高二物理電勢能和電勢

1、第4節(jié)電勢能和電勢.要點一 判斷電勢高低的方法電場具有力的性質和能的性質，描述電場的物理量有電勢、電勢能、靜電力、靜電力做功等，為了更好地描述電場，還有電場線、等勢面等概念，可以從多個角度判斷電勢高低1在正電荷產生的電場中，離電荷越近電勢越高，在負電荷產生的電場中，離電荷越近，電勢越低2電勢的正負若以無窮遠處電勢為零，則正點電荷周圍各點電勢為正，負點電荷周圍各點電勢為負3利用電場線判斷電勢高低沿電場線的方向電勢越來越低4根據(jù)只在靜電力作用下電荷的移動情況來判斷只在靜電力作用下，電荷由靜止開始移動，正電荷總是由電勢高的點移向電勢低的點；負電荷總是由電勢低的點移向電勢高的點但它們都是由電勢能高的點

2、移向電勢能低的點要點二 理解等勢面及其與電場線的關系1電場線總是與等勢面垂直的(因為如果電場線與等勢面不垂直，電場在等勢面上就有分量，在等勢面上移動電荷，靜電力就會做功)，因此，電荷沿電場線移動，靜電力必定做功，而電荷沿等勢面移動，靜電力必定不做功2在同一電場中，等差等勢面的疏密也反映了電場的強弱，等勢面密處，電場線密，電場也強，反之則弱3已知等勢面，可以畫出電場線；已知電場線，也可以畫出等勢面4電場線反映了電場的分布情況，它是一簇帶箭頭的不閉合的有向曲線，而等勢面是一系列的電勢相等的點構成的面，可以是封閉的，也可以是不封閉的要點三 等勢面的特點和應用1特點(1)在同一等勢面內任意兩點間移動電

3、荷時，靜電力不做功(2)在空間沒有電荷的地方兩等勢面不相交(3)電場線總是和等勢面垂直，且從電勢較高的等勢面指向電勢較低的等勢面(4)在電場線密集的地方，等差等勢面密集在電場線稀疏的地方，等差等勢面稀疏(5)等勢面是虛擬的，為描述電場的性質而假想的面2應用(1)由等勢面可以判斷電場中各點電勢的高低及差別(2)由等勢面可以判斷電荷在電場中移動時靜電力做功的情況(3)由于等勢面和電場線垂直，已知等勢面的形狀分布，可以繪制電場線，從而確定電場大體分布(4)由等差等勢面的疏密，可以定性地確定某點場強的大小.1.重力做功和靜電力做功的異同點如何？重力做功靜電力做功相似點重力對物體做正功，物體重力勢能減少

4、，重力對物體做負功，物體重力勢能增加其數(shù)值與路徑無關，只與始末位置有關靜電力對電荷做正功，電荷電勢能減少，靜電力對電荷做負功，電荷電勢能增加其數(shù)值與路徑無關，只與始末位置有關不同點重力只有引力，正、負功比較容易判斷例如，物體上升，重力做負功由于存在兩種電荷，靜電力做功和重力做功有很大差異例如：在同一電場中沿同一方向移動正電荷與移動負電荷，電荷電勢能的變化是相反的，靜電力做功的正負也是相反的應用由重力做功的特點引入重力勢能由靜電力做功的特點引入了電勢能2.電勢和電勢能的區(qū)別和聯(lián)系是什么？電勢電勢能Ep物理意義反映電場的能的性質的物理量，即已知電勢就可以知道任意電荷在該點的電勢能電荷在電場中某點所

5、具有的能量相關因素電場中某一點的電勢的大小，只跟電場本身有關，跟檢驗電荷q無關電勢能大小是由點電荷q和該點電勢共同決定的大小正負電勢沿電場線逐漸下降，取定零電勢點后，某點的電勢高于零者，為正值；某點的電勢低于零者，為負值正點電荷(q)：電勢能的正負跟電勢的正負相同負點電荷(q)：電勢能的正負跟電勢的正負相反單位伏特V焦耳J聯(lián)系Epq3.常見電場等勢面和電場線的圖示應該怎樣畫？(1)點電荷電場：等勢面是以點電荷為球心的一簇球面，越向外越稀疏，如圖145所示圖145(2)等量異種點電荷的電場：是兩簇對稱曲面，兩點電荷連線的中垂面是一個等勢面如圖146所示在從正電荷到負電荷的連線上電勢逐漸降低，A&

