1、-1-4 4电势能和电势-2-目标导航知识梳理重难聚焦典例透析1.掌握静电力做功的特点及静电力做功与电势能变化的关系。2.理解电势能的概念,理解电势的概念3.知道电场线指向电势降低最快的方向。4.知道什么是等势面,理解在同一等势面上移动电荷时静电力不做功。5.知道电场线跟等势面垂直,并且由电势高的等势面指向电势低的等势面。6.通过类比的方法认识电场的能的性质,通过比较的方法区分电场强度E和电势。-3-目标导航知识梳理重难聚焦典例透析1.静电力做功的特点在匀强电场中移动电荷时,静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关,但与电荷经过的路径无关。这个结论在非匀强电场中同样适用。2.电势能(1)电势
2、能:电荷在电场中具有的势能叫作电势能。(2)静电力做的功与电势能变化的关系:静电力做的功等于电势能的减少量。若用WAB表示电荷从A点移动到B点的过程中静电力做的功,EpA和EpB分别表示电荷在A点和B点的电势能,公式表达为WAB=EpA-EpB。(3)电势能的大小:电荷在某点的电势能,等于把它从该点移动到零势能位置时静电力所做的功。(4)电势能零点的规定:通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为零,或把电荷在大地表面上的电势能规定为零。-4-目标导航知识梳理重难聚焦典例透析将某电荷在一电场中由A点移到B点,若选不同的点作零势能参考点,A点(或B点)电势能的大小相同吗?从A点到B点的移动过程
3、中电势能的变化相同吗?提示:由于电势能具有相对性,选择不同的点作零势能参考点,同一点A(或B)的电势能大小可能不相同,但在将某电荷从A移动到B的过程中,静电力做功相同,电势能的变化相同。-5-目标导航知识梳理重难聚焦典例透析3.电势(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,叫作这一点的电势。(3)物理意义:描述电场能的性质的物理量。(4)相对性:与电势能一样具有相对性,规定了零势点之后,才能确定电场中各点的电势。在物理学的理论研究中常取离场源电荷无限远处或大地表面上的电势为零。(5)标量:只有大小没有方向,但有正负值,比零点高为正值,比零点低为负值。(6)判断电势高低的方
4、法:电场线指向电势降低的方向。-6-目标导航知识梳理重难聚焦典例透析4.等势面(1)等势面:电场中电势相同的各点构成的面叫作等势面。在同一个等势面上移动电荷时静电力不做功。(2)等势面的特点:电场线跟等势面垂直,并且由电势高的等势面指向电势低的等势面。(3)等势面实例:孤立的点电荷电场的等势面是一族以点电荷位置为球心的同心球面,匀强电场的等势面是一族平行平面。-7-目标导航知识梳理重难聚焦典例透析1.静电力做功与重力做功的异同点-8-目标导航知识梳理重难聚焦典例透析特别提醒静电力做功和重力做功有很多相似特点,不过要注意,地球产生的重力场只会对物体产生引力,而电场对电场中的电荷既可产生引力,也可
5、产生斥力,所以计算静电力做功时要注意电荷的电性、移动的方向、电场强度的方向等,以便确定功的正负和电势能的变化情况。-9-目标导航知识梳理重难聚焦典例透析 2.对电势的理解(1)电势的特点电势的相对性:某点电势的大小是相对于零电势而言的,零电势选择的位置不同,则该点的电势就不同,零电势的选择是任意的,但通常选择地面和无穷远处为电势零点。电势的固有性:电场中某点的电势大小是由电场本身的条件决定的,与在该点是否放有试探电荷及所放电荷的电性无关。电势的标量性:规定了电势零点后,电场中各点的电势可以是正值,也可以是负值,正值表示该点的电势高于零电势,负值表示该点的电势低于零电势,在同一电场中,正电势一定
