高中物理选修3-1第3讲　.doc

第3讲电势能和电势电势差一、电势能1电荷在电场中具有的与电荷位置有关的能量叫电荷的电势能2单位： _.3矢标性： _.4电场力做功与电势能的关系： 电场力对电荷做正功，电荷的电势能_，做功量等于_；电场对电荷做负功，电荷的电势能_，做功量等于_即WE，类比于WGEp.二、电势1定义： 电势实质上是和标准位置的电势差即电场中某点的电势，在数值上等于把_从某点移到_(零电势点)时电场力所做的功2定义式： AUA_.3单位： _.4矢标性： _，但有正负，电势的正负表示该点电势比零势点高还是低三、电势差UAB1定义： 电荷在电场中，由一点A移动到另一点B时，_所做的功与_电荷量的比值，叫做A、B两点间的电势差，用UAB表示2定义式： UAB_.3单位： _.4矢标性： _，但有正负，正负表示电势的高低四、等势面1定义： 电场中_的点构成的面叫做等势面2等势面的特点(1)等势面一定跟电场线_；(2)电场线总是从_的等势面指向_的等势面；(3)任意两等势面都不会相交；(4)电荷在同一等势面上移动，电场力做的功为.(5)电场强度较大的地方，等差的等势面较密电势能电势等势面1电势高低的判断判断角度判断方法依据电场线方向沿电场线方向电势逐渐降低依据电场力做功根据UAB，将WAB、q的正负号代入，由UAB的正负判断A、B的高低2电势能大小的判断判断角度判断方法做功判断法电场力做正功，电势能减小电场力做负功，电势能增加公式法将电荷量、电势连同正负号一起代入公式Epq，正Ep的绝对值越大，电势能越大；负Ep的绝对值越大，电势能越小【典型例题1】 一正电荷处于电场中，在只受电场力作用下从A点沿直线运动到B点，其速度随时间变化的图象如图所示，tA，tB分别对应电荷在A、B两点的时刻，则下列说法中正确的有() AA处的场强一定大于B处的场强 BA处的电势一定低于B处的电势 C正电荷在A处的电势能一定大于B处的电势能 D由A至B的过程中，电场力一定对正电荷做负功温馨提示解答此题时，首先要根据vt图象分析出电荷的加速度变化、动能变化，以此判断电势和场强变化；注意此电荷为正电荷记录空间【变式训练1】如图所示，a、b、c为某个电场中同一条电场线上的三个点，其中c为ab的中点已知a、b两点的电势分别为a2V, b8V，则下列叙述正确的是() A该电场在c点处的电势一定为3V Ba点处的场强Ea一定小于b点处的场强Eb C正电荷从a点运动到b点的过程中电势能一定增大 D如果正电荷只受电场力作用，则从a点运动到b点的过程中速度一定增大【典型例题2】 某电场的电场线分布如图所示，以下说法正确的是() Aa点场强大于b点场强 Ba点电势高于b点电势 C若将一试探电荷q由a点静止释放，它将沿电场线运动到b点 D若在d点固定一点电荷Q，将一试探电荷q由a移至b的过程中，电势能减少温馨提示解答此题时，首先要知道沿电场线方向电势降低记录空间【变式训练2】空间存在甲、乙两相邻的金属球，甲球带正电，乙球原来不带电，由于静电感应，两球在空间形成了如图所示稳定的静电场实线为其电场线，虚线为其等势线，A、B两点与两球球心连线位于同一直线上，C、D两点关于直线AB对称，则() AA点和B点的电势相同 BC点和D点的电场强度相同 C正电荷从A点移至B点，电场力做正功 D负电荷从C点沿直线CD移至D点，电势能先增大后减小4依据带电粒子的运动轨迹和电场线(或等势面)来判断有关问题此类问题应掌握以下几个要点：(1)带电粒子的轨迹的切线方向为该点处的速度方向(2)带点粒子所受合力(往往仅为电场力)应指向轨迹曲线的凹侧，再依电场线与等势线处处垂直以及电场力与场强同向或反向，即可确定准确的力的方向(3)在一段运动过程中，若合力与速度方向的夹角小于90，则合力做正功，动能增加；若夹角大于90，则合力做负功，动能减小；若夹角总等于90，则动能不变电势能变化与动能变化相反【典型例题3】 如图所示，虚线a、b和c是某静电场中三个等势面，它们的电势分别为a、b、c，abc，一带正电的粒子射入电场中，其运动轨迹如实线KLMN所示，由图可知() A粒子从K到L的过程中，电场力做负功 