6、gt;A；在中垂線上BB.圖146(3)等量同種點電荷的電場：是兩簇對稱曲面，如圖147所示，在AA線上O點電勢最低；在中垂線上O點電勢最高，向兩側電勢逐漸降低，A、A和B、B對稱等勢圖147(4)勻強電場：等勢面是與電場線垂直、間隔相等、相互平行的一簇平面，如圖148所示圖148一、電勢能【例1】 下列關于電荷的電勢能的說法正確的是()A電荷在電場強度大的地方，電勢能一定大B電荷在電場強度為零的地方，電勢能一定為零C只在靜電力的作用下，電荷的電勢能一定減少D只在靜電力的作用下，電荷的電勢能可能增加，也可能減少答案D解析電荷的電勢能與電場強度無直接關系，A、B錯誤；如果電荷的初速度為零，電荷只

7、在靜電力的作用下，做加速運動，電荷的電勢能轉化為動能，電勢能減少，但如果電荷的初速度不為零，電荷可能在靜電力的作用下，先做減速運動，這樣靜電力對電荷做負功，電荷的動能轉化為電勢能，電勢能增加，所以C錯誤，D正確二、判斷電勢的高低【例2】 在靜電場中，把一個電荷量為q2.0×105 C的負電荷由M點移到N點，靜電力做功6.0×104 J，由N點移到P點，靜電力做負功1.0×103 J，則M、N、P三點電勢高低關系是_ 答案N>M>P 解析首先畫一條電場線,如上圖所示.在中間位置附近畫一點作為M點.因為由MN靜電力做正功,而負電荷所受靜電力與場強方向相反，

8、則可確定N點在M點左側由NP靜電力做負功，即沿著電場線移動，又因1.0×103 J>6.0×104 J，所以肯定移過了M點，即P點位于M點右側這樣，M、N、P三點電勢的高低關系是N>M>P.1.有一電場的電場線如圖149所示，圖149電場中A、B兩點電場強度的大小和電勢分別用EA、EB和A、B表示，則()AEA>EB，A>BBEA>EB，A<BCEA<EB，A>BDEA<EB，A<B答案D2有關電場，下列說法正確的是()A某點的電場強度大，該點的電勢一定高B某點的電勢高，檢驗電荷在該點的電勢能一定大C某點的場

9、強為零，檢驗電荷在該點的電勢能一定為零D某點的電勢為零，檢驗電荷在該點的電勢能一定為零答案D3將一個電荷量為2×108 C的點電荷，從零電勢點S移到M點要克服靜電力做功4×108 J，則M點電勢M_ V若將該電荷從M點移到N點，靜電力做功14×108 J，則N點電勢N_ V，MN兩點間的電勢差UMN_ V.答案257解析本題可以根據(jù)電勢差和電勢的定義式解決由WSMqUSM得USM V2 V而USMSM，所以MSUSM(02) V2 V由WMNqUMN得UMN V7 V而UMNMN，所以NMUMN2(7) V5 V4如圖1410所示圖1410(1)在圖甲中，若規(guī)定E

10、pA0，則EpB_0(填“>”“”或“<”)試分析靜電力做功情況及相應的電勢能變化情況答案(1)<(2)見解析解析(1)AB移動正電荷，WAB>0，故EpA>EpB，若EpA0，則EpB<0.(2)甲中從AB移動負電荷，WAB<0，EpA<EpB乙中從BA移動負電荷，WAB>0，EpA<EpB.題型一 靜電力做功和電勢能變化之間的關系 如圖1所示，圖1把電荷量為5×109 C的電荷，從電場中的A點移到B點，其電勢能_(選填“增加”、“減少”或“不變”)；若A點的電勢UA15 V，B點的電勢UB10 V，則此過程中靜電力做的功

