【创新设计】2013-2014学年高中物理鲁科版选修3-1第2章2-2电势与等势面

自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练第2节电势与等势面自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练1．知道电势的概念，知道电势和电场强度是反映电场性质的两个物理量．2．知道等势面的概念．能画出点电荷、两个等量同种电荷和两个等量异种电荷产生的电场的等势面．知道电荷在任何一个等势面上运动时电场力都不做功．3．了解尖端放电现象．知道避雷针的原理．有将物理知识应用于生活和生产实践的意识，培养运用物理知识解决实际问题的能力．4．知道同一事物可以用多种方式、从不同角度来描述.自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练一、电势1．概念：电荷在电场中某点的电势能与它的电荷量的，叫做该点的电势．2．公式和单位：电势的定义公式为，国际单位是，符号是.3．相对性：电势也是相对的，常取离场源电荷无限远处的电势为零，大地的电势为零．电势可以是正值，也可以是负值，没有方向，因此是．4．与电场线关系：沿电场线的方向电势．比值φ＝Epq伏特V标量降低自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练二、等势面1．定义：电场中相同的各点构成的面，叫做等势面．2．等势面：是为了形象描述电场而引入的(如图2－2－1所示)．电势图2－2－1自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练三、尖端放电电荷在导体表面的分布与导体的弯曲程度有关，导体表面突出和尖锐的地方，电荷的分布密集，因此导体尖端附近的电场很强，空气中残留的带电粒子在强电场的作用下发生剧烈的运动，把空气中的气体分子撞散，使分子中的分离，这种现象叫空气的电离．中性的分子电离后变成带负电的自由电子和失去电子而带正电的离子，这些带电粒子在强电场下加速、撞击空气中的分子使它们进一步电离，产生更多的带电粒子，那些所带电荷与导体尖端电荷符号相反的粒子由于被而奔向尖端，与尖端上的电荷中和，这相当于导体从尖端，这个现象叫尖端放电.正、负电荷吸引失去电荷自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练一、电势高低的判断方法1．电场线法沿电场线方向，电势越来越低．2．场源电荷判断法离场源正电荷越近的点，电势越高；离场源负电荷越近的点，电势越低．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练3．做功判断法静电力对正电荷做正功，电荷从高电势向低电势移动，静电力对负电荷做正功，电荷从低电势向高电势移动．反之，静电力对正电荷做负功，电荷从低电势向高电势移动，静电力对负电荷做负功，电荷从高电势向低电势移动．另外，如果把电荷从一点移到另一点，静电力做功为零，则这两点电势相等．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练4．根据公式Ep＝qφ判断：设φA＞φB.当q＞0时，qφA＞qφB，即EpA＞EpB.当q＜0时，qφA＜qφB，即EpA＜EpB.可总结为：正电荷在电势高的地方电势能大，在电势低的地方电势能小．负电荷在电势高的地方电势能小，在电势低的地方电势能大．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练二、对等势面的正确理解1．等势面的特点(1)在等势面内任意两点间移动电荷，电场力不做功．(2)在空间中两等势面不相交．(3)电场线总是和等势面垂直，且从电势较高的等势面指向电势较低的等势面．(4)在电场线密集的地方，等差等势面密集；在电场线稀疏的地方，等差等势面稀疏．(5)等势面是为描述电场的性质而假想的面．(6)等势面的分布与零电势点的选取无关．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练2．等势面的应用(1)由等势面可以判断电场中各点电势的高低及差值．(2)由等势面可以判断静电力对移动电荷做功的情况．(3)已知等势面的形状分布，可以绘制电场线．(4)由等差等势面的疏密，可以比较不同点场强的大小．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练3．等势面与电场线的区别与联系电场线等势面物理意义形象描述电场强度的分布形象描述电场中各点电势的分布来源从正电荷发出，终止于负电荷电场中电势相同的各点构成的面图线特点带箭头的不闭合的曲线，两电场线不相交可以闭合，也可以不闭合，不同等势面不相交描述电场曲线上某一点的切线方向为场强方向，疏密表示场强大小曲线上某一点指向低电势，等势面的垂线方向为场强方向，等差等势面的疏密表示场强大小做功情况电荷沿电场线移动时电场力必做功电荷沿等势面移动时电场力不做功联系(1)沿电场线方向电势降低(2)电场线与等势面垂直(3)由一种图线可画出另一种图线自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练【典例1】将带电荷量为6×10－6C的负电荷从电场中的A点移到B点，克服电场力做了3×10－5J的功，再从B移到C，电场力做了1.2×10－5J的功，则(1)电荷从A移到B，再从B移到C的过程中电势能共改变了多少？(2)如果规定A点的电势为零，则该电荷在B点和C点的电势能分别为多少？B点和C点的电势分别为多少？(3)如果规定B点的电势为零，则该电荷在A点和C点的电势能分别为多少？A点和C点的电势分别为多少？自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练解析(1)WAC＝WAB＋WBC＝(－3×10－5＋1.2×10－5)J＝－1.8×10－5J.可见电势能增加了1.8×10－5J.(2)如果规定A点的电势为零，由公式得该电荷在B点的电势能为EpB＝EpA－WAB＝0－WAB＝3×10－5J.同理，C点的电势能为EpC＝EpA－WAC＝0－WAC＝1.8×10－5J.两点的电势分别为：φB＝EpBq＝3×10－5－6×10－6V＝－5V.φC＝EpCq＝1.8×10－5－6×10－6V＝－3V.自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练答案见解析(3)如果规定B点的电势为零，则该电荷在A点的电势能为：EpA′＝EpB′＋WAB＝0＋WAB＝－3×10－5J.C点的电势能为EpC′＝EpB′－WBC＝0－WBC＝－1.2×10－5J.