如果电荷沿不同路径移动时负电荷克服静电力做功的功不一样,还能建立电势能的概念吗?为什么?

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不能。
所谓势能就是只与位置有关的能,与路径无关。
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[教案]人教版 选修3-1 第一章 第4节 电势能和电势
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知识与技能
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能的性质的物理量;
3.明确电势能、电势、静电力做功、电势能的关系;
4.了解电势与电场线的关系;
5.了解等势面的意义及与电场线的关系。
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电场力做功与电势能、电势、电势差
电场力做功与电势能、电势、电势差
[教学过程]
一、电场力做功的特点和电势能
1. 电场力做功的特点:只与电荷的始、末位置有关,与电荷经过的路径无关。
& 2. 电势能:电荷在电场中所具有的势能叫电势能。
特点:① 与参考点(零势能位置)选取有关;②是电荷与所在电场所共有的
3. 电场力做功与电势能的关系:在电场中移动电荷时,电场力对电荷做正功,电势能减少;电场力对电荷做负功,电势能增加。
电场力做的功等于电势能的变化量,即:
也就是说,电荷在电场中某点(A)的电势能,等于静电力(电场力)把它从该点移动到零势能位置(B)时电场力所做的功。若取则
(对匀强电场)=(对所有电场)
应用电场力做功的计算公式时,有两种方法:
(1)依照课本的要求,三个量都取绝对值,先计算出功的数值,然后再根据电场力的方向与电荷移动位移方向间的夹角确定是电场力做功,还是克服电场力做功。
(2)代入符号使用,将公式写成,特别是在比较A、B两点电势高低时更为方便:先计算,若,即,则;若,即,则。
二、电势等势面
1. 电势:电荷在电场中某点(A)的电势能()与它的电荷量(q)的比值,叫做这一点的电势。用表示。即。电场中电势的高低:顺电场线的方向逐渐降低。
电势零位置的选取与零电势能位置选取相似。
例1. 如图所示,点电荷Q形成电场,现把一个q=-2.0×10-8C试探电荷由无穷远处分别移到电场中的A、B、C三点,电场力做正功还是负功?若移动电荷分别做功为6.0×10-7J、4.0×10-7J、1.0×10-7J,以无穷远处为零电势点,这三点的电势分别为多少?若选择B点为零电势点,这三点的电势又分别为多少?
解析:(1)负电荷受到的电场力方向与位移方向一致,故电场力做正功
(2)设无穷远处与A点的电势差为UA,则有UA==-30V
而UA==-30V由题意=0& 所以=30V
同理可得=20V&& =5V
(3)因为UAB=-=(30-20)V=10V&
若=0,则=UAB=10V,同理=-15V
例2. 在静电场中,下列说法中错误的是:(&&& )
A. 电场强度为零的点,电势也一定为零
B. 电场强度处处相等的区域内,电势也一定处处相等
C. 只在电场力作用下,正电荷一定从电势高的地方向电势低的地方移动
D. 沿着电场线方向电势一定越来越低
解析:电场强度和电势是从不同的角度描述电场性质的两个物理量,前者从力的角度,后者从能量的角度,两者之间没有直接的对应关系。
在等量同种电荷形成的电场中,它们连线的中点电场强度为零,但电势却不为零;匀强电场的场强处处相等,而沿着电场线方向电势却在不断降低;正电荷在电场中的移动方向还和它的初速度方向有关,如果初速度是逆着电场线方向的,那么它移动的开始阶段从低电势向高电势。电场线的方向是电势的降落的方向。综上所述:A、B、C中的表述都是错误的。
答案:A、B、C
例3. 如图所示,a、b为竖直向上的电场线上的两点,一带电质点在a点由静止释放 ,沿电场线方向向上运动,到b点速度恰好为零,下列说法中正确的是:(& )
A. 带电质点在a、b两点所受的电场力都是竖直向上的