11、為_ J.思維步步高電勢能變化和靜電力做功有什么關系？負電荷從A點移動到B，靜電力做正功還是負功？靜電力做功和電勢能的變化在數(shù)值上有什么關系？解析將電荷從電場中的A點移到B點，靜電力做負功，其電勢能增加；A點的電勢能為EpAqUA，B點的電勢能為EpBqUB，靜電力做功等于電勢能變化量的相反數(shù)，即WEpAEpB2.5×108 J.答案增加2.5×108 J拓展探究如果把該電荷從B點移動到A點，電勢能怎么變化？靜電力做功的數(shù)值是多少？如果是一個正電荷從B點移動到A點，正電荷的帶電荷量是5×109 C，電勢能怎么變化？靜電力做功如何？答案減少2.5×108

12、J增加2.5×108 J解析如果把該電荷從B點移動到A點，靜電力做正功，電勢能減少靜電力做功為2.5×108 J；如果電荷的帶電性質為正電荷，從B點移動到A點，靜電力做負功，電勢能增加了，靜電力做負功，數(shù)值為2.5×108 J.電場中的功能關系：靜電力做功是電荷電勢能變化的量度，具體來講，靜電力對電荷做正功時，電荷的電勢能減少；靜電力對電荷做負功時，電荷的電勢能增加，并且，電勢能增加或減少的數(shù)值等于靜電力做功的數(shù)值電荷僅受靜電力作用時，電荷的電勢能與動能之和守恒電荷僅受靜電力和重力作用時，電荷的電勢能與機械能之和守恒. 題型二 電場中的功能關系 質子和中子是由更基

13、本的粒子即所謂“夸克”組成的兩個強作用電荷相反(類似于正負電荷)的夸克在距離很近時幾乎沒有相互作用(稱為“漸近自由”)；在距離較遠時，它們之間就會出現(xiàn)很強的引力(導致所謂“夸克禁閉”)作為一個簡單的模型，設這樣的兩夸克之間的相互作用力F與它們之間的距離r的關系為F式中F0為大于零的常量，負號表示引力用U表示夸克間的勢能，令U0F0(r2r1)，取無窮遠為零勢能點下列Ur圖示中正確的是()思維步步高零勢能面的規(guī)定有何用處？無窮遠處的勢能和rr2處的勢能是否相同？當r<r1之后勢能怎么變化？解析從無窮遠處電勢為零開始到rr2位置，勢能恒定為零，在rr2到rr1過程中，恒定引力做正功，勢能逐漸

14、均勻減小，即勢能為負值且越來越小，此過程圖象為A、B選項中所示；r<r1之后勢能不變，恒定為U0，由引力做功等于勢能減少量，故U0F0(r2r1)答案B拓展探究空間存在豎直向上的勻強電場，圖2質量為m的帶正電的微粒水平射入電場中，微粒的運動軌跡如圖2所示，在相等的時間間隔內()A重力做的功相等B靜電力做的功相等C靜電力做的功大于重力做的功D靜電力做的功小于重力做的功答案C解析根據(jù)微粒的運動軌跡可知靜電力大于重力，故選項C正確由于微粒做曲線運動，故在相等時間間隔內，微粒的位移不相等，故選項A、B錯誤電勢能大小的判斷方法：利用Epq來進行判斷，電勢能的正負號是表示大小的，在應用時把電荷量和電

15、勢都帶上正負號進行分析判斷利用做功的正負來判斷，不管正電荷還是負電荷，靜電力對電荷做正功，電勢能減少；靜電力對電荷做負功，電勢能增加. 一、選擇題1一點電荷僅受靜電力作用，由A點無初速釋放，先后經過電場中的B點和C點點電荷在A、B、C三點的電勢能分別用EA、EB、EC表示，則EA、EB和EC間的關系可能是()AEA>EB>ECBEA<EB<ECCEA<EC<EB DEA>EC>EB答案AD解析點電荷在僅受靜電力作用的情況下，動能和電勢能相互轉化，動能最小時，電勢能最大，故EAEB，EAEC，A、D正確2如圖3所示電場中A、B兩點，圖3則下列說法正

