高二物理魯科版選修3-1課件：第1部分 第2章 第2節(jié)《電勢與等勢面》

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歡迎進(jìn)入物理課堂 1 電荷在電場中某點(diǎn)的電勢能跟電荷量的比值 叫做該點(diǎn)的電勢 2 電場中某點(diǎn)的電勢在數(shù)值上等于單位正電荷在該點(diǎn)所具有的電勢能 3 電場中各點(diǎn)電勢的值可正 可負(fù) 可為零 既與產(chǎn)生電場的電荷有關(guān) 也與零電勢位置的選擇有關(guān) 4 電場中電勢相等的點(diǎn)構(gòu)成的面叫做等勢面 電場線和等勢面垂直 且由電勢較高的等勢面指向電勢較低的等勢面 自學(xué)教材 1 電勢 1 定義 電場中某點(diǎn)的電勢就是電荷在該點(diǎn)的與的比值 2 公式 3 單位 國際單位制中 電勢的單位是 符號(hào)是V 1V 1 電勢能 電荷量 Ep q 伏特 焦耳 庫侖 2 性質(zhì) 1 相對(duì)性 電場中各點(diǎn)電勢的高低 與所選取的的位置有關(guān) 一般情況下取無窮遠(yuǎn)或地面為位置 2 矢標(biāo)性 電勢是標(biāo)量 只有大小 沒有 但電勢有 零參考點(diǎn) 零勢點(diǎn) 方向 正負(fù) 重點(diǎn)詮釋 3 根據(jù)場源電荷判斷 若以無窮遠(yuǎn)處電勢為零 則正點(diǎn)電荷周圍各點(diǎn)電勢為正 且離正點(diǎn)電荷越近 電勢越高 負(fù)點(diǎn)電荷周圍各點(diǎn)電勢為負(fù) 且離負(fù)點(diǎn)電荷越近 電勢越低 2 電勢與電勢能的比較 3 電勢和電場強(qiáng)度的比較 1 下列關(guān)于電勢高低的判斷 正確的是 A 負(fù)電荷從A移到B時(shí) 電場力做正功 A點(diǎn)的電勢一定較高B 負(fù)電荷從A移到B時(shí) 電勢能增加 A點(diǎn)電勢一定較低C 正電荷從A移到B時(shí) 電勢能增加 A點(diǎn)電勢一定較低D 正電荷只在電場力作用下從A移到B A點(diǎn)電勢一定較高 解析 由A到B 電場力對(duì)負(fù)電荷做正功 說明負(fù)電荷逆著電場線運(yùn)動(dòng) 電勢升高 即 B A A錯(cuò) 電勢能增加 電場力做負(fù)功 負(fù)電荷應(yīng)是順著電場線運(yùn)動(dòng) 電勢降低 即 A B B錯(cuò) 電勢能增加 電場力做負(fù)功 正電荷應(yīng)是逆著電場線運(yùn)動(dòng) 電勢升高 即 B A C對(duì) D項(xiàng)無法比較電勢 故D錯(cuò) 答案 C 自學(xué)教材 1 等勢面 1 定義 電場中電勢的點(diǎn)構(gòu)成的面 2 特點(diǎn) 由于在等勢面上電荷受到的電場力跟等勢面 所以電荷在同一個(gè)等勢面上運(yùn)動(dòng)時(shí)電場力 相等 垂直 不做功 2 幾種常見電場的等勢面 1 點(diǎn)電荷電場的等勢面 如圖2 2 1中虛線所示 2 等量異種電荷的電場的等勢面 如圖2 2 2甲 過兩點(diǎn)電荷連線中點(diǎn)的是一個(gè)等勢面 中垂面 圖2 2 2 3 等量同種電荷的電場的等勢面 如圖2 2 2乙 4 勻強(qiáng)電場的等勢面 是與電場線垂直的 間隔且相互的一簇平面 如圖2 2 3所示 相等 平行 圖2 2 3 重點(diǎn)詮釋 1 等勢面的特點(diǎn)及其理解 1 在同一等勢面上的任意兩點(diǎn)間移動(dòng)電荷 電場力不做功 因?yàn)榈葎菝嫔细鼽c(diǎn)電勢相等 電荷在同一等勢面上各點(diǎn)具有相同的電勢能 所以在同一等勢面上移動(dòng)電荷電勢能不變 即電場力不做功 2 等勢面一定跟電場線垂直 即跟場強(qiáng)的方向垂直 假如不是這樣 場強(qiáng)就有一個(gè)沿著等勢面的分量 這樣在等勢面上移動(dòng)電荷時(shí)電場力就要做功 但這是不可能的 因?yàn)樵诘葎菝嫔细鼽c(diǎn)電勢相等 沿著等勢面移動(dòng)電荷時(shí)電場力是不做功的 所以場強(qiáng)一定跟等勢面垂直 3 沿著電場線方向電勢越來越低 可見 電場線不但跟等勢面垂直 而且是由電勢較高的等勢面指向電勢較低的等勢面 4 等勢面不相交 如果兩個(gè)等勢面相交 說明相交處的電場線有兩條 