(fā)點(diǎn)，電場力對該電荷做功嗎？提示：不做功。由功的定義式可知，電荷運(yùn)動一周位移為

4、0，故電場力一定不做功。(2)電勢能與重力勢能類似，也有正負(fù)，其正負(fù)有何意義？提示：電勢能為正值時，表明電荷在該處電勢能大于零；當(dāng)電勢能為負(fù)值時，表明電荷在該處電勢能比零小。(3)為何說當(dāng)電荷沿等勢面移動時，電場力不做功？提示：由于電場線與等勢面垂直，即電荷所受的電場力與等勢面垂直，即當(dāng)電荷沿等勢面移動時，電場力方向始終與速度方向垂直，電場力不做功。 對電場力做功的理解1勻強(qiáng)電場中電場力做功的計算WqELcos ，其中為電場力與位移間夾角。2電場力做功的正負(fù)判斷(1)根據(jù)電場力和位移方向的夾角判斷：夾角為銳角，電場力做正功；夾角為鈍角，電場力做負(fù)功；電場力和位移方向垂直時不做功。此法常用于勻強(qiáng)

5、電場中恒定電場力做功情況的判斷。(2)根據(jù)電場力和瞬時速度方向的夾角判斷：夾角為銳角時，電場力做正功；夾角為鈍角時，電場力做負(fù)功；電場力和瞬時速度方向垂直時不做功。此法常用于判斷曲線運(yùn)動中變化電場力的做功情況。(3)根據(jù)電勢能的變化情況判斷：若電勢能增加，則電場力做負(fù)功；若電勢能減小，則電場力做正功。(4)若物體只受電場力作用，可根據(jù)動能的變化情況判斷：若物體的動能增加，則電場力做正功；若物體的動能減少，則電場力做負(fù)功。1如圖所示，在勻強(qiáng)電場中有A、B兩點(diǎn)，將一電荷量為q的正電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，第一次沿直線AB移動該電荷，電場力做功為W1；第二次沿路徑ACB移動該電荷，電場力做功為W2；第三次

6、沿曲線AB移動該電荷，電場力做功為W3，則()AW1W2BW3W2CW1W3DW1W3解析：選C電場力做功只與開始和結(jié)束位置有關(guān)，與路徑無關(guān)。因此選項(xiàng)C正確。2兩帶電小球，電荷量分別為q和q，固定在一長度為l的絕緣細(xì)桿的兩端，置于電場強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場中，桿與場強(qiáng)方向平行，其位置如圖所示。若此桿繞過O點(diǎn)垂直于桿的軸線轉(zhuǎn)過180，則在此轉(zhuǎn)動過程中電場力做的功為()A0BqElC2qElDqEl解析：選C電場力對兩小球均做正功，大小與路徑無關(guān)，對每個小球做的功為qEl，共為2qEl，故C正確。3如圖，光滑絕緣水平面上相距3L的A、B兩點(diǎn)分別固定正點(diǎn)電荷Q1與Q2，與B點(diǎn)相距L的C點(diǎn)為連線上電勢最低

7、處。若可視為質(zhì)點(diǎn)的滑塊在BC中點(diǎn)D處，以初速度v0水平向右運(yùn)動，且始終在A、B之間運(yùn)動。已知滑塊的質(zhì)量為m、帶電量為q，則()A滑塊從D向B的運(yùn)動過程中，電場力先做正功后做負(fù)功B滑塊沿BA方向運(yùn)動過程中，電勢能先增加后減小CA、B之間，場強(qiáng)為零的地方應(yīng)該有兩處D兩點(diǎn)電荷的電量之比為Q1Q241解析：選D沿電場強(qiáng)度的方向電勢降低，C點(diǎn)電勢最低，則C點(diǎn)電場強(qiáng)度為零，由kk得Q1Q241，D正確；滑塊從D向B的運(yùn)動過程中，電場力一直做負(fù)功，從B向A的運(yùn)動過程，則先做正功后做負(fù)功，電勢能先減小后增加，A、B之間場強(qiáng)為零的地方只有C點(diǎn)一處，選項(xiàng)A、B、C錯誤。3如圖所示的勻強(qiáng)電場中，有a、b、c三點(diǎn)，a

8、b5 cm，bc12 cm，其中ab沿電場方向，bc和電場方向成60角，一個電荷量為q4108 C的正電荷從a移到b時電場力做的功為W11.2107 J，求：(1)勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度E的大??；(2)電荷從b移到c，電場力做的功W2。解析：(1)從a到b正電荷受到的電場力F1qE電場力做的功W1F1dabqEdab所以E V/m60 V/m。(2)把電荷從b移到c，電場力做的功W2qEdbccos 60410860121020.5 J1.44107 J。答案：(1)60 V/m(2)1.44107 J對電勢能的理解1電勢能的特性系統(tǒng)性電勢能是由電場和電荷共同決定的，是屬于電荷和電場所共有的，我們

