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文本内容:
2019-2020年高中物理
1.4电势能和电势教案新人教版选修3-1【教学目标】
1、理解静电力做功的特点、电势能的概念、电势能与电场力做功的关系
2、理解电势的概念,知道电势是描述电场的能的性质的物理量
3、明确电势能、电势、静电力的功、电势能的关系
4、了解电势与电场线的关系,等势面的意义及与电场线的关系重点理解掌握电势能、电势、等势面的概念及意义难点掌握电势能与做功的关系,并能用此解决相关问题【自主预习】
一、静电力做功的特点
二、电势能
1、静电力做负功,
2、静电力做正功,
3、在正电荷产生的电场中正电荷在任意一点具有的电势能都为,负电荷在任一点具有的电势能都为
4、在负电荷产生的电场中正电荷在任意一点具有的电势能都为,负电荷在任意一点具有的电势能都为
5、电荷在电场中某一点A具有的电势能EP等于将该点电荷由A点移到电场力所做的功W即EP=W
6、若要确定电荷在电场中的电势能,应先规定的零位置
三、电势
1、电势表征的重要物理量度
2、定义
3、单位
4、公式
5、电势与电场线的关系
6、零电势位置的规定
四、等势面
1、定义
2、等势面的性质
①在同一等势面上各点电势,所以在同一等势面上移动电荷,电场力功
②电场线跟等势面一定,并且由电势的等势面指向电势的等势面
③等势面越密,电场强度
④等势面不,不
3、等势面的用途【典型例题】
一、电势能【例1】下列关于电荷的电势能的说法正确的是 A.电荷在电场强度大的地方,电势能一定大B.电荷在电场强度为零的地方,电势能一定为零C.只在静电力的作用下,电荷的电势能一定减少D.只在静电力的作用下,电荷的电势能可能增加,也可能减少
二、判断电势的高低【例2】在静电场中,把一个电荷量为q=
2.0×10-5C的负电荷由M点移到N点,静电力做功
6.0×10-4J,由N点移到P点,静电力做负功
1.0×10-3J,则M、N、P三点电势高低关系是________.
三、静电力做功和电势能变化之间的关系【例3】如图1所示,把电荷量为-5×10-9C的电荷,从电场中的A点移到B点,其电势能__________选填“增加”、“减少”或“不变”;若A点的电势UA=15V,B点的电势UB=10V,则此过程中静电力做的功为________J.拓展探究如果把该电荷从B点移动到A点,电势能怎么变化?静电力做功的数值是多少?如果是一个正电荷从B点移动到A点,正电荷的带电荷量是5×10-9C,电势能怎么变化?静电力做功如何?
四、电场中的功能关系
①静电力做功是电荷电势能变化的量度,具体来讲,静电力对电荷做正功时,电荷的电势能减少;静电力对电荷做负功时,电荷的电势能增加,并且,电势能增加或减少的数值等于静电力做功的数值.
②电荷仅受静电力作用时,电荷的电势能与动能之和守恒.
③电荷仅受静电力和重力作用时,电荷的电势能与机械能之和守恒.【例4】空间存在竖直向上的匀强电场,质量为m的带正电的微粒水平射入电场中,微粒的运动轨迹如图2所示,在相等的时间间隔内 A.重力做的功相等B.静电力做的功相等C.静电力做的功大于重力做的功D.静电力做的功小于重力做的功.【课后练习】
1.有一电场的电场线如图所示,电场中A、B两点电场强度的大小和电势分别用EA、EB和φA、φB表示,则 A.EAEB,φAφBB.EAEB,φAφBC.EAEB,φAφBD.EAEB,φAφB2.有关电场,下列说法正确的是 A.某点的电场强度大,该点的电势一定高B.某点的电势高,检验电荷在该点的电势能一定大C.某点的场强为零,检验电荷在该点的电势能一定为零D.某点的电势为零,检验电荷在该点的电势能一定为零3.将一个电荷量为-2×10-8C的点电荷,从零电势点S移到M点要克服静电力做功4×10-8J,则M点电势φM=________V.若将该电荷从M点移到N点,静电力做功14×10-8J,则N点电势φN=________V,MN两点间的电势差UMN=________V.4.一点电荷仅受静电力作用,由A点无初速释放,先后经过电场中的B点和C点.点电荷在A、B、C三点的电势能分别用EA、EB、EC表示,则EA、EB和EC间的关系可能是 A.EAEBEC B.EAEBECC.EAECEBD.EAECEB5.如图3所示电场中A、B两点,则下列说法正确的是 A.电势φAφB,场强EAEBB.电势φAφB,场强EAEBC.将电荷+q从A点移到B点静电力做了正功D.将电荷-q分别放在A、B两点时具有的电势能EpAEpB6.如图4所示,某区域电场线左右对称分布,M、N为对称线上的两点.下列说法正确的是 A.M点电势一定高于N点电势B.M点场强一定大于N点场强C.正电荷在M点的电势能大于在N点的电势能D.将电子从M点移动到N点,静电力做正功7.两个带异种电荷的物体间的距离增大一些时 A.静电力做正功,电势能增加B.静电力做负功,电势能增加C.静电力做负功,电势能减少D.静电力做正功,电势能减少8.如图5所示,O为两个等量异种电荷连线的中点,P为连线中垂线上的一点,比较O、P两点的电势和场强大小 A.φO=φP,EOEPB.φO=φP,EO=EPC.φOφP,EO=EPD.φO=φP,EOEP9.在图6中虚线表示某一电场的等势面,现在用外力将负点电荷q从a点沿直线aOb匀速移动到b,图中cd为O点等势面的切线,则当电荷通过O点时外力的方向 A.平行于abB.平行于cdC.垂直于abD.垂直于cd
10.一根对称的“∧”型玻璃管置于竖直平面内,管所在的空间有竖直向上的匀强电场E.质量为m、带电荷量为+q的小球在管内从A点由静止开始沿管向上运动,且与管壁的动摩擦因数为μ,管AB长为l,小球在B端与管作用没有能量损失,管与水平面夹角为θ,如图9所示.求从A开始,小球运动的总路程是多少?.11.如图10所示,一绝缘细圆环半径为r,其环面固定在水平面上,场强为E的匀强电场与圆环平面平行,环上穿有一电荷量+q,质量为m的小球,可沿圆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.1求小环运动到A点的速度vA是多少?2当小球运动到与A点对称的B点时,小球对圆环在水平方向的作用力FB是多少?