B粒子从L到M的过程中，电场力做负功 C粒子从K到L的过程中，电势能增加 D粒子从L到M的过程中，动能减少温馨提示解答此题时，首先根据轨迹判断电场力大致指向，以此来判断电场力做功问题记录空间【变式训练3】如图所示，一带电粒子以某速度进入水平向右的匀强电场中，在电场力作用下形成图中所示的运动轨迹M和N是轨迹上的两点，其中M点是轨迹的最右点不计重力，下列表述正确的是() A粒子在M点的速率最大 B粒子所受电场力沿电场方向 C粒子在电场中的加速度不变 D粒子在电场中的电势能始终在增加电势差1匀强电场中电势差和电场强度在方向上的关系：由图可知，由A点沿AB、AC、AD、AF路径电势均降落，且UABUACUADUAF，其中AB路径电势降落最快(单位长度上的电势差最大)由此可知：电势降落最快的方向是电场强度的方向2匀强电场中电场强度和电势差在数值上的关系：E或UEd说明：(1)上式只适用于匀强电场；(2)上式中U为电场中的两点间的电势差，d为两点沿场强方向间的距离(即两点所在等势面间的距离)；(3)电场强度的单位：1 N/C1 V/m.【典型例题4】 如图所示的匀强电场中，有a、b、c三点，ab5 cm，bc12 cm，其中ab沿电场方向，bc和电场方向成60角，一个电荷量为q4108 C的正电荷从a移到b电场力做功为W11.2107 J，求：(1)匀强电场的场强E；(2)电荷从b移到c，电场力做功W2；(3)a、c两点的电势差Uac.温馨提示由于电场力做的功WqU与路径无关，只与初末位置间的电势差有关，故可据已知的电场力做功先求电势差，再据匀强电场中场强与电势差的关系确定场强E，反之亦然记录空间【变式训练4】如图所示，用长为l的绝缘细线拴一个质量为m、带电量为q的小球(可视为质点)悬挂于O点，整个装置处于水平向右的匀强电场E中将小球拉至使悬线呈水平的位置A后，由静止开始将小球释放，小球从A点开始向下摆动，当悬线转过60角到达位置B时，速度恰好为零求：(1)B、A两点的电势差UBA；(2)电场强度E.随堂 演练1关于电场强度、电势和电势能，下列说法中正确的是() A在电场中，电势高的地方，电荷在该点具有的电势能就大 B在电场中，电势高的地方，放在该点的电荷的电荷量越大，它所具有的电势能也越大 C在电场中电势高的点，电场强度一定大 D在负的点电荷所产生的电场中的任何一点上，正电荷所具有的电势能一定小于负电荷所具有的电势能2如图所示，在光滑绝缘的水平面上放置两个带正电、电量不同的小球Q1和Q2，则由静止释放后()第2题图 A两球的加速度逐渐增大 B两小球的电势能逐渐减少 C两小球受到的库仑力不做功 D两小球受到的库仑力大小不相等第3题图3如图所示，在xOy平面内有一个以O为圆心，半径R0.1m的圆，P为圆周上的一点，O、P两点连线与x轴正方向的夹角为.若空间存在沿y轴负方向的匀强电场，场强大小E100V/m，则O、P两点的电势差可表示为() AUOP10sin(V) BUOP10sin(V) CUOP10cos(V) DUOP10cos(V)4如图所示，水平放置的带电平行板M、N，相距10 cm，A点距M板0.3 cm，AB间距为10 cm，且与水平方向成30角，将一电荷q2.0106 C的电荷由A点沿AB线移到B点，电场力做功为1.6106 J.第4题图试求：(1)板间电场强度；(2)MN两板间电势差；(3)电荷在B点的电势能5如图所示，正点电荷2Q、Q分别置于M、N两点，O点为MN连线的中点点a、b在MN连线上，点c、d在MN垂线上，它们都关于O点对称下列说法正确的是()第5题图 AO点的电势高于c点的电势 Ba、b两点的电场强度相同 C电子在a点的电势能大于在b点的电势能 D将电子沿直线从c点移到d点，电场力对电子先做负功后做正功6a、 b、 c、 d是匀强电场中的四个点，它们正好是一个矩形的四个顶点电场线与矩形所在的平面平行已知a点的电势为20 V, b点的电势为24 V,