两点的电势分别为：φA′＝EpA′q＝－3×10－5－6×10－6V＝5V.φC＝EpC′q＝－1.2×10－5－6×10－6V＝2V.自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练借题发挥(1)电势和电势能具有相对性，与零势面的选择有关．(2)由φ＝Epq求电势时，可将各量的“＋”、“－”直接代入计算，这样更方便．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练【变式1】如图2－2－2所示，真空中等量异种点电荷放置在M、N两点，在MN的连线上有对称点a、c，MN连线的中垂线上有对称点b、d，则下列说法正确的是()．A．a点场强与c点场强一定相同B．a点电势一定低于c点电势C．负电荷在c点电势能一定大于在a点电势能D．正电荷从d点移到b点电场力不做功图2－2－2自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练解析根据真空中等量异种点电荷电场线分布特点，在MN的连线上对称点a、c场强一定相同，故A正确；因沿着电场线方向电势逐渐降低，但电场方向未知，则a点电势不一定低于c点电势，故B错误；电荷从a点移到c点，电场力做功正负未知，则不能判断电势能增减，负电荷在c点电势能不一定大于在a点电势能，故C错误；而MN连线的中垂线是等势线，其上的对称点b、d电势相等，则正电荷从d点移到b点电场力不做功，故D正确．答案AD自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练【典例2】位于A、B处的两个带有不等量负电的点电荷在平面内电势分布如图2－2－3所示，图中实线表示等势线，则()．A．a点和b点的电场强度相同B．正电荷从c点移到d点，电场力做正功C．负电荷从a点移到c点，电场力做正功D．正电荷从e点沿图中虚线移到f点，电势能先减小后增大图2－2－3自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练解析a、b两点场强方向不同，A错．c点电势低于d点，正电荷从c点移到d点，即正电荷向高电势处移动、电场力做负功，B错．a点电势低于c点，从a到c，把负电荷向高电势处移动，电场力做正功，C对．从e到f，电势先变低后变高，故沿此方向移动正电荷，电场力先做正功，后做负功，电势能先减小后增大，D对．答案CD自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练借题发挥等势面的应用(1)利用等势面和电场线垂直以及沿电场线电势降低的特点可判断电场线的方向．(2)利用等势面的密集程度也可以比较场强大小，密大疏小．(3)在等势面上移动电荷时，或者带电粒子从一个等势面运动又返回到这个等势面上时，电场力均不做功．自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练【变式2】如图2－2－4所示，某区域电场线左右对称分布，M、N为对称线上的两点．下列说法正确的是()．A．M点电势一定高于N点电势B．M点场强一定大于N点场强C．正电荷在M点的电势能大于在N点的电势能D．将电子从M点移动到N点，电场力做正功图2－2－4自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练解析沿电场线方向，电势降低，所以M点电势一定高于N点电势，A正确；电场线的疏密程度表示电场的强弱，由题图可知，M点场强一定小于N点场强，B错；正电荷q在M点的电势能EpM＝qφM，在N点的电势能EpN＝qφN，由于φM＞φN，所以EpM＞EpN，C正确；电子在电场中受电场力的方向沿NM指向M，故从M移动到N，电场力做负功，D错误．答案AC自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练电势的计算1．如图2－2－5所示，光滑绝缘杆竖直放置，它与以正点电荷Q为圆心的某一圆周交于B、C两点，质量为m，带电荷量为－q的有孔小球从杆上的A点无初速度下滑，已知q≪Q，AB＝h，小球滑到B点时速度大小为3gh，则小球从A运动到B的过程中，电场力做多少功？若取A点电势为零，C点电势是多大？图2－2－5自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练解析点电荷的等势面是以点电荷为球心的同心球面．从A到B，由动能定理得mgh＋W＝12mv2B，故W＝12mgh.由于A点电势为零，所以在A点电势能为零．故在B点电势能EpB＝－W＝－12mgh，所以B点电势φB＝EpB－q＝－12mgh－q＝mgh2q，由于B、C两点电势相等，所以φC＝φB＝mgh2q.答案12mghmgh2q自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练2．设电荷只受电场力的作用，则下述说法正确的是()．A．负电荷只能朝着电势能减小的地方运动B．正电荷只能朝着电势低的地方运动C．初速度为零的负电荷一定朝着电势能减小的地方运动D．初速度为零的正电荷一定朝着电势降低的地方运动电势高低的判断自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练解析电荷初速度为零时，运动方向由所受静电力的方向决定，负电荷大体是逆着电场强度的方向运动，静电力做正功，电势能减小，正电荷顺着电场强度的方向运动，沿着运动的方向，电势降低，CD正确．电荷初速度不为零时，运动方向由初速度方向和所受静电力的方向决定，可能做加速运动，也可能做减速运动，可能朝电势低的地方运动，也可能朝电势高的地方运动，A、B错误．答案CD自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练3．一个带电粒子在匀强电场中运动的轨迹如图2－2－6中曲线AB所示，平行的虚线a、b、c、d表示该电场中的四个等势面．不计粒子重力，下列说法中正确的是()．A．该粒子一定带正电B．四个等势面中a等势面的电势一定最低C．该粒子由A到B过程中动能一定逐渐减小D．该粒子由A到B过程中电势能一定逐渐减小图2－2－6自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练解析由粒子的运动轨迹可知，粒子受向上的电场力，由于粒子带电正负不确定，所以无法判断电场线的方向，无法判断电势高低，A、B错；由A到B的运动过程中，静电力做正功，所以粒子的动能增大，电势能减小．C错D正确．答案D自主学习名师解疑分类例析活页规范训练课堂对点演练单击此处进入活页规范训练