6、高于负电势。如果规定无穷远处为零电势,则正电荷产生的电场中各点的电势为正值,负电荷产生的电场中各点的电势为负值。正负只表示大小,不表示方向。-10-目标导航知识梳理重难聚焦典例透析(2)电势和电势能的区别和联系-11-目标导航知识梳理重难聚焦典例透析(3)电势和电场强度的关系-12-目标导航知识梳理重难聚焦典例透析特别提醒当涉及、Ep、q三者关系的问题时,一定要考虑三者的正负号问题。-13-目标导航知识梳理重难聚焦典例透析3.电势、电势能大小的判断方法(1)电势能大小的判断方法做功判断法:无论是哪种电荷,只要是电场力做了正功,电荷的电势能一定是减少的;只要是电场力做了负功(克服电场力做功),电
7、势能一定是增加的。电势判断法:正电荷在电势高的地方电势能大,负电荷在电势高的地方电势能小;正电荷在电势低的地方电势能小,负电荷在电势低的地方电势能大。特别提醒电荷的电势能是否变化,与静电力对电荷是否做功有关,跟其他力是否做功无关,即电势能的变化是通过静电力做功实现的。-14-目标导航知识梳理重难聚焦典例透析(2)电势高低的判断方法电势高低的判断有两种方法,一是依据电场线,二是根据移动电荷时静电力做功。利用电场线判断电势高低:沿电场线方向电势越来越低。根据只在静电力作用下电荷的移动情况来判断:只在静电力作用下,电荷由静止开始移动,正电荷总是由电势高的点移到电势低的点;负电荷总是由电势低的点移向电
8、势高的点。但它们都是由电势能高的点移向电势能低的点。移动正电荷静电力做正功时,电势能减少,则是从电势高处移到电势低处,做负功时相反;移动负电荷静电力做正功时,电势能减少,则是从电势低处移到电势高处,做负功时相反。(3)电势正负的判断若以无穷远处电势为零,则正电荷周围各点电势为正,负电荷周围各点电势为负。-15-目标导航知识梳理重难聚焦典例透析4.等势面的特点及应用(1)特点:在同一等势面上移动电荷时静电力不做功。电场线总是跟等势面垂直,且由电势较高的等势面指向电势较低的等势面;等势面可以是封闭的,也可以是不封闭的。在电场线密集的地方,等差等势面密集;在电场线稀疏的地方,等差等势面也稀疏,但等势
9、面不相交。(2)应用:由等差等势面的疏密程度判断电场的强弱。由等势面判断电场中各点电势的高低。由等势面判断在电场中移动电荷时静电力做功的情况。根据等势面的分布确定电场线的分布。-16-目标导航知识梳理重难聚焦典例透析类型一类型二类型三类型四类型五 电势、电势能的计算 【例1】如果把q=1.010-8 C的点电荷Q从无穷远处移到电场中的A点,需要克服静电力做功W=1.210-4 J,那么:(1)Q在A点的电势能和A点的电势各是多少?(2)Q在未移入电场前A点的电势是多少?点拨:由W=Ep-EpA,可计算出EpA,根据A点的电势能可求出A点的电势。-17-目标导航知识梳理重难聚焦典例透析类型一类型
10、二类型三类型四类型五答案:(1)1.210-4 J1.2104 V(2)1.2104 V解析:(1)静电力做负功,电势能增加,无穷远处的电势为零,电荷在无穷远处的电势能也为零,由静电力做功等于电势能的减少量,得W=Ep-EpA,因为Ep=0则EpA=-W=-(-1.210-4)J=1.210-4 J(2)A点的电势是由电场本身的性质决定的,跟A点是否有电荷存在无关,所以Q移入电场前,A点的电势仍为1.2104 V。题后反思(1)电势和电势能具有相对性,与零势能面的选择有关。-18-目标导航知识梳理重难聚焦典例透析类型一类型二类型三类型四类型五触类旁通例1中,若q=-1.010-8 C,则答案又