9、習(xí)慣上說成電荷的電勢能相對性電勢能是相對的，其大小與選定的參考點(diǎn)有關(guān)。確定電荷的電勢能，首先應(yīng)確定參考點(diǎn)，也就是零勢能點(diǎn)的位置標(biāo)量性電勢能是標(biāo)量，有正負(fù)但沒有方向。電勢能為正值表示電勢能大于參考點(diǎn)的電勢能，電勢能為負(fù)值表示電勢能小于參考點(diǎn)的電勢能2電勢能增減的判斷方法做功判斷法無論正、負(fù)電荷，只要電場力做正功，電荷的電勢能一定減??；反之，做負(fù)功則增大電場線判斷法正電荷順著電場線的方向移動時，電勢能逐漸減小；逆著電場線的方向移動時，電勢能逐漸增大。負(fù)電荷的情況正好相反電勢判斷法由公式Epq知，正電荷在電勢高的地方電勢能大，負(fù)電荷在電勢高的地方電勢能小典例將帶電量為6106 C的負(fù)電荷從電場中的A

10、點(diǎn)移到B點(diǎn)，克服電場力做了3105 J的功，再從B點(diǎn)移到C點(diǎn)，電場力做了1.2105 J的功，則(1)電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，再從B點(diǎn)移到C點(diǎn)的過程中電勢能共改變了多少？(2)如果規(guī)定A點(diǎn)的電勢能為零，則該電荷在B點(diǎn)和C點(diǎn)的電勢能分別為多少？思路點(diǎn)撥(1)電勢能的改變量對應(yīng)電場力做功。(2)電荷在某點(diǎn)具有的電勢能與零電勢能的選取有關(guān)，同時注意電勢能的正負(fù)。解析(1)由題意可知，WAB3105 JWBC1.2105 J所以電荷從A點(diǎn)到C點(diǎn)的全過程中電場力做功WACWABWBC1.8105 J故此過程電荷的電勢能增加了1.8105 J。(2)由WABEpAEpB可得：EpB3105 J由WACEpAE

11、pC可得：EpC1.8105 J。答案(1)增加了1.8105 J(2)3105 J1.8105 J電場力做功與電勢能的聯(lián)系(1)電勢能的高低與零電勢能點(diǎn)的選取有關(guān)，電勢能的變化與零電勢能點(diǎn)的選取無關(guān)。(2)電勢能與靜電力做功的關(guān)系是求電勢能變化或靜電力做功的重要理論依據(jù)。 1如圖所示，有一帶電的微粒，在電場力的作用下沿曲線從M點(diǎn)運(yùn)動到N點(diǎn)，則微粒()A帶負(fù)電，電勢能增加B帶負(fù)電，電勢能減少C帶正電，電勢能增加D帶正電，電勢能減少解析：選D由帶電微粒運(yùn)動的徑跡可以看出帶電微粒受到的電場力指向徑跡凹側(cè)，即與電場方向相同，故帶電微粒帶正電，選項(xiàng)A、B錯誤；電場力對帶電微粒做正功，微粒電勢能減少，選

12、項(xiàng)C錯誤，D正確。2下列說法正確的是()A電荷放在電勢高的地方，電勢能就大B正電荷在電場中某點(diǎn)的電勢能一定大于負(fù)電荷在該點(diǎn)具有的電勢能C電場強(qiáng)度為零的點(diǎn)，電勢一定為零D無論移動正電荷還是負(fù)電荷，若克服電場力做功它的電勢能都增大解析：選D正電荷放在電勢高的地方，電勢能就大，而負(fù)電荷放在電勢高的地方，電勢能就小，故A錯誤。電荷的電勢能與電荷的電性和電勢的正負(fù)有關(guān)，正電荷在電場中電勢為負(fù)值的某點(diǎn)的電勢能，小于負(fù)電荷在該點(diǎn)具有的電勢能，故B錯誤。電場強(qiáng)度與電勢無關(guān)，電場強(qiáng)度為零的點(diǎn)，電勢不一定為零，故C錯誤。只要電荷克服電場力做功，根據(jù)功能關(guān)系可知，它的電勢能都增大，故D正確。3在如圖所示的勻強(qiáng)電場中

13、，有A、B兩點(diǎn)，且A、B兩點(diǎn)間的距離為x0.20 m，已知AB連線與電場線夾角為60，今把一電荷量q2108 C的檢驗(yàn)電荷放入該勻強(qiáng)電場中，其受到的電場力的大小為F4.0104 N，方向水平向左。求：(1)電場強(qiáng)度E的大小和方向；(2)若把該檢驗(yàn)電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電勢能變化了多少；(3)若A點(diǎn)為零電勢點(diǎn)，檢驗(yàn)電荷在B點(diǎn)電勢能為多少。解析：(1)電場強(qiáng)度E的大小為E2104 N/C，方向水平向右。(2)檢驗(yàn)電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)電場力做負(fù)功WABFxcos 4.01040.2cos 60 J4.0105 J由電場力做功與電勢能變化關(guān)系得，電勢能增加了4105 J。(3)檢驗(yàn)電荷在A點(diǎn)的電勢能為0，

