2019-2020学年新教材高中物理 第2章 电势能与电势差 第2节 电势与等势面课件 鲁科版必修第

第2章电势能与电势差第2节电势与等势面【学习素养·明目标】物理观念：1.知道电势的概念，理解其相对性；能正确区分电势与电势能和电场强度.2.理解等势面的概念，掌握等势面的特点及几种典型电场中等势面的分布情况．科学思维：1.体会用比值法定义电势.2.能通过类比等高线理解等势面.3.会根据电场线和等势面的规律分析带电体的运动轨迹问题．自主探新知预习一、电势1．定义：电荷在电场中某点的电势能跟电荷量的，称为该点的电势．2．公式和单位：电势的定义公式为φ＝____，国际单位是_____，符号是.VEpq比值伏特3．相对性：电势也是相对的，常取离场源电荷无穷远处的电势______，也常选大地的电势为零．电势可以是，也可以是_____，没有方向，因此是．4．与电场线关系：沿电场线的方向电势．为零正值负值标量逐渐降低二、等势面1．定义：电场中的点构成的面．2．性质(1)在同一等势面上移动电荷，电场力．(2)电场线跟等势面一定，并且由的等势面指向________的等势面．(3)等差等势面密集处电场线，说明此处电场强度．电势相等不做功垂直电势高电势低密集较大1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)沿一条电场线方向上的各点，电势不可能相同．()(2)电场中某点的电势与Ep成正比，与q成反比．()[提示]电场中某点电势仅与电场本身相关，与q无关．(3)电荷在等势面上移动时不受电场力作用，所以不做功．()[提示]在等势面上移动时，力与位移垂直，故不做功．××√(4)等势面上各点电势、场强均相同．()[提示]场强是矢量，方向不一定相同．(5)电场线与等势面垂直．()×√2．(多选)每到夏季，各地纷纷进入雨季，雷雨等强对流天气频繁发生．当我们遇到雷雨天气时，一定要注意避防雷电．下列说法正确的是()A．不宜使用无防雷措施或防雷措施不足的电器及水龙头B．不要接触天线、金属门窗、建筑物外墙，远离带电设备C．固定电话和手提电话均可正常使用D．在旷野，应远离树木和电线杆ABD[表面具有突出尖端的导体，在尖端处的电荷分布密度很大，使得其周围电场很强，就可能使其周围的空气发生电离而引发尖端放电．固定电话和手提电话的天线处有尖端，易引发尖端放电对人体造成伤害，故不能使用，选项A、B、D正确，C错误．]3．在静电场中，下列说法正确的是()A．电场强度为零的地方，电势一定为零；电势为零的地方，电场强度也一定为零B．电场线密的地方，电势一定高；电场线稀的地方，电势一定低C．电场线与等势面可以垂直，也可以不垂直D．电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面D[电场强度与电势间大小没有一定的关系，选项A错误；电场线密的地方，电场强度一定大，但电势不一定高，选项B错误；电场线与等势面一定垂直，选项C错误；根据“沿着电场线方向电势逐渐降低”可知，电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面，选项D正确．]合作攻重难探究电势的概念及电势高低的判断1.电势的理解(1)电势的相对性：电场中某点的电势跟零电势位置的选取有关，常选取无限远处或大地的电势为零．(2)电势的固有性：电势φ＝Epq是定义式，φ的大小由电场本身决定，与试探电荷、电荷的电性及电荷量均无关．(3)电势是标量：一般选无穷远处或大地处电势为零．正值表示该点电势高于零电势点，负值表示该点电势低于零电势点．正、负只表示大小，不表示方向．2．