B. a点电势比b点的电势高
C. 带电质点在a点的电势能比在b点的电势能小
D. a点的电场强度比b点的电场强度大
解析:带电质点在a点,由静止释放向上运动,说明电场力向上,且应满足Eaq>mg,而又静止于b点,说明电场力仍向上,用Ebq=mg,选项A、D正确,因不知质点的带电性质,故无法确定a、b两点的电势高低,选项B错误,a到b的运动过程中,电场力和重力做功,由动能定理可知,W电+W重=0,因为W重为负值,故W电必为正值,而电场力做正功,电势能减小,即b点的电势能小于a点电势能,选项C错误。
2. 等势面:电场中电势相同的点构成的面叫等势面。它具有如下特点:
(1)电荷在同一等势面上移动,电场力不做功(而电场力做的功为零时,电荷不一定沿等势面移动);
(2)等势面一定跟电场线垂直;
(3)等差等势面密的地方场强大;
(4)任意两等势面都不会相交;
(5)电场线总是从电势较高的等势面指向电势较低的等势面。
3. 几种典型场的等势面
例4. 如图所示,光滑绝缘细杆竖直放置,细杆右侧距杆0.3m处有一固定的点电荷Q,A、B是细杆上的两点,点A与Q、点B与Q的连线与杆的夹角均为=37°。一中间有小孔的带电小球穿在绝缘细杆上滑下,通过A点时加速度为零,速度为3m/s,取g=10m/s2,求小球下落到B点时的加速度和速度的大小。
解析:求小球至B的加速度,从受力分析出发,探求小球在A、B两点的受力情况,从而确定加速度的关系。
在A处,小球受力如图所示,由题意可知:
K·……(1)
在B处,小球受力如图所示,由题意可知:
K·……(2)
由(1)、(2)得a=2g=20m/s2
小球从A到B受到的合力为变力,故不宜用牛顿定律和运动学公式求解,抓住A、B处在等势面上由A到B电场力做功为零这个特点,用动能定理求解。
解得vB=5m/s
三、电势差 电势差与电场强度的关系
定义:电场中两点间电势的差值叫做电势差,也叫电压。用表示。
也可这样说,电荷在电场中两点间移动时,电场力所做的功跟电荷电量的比值,叫做这两点间的电势差,也叫电压。
即:,电场中A、B两点间的电势差只取决于A、B两点在电场中的位置,与参考点的选取及被移动的电荷无关,U跟W、q无关。
2. 电势差与电场强度的关系:E=
在匀强电场中,电场场强等于场强方向上单位距离上的电势差,此时单位V/m,适用于任何电场
例5. 关于匀强电场电势差和场强的关系,正确的说法是:(&& )
A. 在相同距离的两点上,电势差大的其场强也必定大
B. 任意两点间的电势差等于场强和这两点距离的乘积
C. 电势减小的方向必定是场强的方向
D. 沿电场线的方向任意相同距离上的电势差必定相等
解析:匀强电场的场强可以用E=来计算,式中的d是电场中两点沿电场线方向的距离。若是沿电场线方向两点的距离相等,那么电势差大的场强才必定大,选项A错误;由d的意义可知选项B错误;电势减小得最快的方向才是场强方向,选项C错误;在匀强电场中,由U=Ed可知,选项D正确。
例6. 如图所示,虚线a、b、c是电场中的三个等势面,相邻等势面间的电势差相同,实线为一个带正电的质点仅在电场力作用下,通过该区域的运动轨迹,P、Q是轨迹上的两点。下列说法中正确的是&&&
A. 三个等势面中,等势面a的电势最高
B. 带电质点一定是从P点向Q点运动
C. 带电质点通过P点时的加速度比通过Q点时小
D. 带电质点通过P点时的动能比通过Q点时小
解析:先画出电场线,再根据速度、合力和轨迹的关系,可以判定:质点在各点受的电场力方向是斜向左下方。由于是正电荷,所以电场线方向也沿电场线向左下方。答案仅有D
【模拟试题】
1. 关于公式=可知:()
A. 电场中某点的电势,与放在该点电荷具有的电势能成正比
B. 电场中某点的电势,与放在该点电荷的电荷量成反比
C. 电场中某点的电势,与该点是否有电荷,电荷的正负及电荷量的大小无关
D. 放入电场中某点的点电荷不同,电势能也不同,但电势能与电荷量的比值保持不变
2. 如图所示,在O点置一点电荷Q,以O为圆心作一圆。现将一电荷从A分别移到圆上的B、C、D三点,则电场力做功最多的过程是:(& )
A. 移到B的过程& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& B. 移到C的过程
