2011年高考物理一轮复习极品课件9-专题2电势差_电势_电势能

专题二电势差电势电势能知识自主·梳理一、电势差、电势、电势能、等势面1．电势差(1)定义：电荷在电场中，由一点A移动到另一点B时，电场力与移动电荷所带电量q的比值，即UAB＝.(2)影响因素：电势差UAB与电场力做功WAB无关，与电荷所带电量q无关．它是由决定的，与初、末位置有关，与零电势点的选取．(3)大小：A、B两点间的电势差在数值上等于移动电场力所做的功．所做的功WAB电场本身的性质无关单位正电荷(4)标矢性：是，但有正负，UAB＝.(5)与场强的关系：①适用条件：匀强电场中，d为方向的距离．②数值关系：匀强电场中，场强等于沿方向单位距离上的电势差．标量－UBAU＝Ed沿电场线电场线2.电势(1)定义：电场中某点A与零电势点间的．(2)大小：等于由该点移动到零电势点时电场力所做的功．(3)标矢性：电势是标量，只有大小，没有方向，其正(负)号表示该点电势比高(低)．(4)相对性：同一点的电势随的选择的不同而不同．通常选取(或)的电势为零．注意：电势差无相对性，它与零电势点的选取无关．电势差单位正电荷零电势点零电势点大地无穷远处(5)电势与电势差的关系：UAB＝φA－φB①若UAB0，即φAφB，表示A点电势φAB点电势φB.②若UAB0，即φAφB，表示A点电势φAB点电势φB.高于低于3.电势能(1)定义：电荷在电场中所具有的与有关的势能．(2)物理意义：描述电荷的本领．(3)特点：电势能是电荷与共有的，且具有相对性，通常取为电势能的零点．(4)标矢性：是，只有大小、没有方向、正负，即表示能的大小．电荷位置做功所在电场无穷远处或大地标量4.等势面(1)定义：电场中的各点构成的面．(2)特点：①等势面一定与电场线，即跟场强的方向．②在上移动电荷时电场力不做功．③电场线总是从的等势面指向的等势面．④在空间的地方两等势面不相交．⑤等差等势面越密的地方电场强度；反之．⑥电场线和等势面都是人们虚拟出来的形象描述的一种工具．电势相同垂直垂直同一等势面电势高电势低没有电荷越大越小电场♦重点辨析(1)电势φ与场强E是描述电场的两个不同角度，二者间无直接必然联系．(2)沿电场线方向，电势降低，反之则不一定，只有电势降落最快的方向才是电场强度的方向．二、电场力做功与电势能的改变1.电场力做功(1)特点：电场力做功与电荷移动的路径，只取决于和电荷的．(2)正负：正电荷沿着移动(负电荷移动)，电场力做正功；反之，电场力做负功．2.电场力做功和电势能改变的关系电场力做正功时，电荷的电势能，电场力做负功时，电荷的电势能．电场力做功的多少电势能的变化量．无关初、末位置的电势差逆着场强方向减小增加等于场强方向电量♦重点辨析(1)电势φ、电势能Ep都具有相对性，与零电势点的选取有关．电势差U、电场力做功W则无相对性，与零电势点的选取无关．(2)电势φ、电势差U都可描述电场“能”的性质，电场力做功W、电势能改变ΔEp则不可，它们都与检验电荷有关．方法规律·归纳一、基本物理量的理解1．电场、重力场(万有引力场)的对比电场重力场(万有引力场)意义标量电势(1)φA＝φA＝UAO＋0(2)通常取无穷远(或大地)为零势点.高度：(1)h(2)通常取地面为零势点.(1)描述场中某点“能”的性质(2)相对性，与零势点选取有关(3)＋、－表高低电场重力场(万有引力场)意义标量电势差UAB＝φA－φBUAB＝U＝E·d高度差：Δh(1)描述场中两点间做功本领(2)与零势点选取无关(3)UAB，＋表A比B高，－表A比B低电势能Ep＝q·φ重力势能：Ep＝mg·h(1)相对性：与零势点选取有关(2)系统性：与电荷有关(3)＋、－表大小(多少)电场重力场(万有引力场)意义标量电势能改变ΔEp＝Ep2－Ep1ΔEp＝－W电重力势能改变：(1)ΔEp＝Ep2－Ep1(2)ΔEp＝－WG(1)与零势点选取无关(2)＋、－表能的增减，反映场力功的－、＋电场力做功W电＝qUW电＝－ΔEpW＝F·s·cosθ重力做功：WG＝mg·hWG＝－ΔEp(1)与路径无关(2)＋、－表场力为动力、阻力，反映势能的减、增2.