16、確的是()A電勢A>B，場強EA>EBB電勢A>B，場強EA<EBC將電荷q從A點移到B點靜電力做了正功D將電荷q分別放在A、B兩點時具有的電勢能EpA>EpB答案BC解析場強是描述靜電力的性質的物理量；電勢是描述電場能的性質的物理量，二者無必然的聯(lián)系場強大的地方電勢不一定大，電勢大的地方，場強不一定大，另根據(jù)公式Epq知，負電荷在電勢低的地方電勢能反而大3如圖4所示，圖4某區(qū)域電場線左右對稱分布，M、N為對稱線上的兩點下列說法正確的是()AM點電勢一定高于N點電勢BM點場強一定大于N點場強C正電荷在M點的電勢能大于在N點的電勢能D將電子從M點移動到N點，靜電力做

17、正功答案AC解析由圖示電場線的分布示意圖可知，MN所在直線的電場線方向由M指向N，則M點電勢一定高于N點電勢；由于N點所在處電場線分布密，所以N點場強大于M點場強；正電荷在電勢高處電勢能大，故在M點電勢能大于在N點電勢能；電子從M點移動到N點，靜電力做負功綜上所述，A、C選項正確4兩個帶異種電荷的物體間的距離增大一些時()A靜電力做正功，電勢能增加B靜電力做負功，電勢能增加C靜電力做負功，電勢能減少D靜電力做正功，電勢能減少答案B解析異種電荷之間是引力，距離增大時，引力做負功，電勢能增加5如圖5所示，圖5O為兩個等量異種電荷連線的中點，P為連線中垂線上的一點，比較O、P兩點的電勢和場強大小()

18、AOP，EO>EPBOP，EOEPCO>P，EOEPDOP，EO<EP答案A6在圖6中虛線表示某一電場的等勢面，圖6現(xiàn)在用外力將負點電荷q從a點沿直線aOb勻速移動到b，圖中cd為O點等勢面的切線，則當電荷通過O點時外力的方向()A平行于abB平行于cdC垂直于abD垂直于cd答案D7如圖7所示，圖7固定在Q點的正點電荷的電場中有M、N兩點，已知<.下列敘述正確的是()A若把一正的點電荷從M點沿直線移到N點，則靜電力對該電荷做功，電勢能減少B若把一正的點電荷從M點沿直線移到N點，則該電荷克服靜電力做功，電勢能增加C若把一負的點電荷從M點沿直線移到N點，則靜電力對該電荷做

19、功，電勢能減少D若把一負的點電荷從M點沿直線移到N點，再從N點沿不同路徑移回到M點；則該電荷克服靜電力做的功等于靜電力對該電荷所做的功，電勢能不變答案AD解析由點電荷產生的電場的特點可知，M點的電勢高，N點的電勢低，所以正電荷從M點到N點，靜電力做正功，電勢能減少，故A對，B錯；負電荷由M點到N點，克服靜電力做功，電勢能增加，故C錯；靜電力做功與路徑無關，負點電荷又回到M點，則整個過程中靜電力不做功，電勢能不變，故D對二、計算論述題8如圖8所示，圖8平行板電容器兩極板間有場強為E的勻強電場，且?guī)д姷臉O板接地一質量為m、電荷量為q的帶電粒子(不計重力)從x軸上坐標為x0處靜止釋放(1)求該粒子在x0處的電勢能Epx0.(2)試從牛頓第二定律出發(fā)，證明該帶電粒子在極板間運動過程中，其動能與電勢能之和保持不變答案(1)qEx0(2)見解析解析(1)粒子由x0到O處靜電力做的功為：W電qEx0W電(0Epx0)聯(lián)立得：Epx0qEx0(2)在x軸上任取兩點x1、x2，速度分別為v1、v2.FqEm