14、檢驗(yàn)電荷從A點(diǎn)到B點(diǎn)電勢能增加了4105 J，故檢驗(yàn)電荷在B點(diǎn)的電勢能為4105 J。答案：(1)2104 N/C方向水平向右(2)電勢能增加了4105 J(3)4105 J對電勢和等勢面的理解1電勢的特點(diǎn)(1)電勢具有相對性：電勢是相對的，電場中某點(diǎn)的電勢值與零電勢點(diǎn)的選取有關(guān)。通常將離場源電荷無窮遠(yuǎn)處，或是地球表面選為零電勢點(diǎn)。(2)電勢是標(biāo)量：電勢是只有大小、沒有方向的物理量，在規(guī)定了電勢零點(diǎn)后，電場中各點(diǎn)的電勢可能是正值，也可能是負(fù)值。正值表示該點(diǎn)的電勢高于零電勢；負(fù)值表示該點(diǎn)的電勢低于零電勢。顯然，電勢的正負(fù)只表示大小，不表示方向。2電勢高低的判斷方法電場線法沿電場線方向，電勢越來越

15、低場源電荷判斷法離場源正電荷越近的點(diǎn)，電勢越高；離場源負(fù)電荷越近的點(diǎn)，電勢越低電勢能判斷法對于正電荷，電勢能越大，所在位置的電勢越高；對于負(fù)電荷，電勢能越小，所在位置的電勢越高3等勢面的特點(diǎn)(1)等勢面是為描述電場而假想的面。(2)在電場線密集的地方，等差等勢面密集；在電場線稀疏的地方，等差等勢面稀疏。(3)電場線總是和等勢面垂直，且從電勢較高的等勢面指向電勢較低的等勢面。(4)等勢面的分布與零電勢點(diǎn)的選取無關(guān)。(5)在空間中兩等勢面不相交。(6)在等勢面內(nèi)移動電荷，電場力不做功。1一帶電粒子沿著圖中曲線JK穿過一勻強(qiáng)電場，a、b、c、d為該電場的等勢面，其中abcEb，Ebb，cbC沿cba

16、路徑移動質(zhì)子與電子，電荷的電勢能改變是一樣的D沿bc直線方向射入的電子一定做直線運(yùn)動解析：選D根據(jù)電場線的疏密表示電場強(qiáng)度的相對大小，可知EaEbEc，故A錯誤；沿著電場線方向電勢是降低的，同一等勢面上各點(diǎn)的電勢相等，則知cba，故B錯誤；沿cba路徑移動質(zhì)子與電子，根據(jù)公式WqU，知由于電子與質(zhì)子的電性相反，電場力對質(zhì)子做正功，質(zhì)子的電勢能減小，對電子做負(fù)功，電子的電勢能增大，故C錯誤；沿bc直線方向射入的電子，所受的電場力沿bc方向，電子做直線運(yùn)動，故D正確。11如果把q1.0108 C的電荷從無限遠(yuǎn)處移到電場中的A點(diǎn)，靜電力做功W1.2104 J，那么：(1)q在A點(diǎn)的電勢能和A點(diǎn)的電勢

17、各是多少？(2)q在移入電場前，A點(diǎn)的電勢是多少？解析：(1)靜電力做負(fù)功，電勢能增加，無限遠(yuǎn)處的電勢為0，電荷在無限遠(yuǎn)處的電勢能也為0，電勢能的變化量等于靜電力所做的功，即WEpEpA0EpA，所以EpAW1.2104 J，A V1.2104 V。(2)A點(diǎn)的電勢是由電場本身決定的，跟A點(diǎn)是否有電荷存在無關(guān)，所以q在移入電場前，A點(diǎn)的電勢仍為1.2104 V。答案：(1)1.2104 J1.2104 V(2)1.2104 V12.如圖所示，勻強(qiáng)電場的電場線與AC平行，把108 C的負(fù)電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，靜電力做功6108 J，AB長6 cm，AB與AC成60角。求：(1)勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)方向；(2)設(shè)B處電勢為1 V，則A處電勢為多少？電子在A處的電勢能為多少？解析：(1)將負(fù)電荷從A點(diǎn)移至B點(diǎn)，靜電力做正功，所以電荷所受靜電力方向沿A至C。又因?yàn)槭秦?fù)電荷，場強(qiáng)方向與負(fù)電荷受力方向相反，所以場強(qiáng)方向由C指向A。(2)由WABEpAEpBq(AB)得ABV5 V則電子在A點(diǎn)的電勢能為EpAqA(e)(5 V)5 eV。答案：(1)由C指向A(2)5 V5 eV