电势高低的判断(1)据电场线的方向：沿电场线方向，电势越来越低．(2)据场源电荷的正负：取无穷远处电势为零，正电荷周围电势为正值，靠近正电荷处电势高；负电荷周围电势为负值，靠近负电荷处电势低．(3)据电势和电势能的关系：正电荷在电势高处电势能大，负电荷在电势低处电势能大．(4)据电场力做功的方法：据定义式UAB＝WABq，将WAB、q的＋、－代入，由UAB的＋、－可判电势高低．二、典型电场的等势面、带电粒子的轨迹问题1．几种典型电场等势面的对照电场等势面(实线)图样重要描述匀强电场垂直于电场线的一族平面点电荷的电场以点电荷为球心的一族球面电场等势面(实线)图样重要描述等量异种点电荷的电场连线中垂面上的电势为零等量同种正点电荷的电场连线上，中点电势最低，而在中垂线上，中点电势最高2.等势面与电场线的关系(1)电场线总是与等势面垂直，且从高等势面指向低等势面．(2)电场线越密的地方，等势面也越密．(3)沿等势面移动电荷，电场力不做功，沿电场线移动电荷，电场力一定做功．3.带电粒子的运动轨迹问题(1)带电粒子运动轨迹的切线方向为该点处的速度方向．(2)带电粒子所受合力(往往仅为电场力)应指向轨迹曲线的凹侧，再依电场力与场强同向或反向，即可准确的确定力的方向．(3)在一段运动过程中，若合力与速度方向的夹角小于90°，则合力做正功，动能增加；若夹角大于90°，则合力做负功，动能减小；若夹角总等于90°，则动能不变．♦特别提醒(1)电场类型多，性质特点不同，遇到题目，首先理清是哪种电场．(2)带电粒子运动轨迹问题，其实是考查力和运动的关系、功能关系，要结合力学规律、方法处理．一、电场中的功能1．电势能大小的判断(1)场源电荷判断法：离场源正(或负)电荷越近，检验正电荷的电势能越大(或小)，检验负电荷的电势能越小(或大)．(2)电场线法：正(负)电荷顺着电场线方向移动时，电势能逐渐减小(增大)；逆着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大(减小)．(3)做功判断法：无论正、负电荷，电场力做正功，电荷从电势能较大的地方移向电势能较小的地方；反之，电荷克服电场力做功，电荷将从电势能较小的地方移向电势能较大的地方．(4)据公式判断：电荷在电场中某点P的电势能Ep＝qφP将q，φP的大小，正负代入公式，Ep的正值越大，电势能越大，负值绝对值越大，电势能减小．(5)根据能量守恒定律判断：在电场中，若只有电场力做功时，电荷的动能和电势能相互转化，动能增加，电势能减小，反之，电势能增加．2.电场力做功的计算方法(1)用功的定义式：W＝Fscosθ＝qEscosθ(只适用于匀强电场)．(2)根据WAB＝qUAB计算(适用于一切电场)．(3)根据电场力做功与电势能变化量的关系，即W＝－ΔEp.(4)由动能定理，得W电＋W非＝ΔEk.二、带电粒子的力电综合问题1.方法同力学问题(本章第一节中有初步介绍)2.研究对象有了正、负电之分，受力分析多了电场力，能量转化中出现了电势能，做功过程多了电场力的功．3.解决办法(1)利用力和运动的关系——牛顿运动定律和匀变速直线运动规律的结合．即：受力和初速决定运动，运动反映受力．一切力学问题的分析基础，特适于恒力作用下的匀变速运动．(2)利用功、能关系——动能定理及其他力的功能关系(如重力、电场力、摩擦力等)及能的转化守恒，即：做功引起并量度了能的改变；无论恒力作用、变力作用、直线运动、曲线运动皆可．(3)利用动量观点——动量定理和动量守恒定律.请在掌握的“规律方法”后打“√”1．电场力做多少正功，电势能就减少多少，利用这个关系，二者之间可以互相求解()2．几个物理量的矢标性：φ——标量，正负表示大小；Ep——标量，正负表示大小；UAB——标量，正负表示A、B两点电势的高低；WAB——标量，正负表示由A到B力对物体运动所起的作用(推进或阻碍)()3．