C. 移到D的过程 &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& D. 三个过程一样多
3. 如图所示,a、b两点电势相同,电场强度也相同的是()
4. 如图所示,电场中有A、B两点,则下列说法中正确的是:(& )
A. 电势>,场强EA>EB&
B. 电势>,场强EA<EB
C. 将+q电荷从A点移动到B点电场力做正功
D. 将-q电荷分别放在A、B两点时具有的电势能EPA>EPB
5. 将一正电荷从无穷远处移向电场中M点,电场力做功为6.0×10-9J,若将一个等量的负电荷从电场中N点移向无穷远处,电场力做功为7.0×10-9J,则M、N两点的电势M、N有如下关系()
A. M<N<0&&&&&&&&& B. N>M>0 &&&&&&&& C. N<M<0&&&&&&&&& D. M>N>0
6. 两带电小球的电荷量分别为+q和-q,固定在一长度为L的绝缘细杆的两端,置于电场强度为E的匀强电场中,杆与场强方向平行,其位置如图所示,若此杆绕过O点垂直于杆的轴线转过180°,则在转动过程中电场力做的功为()
A. 0&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& B. qEL&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& C. 2 qEL &&&&&&&&&&&&&&&&&&&& D. qEL
7. (2001年全国高考试题)如图所示,虚线a、b和c 是某静电场中的三个等势面,它们的电势分别为a、b和c,a>b>c,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,静电力做负功
B. 粒子从L到M的过程中,静电力做负功
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,动能减小
8. 如图所示,倾角为的直角三角形底边长为2L,底边处在水平位置,斜边为光滑绝缘导轨,现在底边中点处固定一正电荷Q,让一个质量为m的带正电的点电荷q从斜面顶端滑下(不脱离斜面),已测得它滑到仍在斜面上的垂足D处速度为v,加速度为a,方向沿斜面向下,问该质点滑到斜面底端C点时的速度和加速度各为多少。
9. 一个质量为m、带有电荷-q的小物体距O点为x0,可在水平轨道Ox上运动,O端有一与轨道垂直的固定墙。轨道处于匀强电场中,场强大小为E,方向沿Ox正方向,如图所示,小物体以初速度v0沿Ox轴正方向运动,运动时受到大小不变的摩擦力f的作用,且f<qE,设小物体与墙碰撞时不损失机械能,且电荷量保持不变,求它停止运动前所通过的路程?
【试题答案】
1. CD&&&&&&&& 2. D&&&&&&& 3. AD&&&&& 4. BC&&&&& 5. C&&&&&&& 6. C&&&&&&& 7. AC
8. 电能从D到C电场力不做功,所以mg×L=& v/=
在D点& 在C点ma/=
所以a/=g-a
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(一)由于移动电荷时静电力做的功与移动的路径无关,所以电荷在电场中也具有势能,这种势能叫做电势能请大虾们解释一下上面的因果关系(二)静电力做的功等于电势能的减少量(只有静电力做功的情况下),减少的电势能哪去了?
最爱心疼姐1173
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第一条我看不出因果关系来,电场与重力场类似,对比理解.第二条:减少的势能转化为动能,类似于重力场中的落体,重力势能减少,动能增大
重力势能:重力做功与路径无关,只与始末位置有关,由此引出了重力势能。这又该和谁对比理解?不是又绕回去了
重力场是最早接触的场,并且与实际联系紧密,比较容易理解。难道重力场你都不熟悉吗?
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