电势高低的判断方法判断角度判断方法场源电荷正负法取无穷远处电势为零，正电荷周围电势为正值，负电荷周围电势为负值；靠近正电荷处电势高，靠近负电荷处电势低电场线方向法沿着电场线方向电势逐渐降低；逆着电场线方向电势逐渐升高电场力做功法电场力做正功，电势能减少，若为正电荷，电势降低；若为负电荷，电势升高．电场力做负功，电势能增加，若为正电荷，电势升高；若为负电荷，电势降低电势能高低法正电荷的电势能大处电势高，负电荷的电势能大处电势低【例1】如图所示，电子在一条电场线上从a点运动到b点，电势能增加，试判定a、b两点电势的高低．[解析]解法一：利用电场线的方向来判断．由于电势能增加，电场力一定做负功，即电场力方向和电荷运动方向相反，由b指向a，而负电荷受电场力的方向和场强方向相反，场强方向应是由a指向b，因此电场线的方向是由a指向b.沿着电场线的方向电势越来越低，a点电势比b点电势高．解法二：利用电场力做功公式来判断．由于电势能增加，电场力一定做负功，即Wab为负值，而q是负电荷，即q为负值．由Wab＝q(φa－φb)，得φa－φb＞0，故φa＞φb.解法三：利用电势能判断．正电荷在电势越高的地方电势能越大，负电荷在电势越高的地方电势能越小，而本题已知条件是负电荷在a点电势能较低，故a点电势高．[答案]a点电势比b点电势高由以上分析可知，电势高低的判断方法有多种，但解法一和解法三较为简便，因此在具体应用时，可根据题目中的条件，灵活选择方法判断.1．三个点电荷电场的电场线分布如图所示，图中a、b两点处的场强大小分别为Ea、Eb，电势分别为φa、φb，则()A．EaEb，φaφbB．EaEb，φaφbC．EaEb，φaφbD．EaEb，φaφbC[由图可以看出a处电场线更密，所以EaEb，根据对称性，a处的电势应与右侧负电荷附近对称点的电势相等，再根据沿电场线方向电势降低可以判定φbφa.故C项正确．]2．把电荷q＝－5×10－6C从无穷远处移到电场中的A点，克服电场力做了1.0×10－6J的功，再把q从A点移到B点，电场力对电荷做了4×10－7J的功，A点电势为________V，B点电势为________V.[答案]－0.2－0.12[解析]该题考查电势的计算，解题的关键就是掌握电场力做功和电势能变化的关系以及电势的概念．无穷远处就是电势能为零的位置，克服电场力做功，电势能增加，则电荷在A点具有的电势能EA＝1.0×10－6J，根据电势的概念，φA＝EAq＝－0.2V；又把电荷从A移到B，电场力做了正功，则到B点时电场力做的总功W＝－1.0×10－6J＋4×10－7J＝－0.6×10－6J，即电荷在B点具有EB＝0.6×10－6J的电势能，同理，可得B点的电势φB＝EBq＝－0.12V.[点评]考查电势的概念的题目，要注意零电势点的选取．然后确定所求点的电势能，根据公式求解.等势面的理解与计算1.等势面的特点(1)在同一等势面上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)电场线方向总是和等势面垂直，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)等势面是为了描述电场的性质而假想的面．(6)等势面的分布与电势零点的选取无关．2．几种常见电场的等势面等势面图形特点点电荷以点电荷为球心的一簇球面等量异种点电荷两簇对称的曲面等量同种点电荷两簇对称的曲面匀强电场垂直于电场线的一簇平面形状不规则的带电导体不规则曲面【例2】空间中P、Q两点处各固定一个点电荷，其中P点处为正电荷，P、Q两点附近电场的等势面分布如图所示，a、b、c、d为电场中的四个点．则()A．P、Q两点处的电荷等量同号B．a点和b点的电场强度相同C．c点的电势低于d点的电势D．负电荷从a到c，电势能减少D[根据题图可知，该电场是等量异号点电荷的电场，故A错误．