1.4答案
1.答案 D解析 电荷的电势能与电场强度无直接关系,A、B错误;如果电荷的初速度为零,电荷只在静电力的作用下,做加速运动,电荷的电势能转化为动能,电势能减少,但如果电荷的初速度不为零,电荷可能在静电力的作用下,先做减速运动,这样静电力对电荷做负功,电荷的动能转化为电势能,电势能增加,所以C错误,D正确.
2.答案 φNφMφP解析首先画一条电场线如上图所示.在中间位置附近画一点作为M点.因为由M→N静电力做正功而负电荷所受静电力与场强方向相反,则可确定N点在M点左侧.由N→P静电力做负功,即沿着电场线移动,又因
1.0×10-3J
6.0×10-4J,所以肯定移过了M点,即P点位于M点右侧.这样,M、N、P三点电势的高低关系是φNφMφP.
3.
①解析 将电荷从电场中的A点移到B点,静电力做负功,其电势能增加;A点的电势能为EpA=qUA,B点的电势能为EpB=qUB,静电力做功等于电势能变化量的相反数,即W=EpA-EpB=-
2.5×10-8J.
②解析 如果把该电荷从B点移动到A点,静电力做正功,电势能减少.静电力做功为
2.5×10-8J;如果电荷的带电性质为正电荷,从B点移动到A点,静电力做负功,电势能增加了,静电力做负功,数值为-
2.5×10-8J
4.答案 C解析 根据微粒的运动轨迹可知静电力大于重力,故选项C正确.由于微粒做曲线运动,故在相等时间间隔内,微粒的位移不相等,故选项A、B错误.课后练习
1.答案 D
2.答案 D
3.答案 -2 5 -7解析 本题可以根据电势差和电势的定义式解决.由WSM=qUSM得USM==V=2V而USM=φS-φM,所以φM=φS-USM=0-2V=-2V由WMN=qUMN得UMN==V=-7V而UMN=φM-φN,所以φN=φM-UMN=[-2--7]V=5V
4.答案 AD解析 点电荷在仅受静电力作用的情况下,动能和电势能相互转化,动能最小时,电势能最大,故EA≥EB,EA≥EC,A、D正确.
5.答案 BC解析 场强是描述静电力的性质的物理量;电势是描述电场能的性质的物理量,二者无必然的联系.场强大的地方电势不一定大,电势大的地方,场强不一定大,另根据公式Ep=φq知,负电荷在电势低的地方电势能反而大.
6.答案 AC解析 由图示电场线的分布示意图可知,MN所在直线的电场线方向由M指向N,则M点电势一定高于N点电势;由于N点所在处电场线分布密,所以N点场强大于M点场强;正电荷在电势高处电势能大,故在M点电势能大于在N点电势能;电子从M点移动到N点,静电力做负功.综上所述,A、C选项正确.
7.答案 B解析 异种电荷之间是引力,距离增大时,引力做负功,电势能增加.8答案 A
9.答案 D10答案 解析 由题意知小球所受合力沿玻璃管斜向上,即qEsinθmgsinθ+Ff,小球所受管壁弹力垂直管壁向下,作出受力分析如右图所示.小球最终静止在“∧”形顶端,设小球运动的总路程为x,由动能定理知qElsinθ-mglsinθ-μqEcosθ-mgcosθx=0,解得x=
10.答案 AD
11.答案 1 26qE解析 1小球在A点时所受的静电力充当向心力,由牛顿第二定律得qE=解得vA=2在B点小球受力如右图所示,小球由A运动到B的过程中,根据动能定理qE·2r=在B点,FB、qE的合力充当向心力。