11、是什么?解析:电势能EpA=1.210-4 J答案:(1)1.210-4 J-1.2104 V(2)-1.2104 V-19-目标导航知识梳理重难聚焦典例透析类型一类型二类型三类型四类型五电势高低、电势能大小的判断【例2】如图所示,图中实线表示一匀强电场的电场线,一带负电荷的粒子射入电场,虚线是它的运动轨迹,A、B是轨迹上的两点,若粒子所受重力不计,则下列判断正确的是()A.电场线方向向下B.粒子一定从A点运动到B点C.A点电势比B点电势高D.粒子在A点的电势能大于在B点的电势能点拨:根据粒子的运动轨迹可确定粒子所受静电力方向,则可知电场线的方向,判断出电势高低,即可得电势能的大小。-20-目
12、标导航知识梳理重难聚焦典例透析类型一类型二类型三类型四类型五解析:无论粒子从A点还是从B点射入电场,由于运动轨迹向下弯曲,说明粒子受静电力方向向下,可判明电场线的方向向上而不是向下,A错误;粒子既可能从A点运动到B点,也可能从B点运动到A点,B错误;由于顺着电场线方向电势降低,故有AB,C错误;负电荷逆着电场线方向运动时电势能减小,顺着电场线方向运动时电势能增加,因而粒子在A点的电势能大于在B点的电势能,D正确。答案:D题后反思沿电场线方向电势越来越低,但电荷的电势能不一定减小,正电荷在电势低处电势能小,负电荷在电势低处电势能大。-21-目标导航知识梳理重难聚焦典例透析类型一类型二类型三类型四
13、类型五电场强度和电势的区别与联系【例3】如图所示,P、Q是带等量正电的点电荷,O是它们连线的中点,A、B是中垂线上的两点,OAbcD.abc点拨:根据运动轨迹可以判断场源电荷的性质,从而确定各等势面的电势高低,根据移动方向跟静电力方向的关系确定静电力做功的正负及电荷电势能的增减问题。-24-目标导航知识梳理重难聚焦典例透析类型一类型二类型四类型三类型五解析:由等势面的分布规律可知,该电场为点电荷的电场。由运动轨迹可知,运动的正电荷跟场源电荷的相互作用规律是排斥,所以场源电荷是正电荷。根据电场线与等势面垂直,电场的分布是发散状辐射向外的。正电荷从K到L受静电力的方向背离圆心,与移动方向相反,做负
14、功,电荷的电势能增加,选项A正确;从L到M,可看作从跟轨迹有交点的同一等势面的点到M,受到的静电力与移动方向相同,静电力做正功,电荷的电势能减少,选项B错误;根据电场线的方向就是电势降低的方向可知选项D正确。答案:AD题后反思粒子在同一等势面上的电势能是相等的,从同一等势面上的不同点移动电荷到某一点,静电力做功是相同的。-25-目标导航知识梳理重难聚焦典例透析类型一类型二类型三类型五类型四静电场中的动力学问题【例5】如图所示,半径为r的绝缘细圆环的环面固定在水平面上,电场强度为E的匀强电场与环面平行。一电荷量为+q、质量为m的小球穿在环上,可沿环做无摩擦的圆周运动,若小球经A点时,速度vA的方向恰与电场垂直,且圆环与小球间沿水平方向无力的作用,试计算:(1)速度vA的大小;(2)小球运动到与A点对称的B点时,对环在水平方向的作用力大小。点拨:本题是圆周运动的力电综合问题,解决问题的方法是作好两个分析,一是受力分析,二是运动分析,然后确定利用什么物理规律来求解。-26-目标导航知识梳理重难聚焦典例透析类型一类型二类型三类型五类型四-27-目标导航知识梳理重难聚焦典例透析类型一类型二类型三类型五类型四题后反思在A点,只有静电力充当向心力,不要误解为重力与静电力的合力充当向心力。从A点到B点,小球的运动是非匀速圆周运动,选择动能定理求解比较合适。