即該處的電場強(qiáng)度方向有兩個(gè) 這是不可能的 所以等勢面不會(huì)相交 2 等勢面的應(yīng)用 1 利用等勢面可以知道電場中各點(diǎn)的電勢高低 可以形象地描述電場具有的能的性質(zhì) 2 利用等勢面可以描繪出電場線 實(shí)際中 測量電勢比測定電場強(qiáng)度更容易 所以常用等勢面研究電場 先測繪出等勢面的形狀和分布 再根據(jù)電場線與等勢面相互垂直 繪出電場線分布 這樣就知道了所研究的電場 3 等差等勢面的疏密反映了電場強(qiáng)弱 圖2 2 4 2 如圖2 2 4所示 虛線a b c是電場中的三個(gè)等勢面 相鄰等勢面間的電勢差相同 實(shí)線為一個(gè)帶正電的質(zhì)點(diǎn)僅在電場力作用下 通過該區(qū)域的運(yùn)動(dòng)軌跡 P Q是軌跡上的兩點(diǎn) 下列說法中正確的是 A 三個(gè)等勢面中 等勢面a的電勢最高B 帶電質(zhì)點(diǎn)一定是從P點(diǎn)向Q點(diǎn)運(yùn)動(dòng)C 帶電質(zhì)點(diǎn)通過P點(diǎn)時(shí)的加速度比通過Q點(diǎn)時(shí)小D 帶電質(zhì)點(diǎn)通過P點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能比通過Q點(diǎn)時(shí)小 解析 先畫出電場線 再根據(jù)速度 合力和軌跡的關(guān)系 可以判定 質(zhì)點(diǎn)在各點(diǎn)受的電場力方向是斜向左下方 由于是正電荷 所以電場線方向也沿電場力斜向左下方 答案 D 自學(xué)教材 1 定義帶電較多的導(dǎo)體 在部位 場強(qiáng)大到使周圍空氣發(fā)生而引起的現(xiàn)象 尖端 電離 放電 2 尖端放電的應(yīng)用和防止 1 應(yīng)用 避雷針是利用的原理來防止雷擊的 它的作用是可以云層中的部分電荷 更主要的是把云層中的引入地下 2 防止 尖端放電會(huì)導(dǎo)致高壓設(shè)備上的電能的損失 所以高壓設(shè)備中導(dǎo)體的表面做得盡可能地光滑 尖端放電 中和 大量電荷 重點(diǎn)詮釋 避雷針的原理雷雨天氣里云層帶電 有的云層靠地面很近 受其影響 地面帶異種電荷 這些電荷主要分布在地表的尖端 高大物體上 如高大建筑物 大樹等物體上 當(dāng)電荷積累到足夠多時(shí) 云層與建筑物間產(chǎn)生強(qiáng)烈的火花放電 這就是雷擊 在建筑物上安裝尖狀的避雷針 可利用避雷針不斷放電 避免電荷積累過多 避免雷擊 3 關(guān)于避雷針的下列說法中正確的是 A 制做避雷針要選用絕緣性能好的材料B 避雷針避雷是將云層中積聚的電荷導(dǎo)入大地C 為了美觀通常把避雷針頂端設(shè)計(jì)成球形D 避雷針安裝在高大建筑物的頂端 而不必接地 解析 帶電云層靠近建筑物時(shí) 會(huì)在建筑物上感應(yīng)出異種電荷 在云層與建筑物之間形成電場 當(dāng)電荷積累到一定程度時(shí) 會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈放電現(xiàn)象 可能發(fā)生雷擊 如果建筑物安裝了避雷針 云層中積聚的電荷會(huì)通過避雷針導(dǎo)入大地 逐漸中和云層的電荷 保護(hù)建筑物 使其免遭雷擊 避雷針應(yīng)選用導(dǎo)體材料 所以選B 答案 B 圖2 2 5 例1 2012 泉州高二檢測 圖2 2 5中K L M為靜電場中的3個(gè)相距很近的等勢面 K M之間無電荷 一帶電粒子射入此靜電場中后 沿abcde軌跡運(yùn)動(dòng) 已知電勢 K L M 且粒子在ab段做減速運(yùn)動(dòng) 下列說法中正確的是 A 粒子帶負(fù)電B 粒子在bc段做加速運(yùn)動(dòng)C 粒子在a點(diǎn)與e點(diǎn)的速度大小相等D 粒子從c點(diǎn)到d點(diǎn)的過程中電場力做負(fù)功 思路點(diǎn)撥 電場線與等勢面垂直 粗略畫出電場線 由運(yùn)動(dòng)軌跡彎曲方向可知帶電粒子受力方向 再分析電場力做功的正負(fù) 判斷粒子的速度 動(dòng)能及電勢能的變化 解析 由帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡可知 粒子所受電場力指向軌跡的凹側(cè) 畫出過a b c d