沿电场线方向电势依次降低，且降低最快()4．由Ep＝qφ知，正电荷在电势高的地方电势能大，负电荷在电势低的地方电势能大()5．电势差的大小与零势能点的选取无关，而电势、电势能与之有关()6．场强的大小与电势的大小无必然的联系()7．沿等势面移动电荷，电场力不做功；等差等势面的疏密也能反映电场的强弱()请在走过的“思维误区”后打“！”1．应用公式时，错误代入正负号计算或对正负号的物理意义理解错误()2．易认为电势降低的方向就是场强的方向()3．易认为电荷只要在电势高的地方电势能就大()4．将U＝Ed应用到非匀强电场计算电势差，或在匀强电场中将d理解为两点的距离()5．易将电场线和等势面混淆，对各自的特点和相互关系认识不够()6．应用能量守恒定律时，易漏掉电势能．应用动能定理时，功能关系混乱()真题典例·探究题型1电势高低的判断【例1】如图所示，P、Q是两个电荷量相等的异种电荷，在其电场中有a、b、c三点在一条直线上，平行于P、Q的连线，b在P、Q连线的中垂线上，ab＝bc，下列说法正确的是()A.φaφbφcB.φaφcφbC.EaEbEcD.EbEaEc【解析】(1)假设有一正电荷，从a移动到b，再从b移动到c，电场力分别做什么功？从a到b，从b到c，电势怎样变化？答从a到b和从b到c，电场力均做正功，所以a到b到c的电势逐渐变小．(2)能否从电势的叠加判断a、b、c三点电势高低？答电势是标量，叠加遵从代数加减法则．根据正电荷产生的电势为正，负电荷产生的电势为负，电势大小与电荷多少及距离有关，b点到正、负电荷距离一样远，所以电势为零，a点离正电荷近，所以电势为正，c点到负电荷近，所以电势为负，所以φaφbφc.(3)怎样判断a、b、c三点场强大小？答根据等量异种电荷电场线分布可知Ea＝EcEb，但应注意三处场强方向不同．【答案】A♦思维拓展若将上题中P电荷电性改为负，a、b、c三点电势大小如何？将Q改为正电荷呢？【答案】φa＝φcφbφa＝φcφb【方法归纳】电势高低的判断方法：(1)由电场线方向判断：同一条电场线上，沿着电场线的方向，电势降低．(2)通过计算电势差UAB＝WABq和UAB＝φA－φB判断：若UAB0，则φAφB；若UAB＝0，则φA＝φB；若UAB0，则φAφB.(3)根据场源电荷的电场判断：在正电荷产生的电场中，离它越近，电势越高；在负电荷产生的电场中，离它越远，电势越高．(4)根据电场力做功判断：正电荷在电场力作用下移动时，电场力做正功，电荷由高电势处移向低电势处；电场力做负功，电荷由低电势处移向高电势处．对于负电荷，情况相反．【备选例题1】(2009·北京理综)某静电场的电场线分布如图所示，图中P、Q两点的电场强度的大小分别为EP和EQ，电势分别为UP和UQ，则()A.EPEQ，UPUQB.EPEQ，UPUQC.EPEQ，UPUQD.EPEQ，UPUQ【解析】根据沿着电场线的方向电势是降落的，可以判断出UPUQ；根据电场线的疏密表示电场的弱强，可以判断出EPEQ，故选A.【答案】A题型2电场力做功与电势能增减的判断【例2】一点电荷仅受电场力作用，由A点无初速度释放，先后经过电场中的B点和C点．点电荷在A、B、C三点的电势能分别用EA、EB、EC表示，则EA、EB和EC间的关系可能是()A．EAEBECB．EAEBECC．EAECEBD．EAECEB【解析】(1)由题意能否判断vA、vB、vC的大小关系？答已知vA＝0，电荷经过B点和C点，则vB0，vC0，但不能确定vB、vC的大小关系，即可能vB＝vC，vBvC或vBvC.(2)从A→B和从B→C的过程中，电场力分别做什么功？答A→B：动能增加，电势能减小，电场力做正功．B→C：不能确定动能如何变化，不能确定电势能如何变化，即不能确定电场力做什么功．【答案】AD【方法归纳】判断电势能变化(或比较电势能大小)的方法(1)利用Ep＝qφ来判断：电势能的正负号是表示大小