河北省石家庄市高中物理 第1章 静电场 1电势能和电势

河北省石家庄市高中物理 第1章 静电场 1电势能和电势

第一章第四节电势能和电势 ‎ ‎[学习目标]‎ ‎1.知道静电力做功的特点，掌握静电力做功与电势能变化的关系.‎ ‎2.理解电势能、电势的概念，能根据电场线判断电势高低.‎ ‎3.知道什么是等势面，并能理解等势面的特点．‎ 任务一：完成下列两个问题，总结并写出静电力做功特点。‎ ‎1．如图1所示，试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中，沿直线从A移动到B，静电力做的功为多少？若q沿折线AMB从A点移动到B点，静电力做的功为多少？‎ 图1‎ 答案　静电力F＝qE，静电力与位移夹角为θ，静电力对试探电荷q做的功W＝F·|AB|cos θ＝qE·|AM|.在线段AM上静电力做的功W1＝qE·|AM|，在线段MB上静电力做的功W2＝0，总功W＝W1＋W2＝qE·|AM|.‎ ‎2．若q沿任意曲线从A点移动到B点，静电力做的功为多少？由此可得出什么结论．‎ 答案　W＝qE·|AM|.电荷在匀强电场中从不同路径由A运动到B，静电力做功相同．说明静电力做功与路径无关，只与初、末位置有关．‎ 总结静电力做功的特点 ‎1．静电力做功的特点：静电力对某电荷所做的功，与该电荷的电荷量有关，与电荷经过的路径无关，与电场是否是匀强电场也无关．‎ ‎2．静电力做功与重力做功相似，只要初、末位置确定了，移动电荷q做的功就是确定值．‎ 任务二：仔细阅读课本，完成下列问题。‎ 类比重力做功与重力势能变化的关系，静电力做正功，电势能如何变化？静电力做负功，电势能如何变化？静电力做功与电势能变化有怎样的数量关系？‎ 答案　静电力做正功，电势能减少；静电力做负功，电势能增加．‎ 静电力做功的值等于电势能的变化量，即：WAB＝EpA－EpB.‎ 总结电势能特点：‎ ‎1．电势能：由于移动电荷时静电力做的功与移动的路径无关，电荷在电场中也具有势能，这种势能叫做电势能，可用Ep表示．‎ ‎2．电场力做功是电势能变化的量度，用公式表示为WAB＝EpA－EpB，即电场力做正功，电荷的电势能减少，电场力做负功，电荷的电势能增加．‎ ‎3．电荷在某点的电势能，等于把它从这点移动到零势能位置时静电力做的功．‎ ‎4．电势能具有相对性．‎ 电势能零点的规定：通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为零，或把电荷在大地表面上的电势能规定为零．‎ 当正电荷顺着电场线运动时，静电力做什么功？电势能是增加还是减少？当负电荷顺着电场线运动时，静电力做什么功？电势能是增加还是减少？‎ 答案　正电荷顺着电场线运动时，静电力做正功，电势能减少．负电荷顺着电场线运动时，静电力做负功，电势能增加．‎ 任务三：阅读课本，完成下列问题。‎ ‎1.如图2所示的匀强电场，场强为E，取O点为零势能点，A点距O点为l，AO连线与电场线的夹角为θ.电荷量分别为q和2q的试探电荷在A点的电势能为多少？电势能与电荷量的比值各是多少？‎ 图2‎ 答案　由EpA－EpO＝WAO＝Eqlcos θ，知电荷量为q和2q的试探电荷在A点的电势能分别为Eqlcos θ、2Eqlcos θ；电势能与电荷量的比值相同，都为Elcos θ.‎ 总结提高：‎ ‎1．电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值，叫做这一点的电势．如果用φ表示电势，用Ep表示电荷q的电势能，则φ＝，单位为伏特，符号为V.‎ ‎2．电势的标量性：电势是标量，只有大小，没有方向，但有正负之分，电势为正表示比零电势高，电势为负表示比零电势低．‎ ‎3．电势的相对性：零电势点的选取原则：一般选大地或无限远处为零电势点，只有选取了零电势点才能确定某点的电势大小．‎ ‎4．电势是描述电场性质的物理量，决定于电场本身，与试探电荷无关．‎ ‎5．判断电势高低的方法：‎ ‎(1)利用电场线：沿着电场线方向电势逐渐降低(此为主要方法)；‎ ‎(2)利用公式φ＝判断，即在正电荷的电势能越大处，电势越高，负电荷电势能越大处，电势越低．‎ 任务四：阅读课本，完成下列问题。‎ ‎1．类比地图上的等高线，简述什么是等势面？‎ 答案　电场中电势相等的点构成的面．‎ ‎2．为什么等势面一定跟电场线垂直？‎ 答案　在同一等势面上移动电荷时，电势能不变，所以电场力不做功，即电场力方向与等势面垂直，如果不垂直，电场强度就有一个沿着等势面的分量，在等势面上移动电荷时静电力就要做功，所以等势面一定跟电场线垂直．‎ 总结提高：‎ ‎1．电场中电势相同的各点构成的面叫等势面．‎ ‎2．等势面的特点：‎ ‎(1)在同一等势面上移动电荷时，静电力不做功．‎ ‎(2)电场线跟等势面垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面．‎ ‎(3)等势面密的地方，电场强度较强；等势面疏的地方，电场强度较弱．‎ ‎(4)任意两个等势面不相交．‎ ‎[延伸思考]　请大致画出点电荷、等量异号点电荷、等量同号点电荷和匀强电场的等势面．简述它们的特点？‎ 答案　‎ ‎(1)点电荷的等势面：点电荷的等势面是以点电荷为球心的一簇球面．‎ ‎(2)等量异号点电荷的等势面：等量异号点电荷的连线上，从正电荷到负电荷电势越来越低，中垂线是一等势线．‎ ‎(3)等量同号点电荷的等势面：等量正点电荷连线的中点电势最低，中垂线上该点的电势最高，从中点沿中垂线向两侧，电势越来越低．连线上和中垂线上关于中点的对称点等势．等量负点电荷连线的中点电势最高，中垂线上该点的电势最低．从中点沿中垂线向两侧，电势越来越高，连线上和中垂线上关于中点的对称点等势．‎ ‎(4)匀强电场的等势面：匀强电场的等势面是垂直于电场线的一簇平行等间距的平面．‎ 说明：等势面密集处电场线也密集．任意两个等势面不会相交．‎