e各點(diǎn)的電場線 因 K L M 可知粒子帶正電 選項(xiàng)A錯(cuò)誤 粒子由b到c的過程中 電場力做負(fù)功 速率減小 選項(xiàng)B錯(cuò)誤 由于a e兩點(diǎn)電勢相等 粒子在a e兩點(diǎn)的電勢能相等 由能量守恒定律知 粒子在a e兩點(diǎn)的動(dòng)能相等 速度大小相等 選項(xiàng)C正確 粒子從c點(diǎn)到d點(diǎn)的過程中電場力做正功 選項(xiàng)D錯(cuò)誤 答案 C 1 利用電場線與等勢面垂直的特點(diǎn) 可以根據(jù)等勢面的形狀畫出電場線 如果已知等勢面電勢的高低關(guān)系 可以確定電場線的方向 2 帶電粒子做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí) 運(yùn)動(dòng)軌跡總是彎向粒子受力的方向 從而可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)軌跡的形狀判斷粒子受到的電場力的方向 進(jìn)而可以得知電場力做功的情況及粒子的速度 動(dòng)能和電勢能的變化情況 圖2 2 6 1 如圖2 2 6所示 虛線為某個(gè)點(diǎn)電荷電場的等勢面 現(xiàn)有兩個(gè)帶電粒子a b 不計(jì)重力 以相同的速率從同一點(diǎn)A出發(fā) 沿不同路徑分別到達(dá)B C點(diǎn) 根據(jù)圖示情況可以得知下列判斷錯(cuò)誤的是 A 兩個(gè)粒子電荷量一定相等B 兩個(gè)粒子的電性一定相反C 粒子a的動(dòng)能先減小后增大D 經(jīng)過B C點(diǎn)時(shí) 兩粒子速率相同 解析 粒子a受電場力作用有沿半徑向外的加速度 電場力為斥力 粒子b受到電場的引力作用 粒子a的電性與點(diǎn)電荷相同 粒子b的電性與點(diǎn)電荷相反 B項(xiàng)正確 當(dāng)電荷量不相等時(shí) 也可以出現(xiàn)圖示情況 A項(xiàng)不正確 在電場中運(yùn)動(dòng)的粒子能量守恒 粒子的動(dòng)能與電勢能之和是常量 粒子a到達(dá)距O點(diǎn)最近的D點(diǎn)前 需克服電場力做功 動(dòng)能減小 電勢能增大 通過D點(diǎn)以 后 粒子a在斥力作用下加速 動(dòng)能增大而電勢能減小 C項(xiàng)正確 B C A三點(diǎn)在同一等勢面上 粒子a b從A到達(dá)B C 電勢能不變 粒子的動(dòng)能也不會(huì)變化 兩粒子速率相同 D項(xiàng)正確 答案 A 圖2 2 7 例2 如圖2 2 7所示 虛線方框內(nèi)為一勻強(qiáng)電場 A B C為該電場中的三個(gè)點(diǎn) 已知 A 12V B 6V C 6V 試在該方框內(nèi)作出該電場的示意圖 即畫出幾條電場線 并要求保留作圖時(shí)所用的輔助線 思路點(diǎn)撥 電場線跟等勢面垂直 只要畫出等勢面 即可畫出電場線 勻強(qiáng)電場中的電勢分布特點(diǎn) 勻強(qiáng)電場沿任意方向電勢均勻降低 解析 題目中只要尋求電勢相等的點(diǎn)即可確定等勢面 因 B 6V C 6V 由勻強(qiáng)電場的特點(diǎn)電勢均勻分布知 在BC連線的中點(diǎn)O處的電勢必為0 同理 在AC線段上找一個(gè)電勢為0的點(diǎn) 把AC線段等分成三份 在等分點(diǎn)O 處的電勢也必為0 連結(jié)OO 即為該電場中的一條等勢線 根據(jù)電場線與等勢線垂直 可以畫出電場中的電場線 如圖所示 答案 見解析圖 解決該類問題首先要研究已知點(diǎn)的電勢 也就是研究電場的電勢分布 看怎樣連線 怎樣細(xì)分這條連線上的電勢 才能便于找到等電勢點(diǎn) 這個(gè)問題解決了 后面的問題就水到渠成了 圖2 2 8 2 ABC處于勻強(qiáng)電場中 如圖2 2 8所示 將一個(gè)帶電量為q 2 106C的點(diǎn)電荷從A移到B 電場力做功W1 1 2 105J 再將該點(diǎn)電荷從B移到C 電場力做功W2 6 10 6J 已知A點(diǎn)的電勢 A 5V 則B C兩點(diǎn)的電勢分別為 V和 V 試在圖中畫出通過A點(diǎn)的電場線 答案 見解析 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全