根据电场的对称性，a、b两点的电场强度大小相等，而方向不同，故B错误．c点所在等势面距离P点(正电荷)比d点所在等势面距离P点近，c点的电势较高，故C错误．负电荷从a到c，电场力做正功，所以电势能减少，故D正确．]等势面和电场线的应用(1)已知等势面的情况，可作等势面的垂线来确定电场线，并由“电势降低”的方向确定电场线方向．(2)已知电场线时，可作电场线的垂线来确定等势面，并由“沿电场线方向电势降低”确定等势面的电势高低．3．一对等量正点电荷的电场线(实线)和等势线(虚线)如图所示，图中A、B两点电场强度分别是EA、EB，电势分别是φA、φB，负电荷q在A、B时的电势能分别是EpA、EpB，下列判断正确的是()A．EA＞EB，φA＞φB，EpA＜EpBB．EA＞EB，φA＜φB，EpA＜EpBC．EA＜EB，φA＞φB，EpA＞EpBD．EA＜EB，φA＜φB，EpA＞EpBA[A处电场线比B处密集，故EAEB；离正电荷越近电势越高，故φAφB；负电荷在A、B处的电势能EpAEpB，故A正确．]4．如图所示，虚线A、B、C为某电场中的三条等势线，其电势分别为3V、5V、7V，实线为带电粒子在电场中运动时的轨迹，P、Q为轨迹与等势线A、C的交点，带电粒子只受电场力，则下列说法正确的是()A．粒子可能带负电B．粒子在P点的动能大于粒子在Q点的动能C．粒子在P点的电势能大于粒子在Q点的电势能D．粒子在P点受到的电场力大于粒子在Q点受到的电场力B[由等势线与电场线垂直可画出电场线，确定带电粒子运动所受电场力的方向偏向左侧，粒子在P点的动能大于在Q点的动能，B正确．由于带电粒子只受电场力，带电粒子运动时动能和电势能之和保持不变，根据A、B、C三条等势线的电势分别为3V、5V、7V，可确定电场线方向偏向左侧，粒子带正电，粒子在P点电势能小于粒子在Q点电势能，A、C错误．由等势面的疏密可知电场强度的大小，进而由F＝qE可判断电场力的大小关系，由示意图可知，P点处的等势面比Q点处的稀疏，可见P点处的场强较小，故P点受到的电场力小于在Q点受到的电场力，D错误．]当堂固双基达标1．在静电场中，关于场强和电势的说法中正确的是()A．电场强度大的地方电势一定高B．电势为零的地方场强也一定为零C．场强为零的地方电势也一定为零D．场强大小相同的点电势不一定相同D[电场强度和电势没有必然联系，场强大的地方电势不一定高，电势高处的电场强度也不一定大，故选项D正确．]2．关于静电场的等势面，下列说法正确的是()A．两个电势不同的等势面可能相交B．电场线与等势面处处相互垂直C．同一等势面上各点电场强度一定相等D．将一负的试探电荷从电势较高的等势面移至电势较低的等势面，电场力做正功B[在静电场中，两个电势不同的等势面不会相交，选项A错误；电场线与等势面一定相互垂直，选项B正确；同一等势面上的电场强度可能相等，也可能不相等，选项C错误；电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面，沿电场线移动负试探电荷时，电场力做负功，选项D错误．]3．将一正电荷从无穷远处移至电场中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φM、φN的关系为()A．φM＜φN＜0B．φN＞φM＞0C．φN＜φM＜0D．φM＞φN＞0C[取无穷远处电势φ∞＝0.对正电荷：W∞M＝0－EpM＝－qφM，φM＝－W∞Mq＝－6×10－9Jq；对负电荷：WN∞＝EpN－0＝－qφN，φN＝－WN∞q＝－7×10－9Jq；所以φN＜φM＜0，选项C正确．]4．(多选)如图所示，虚线同心圆是某静电场中的一簇等势面，其电势分别是φa、φb和φc，一带正电粒子射入电场中，运动轨迹如图中实线KLMN所示．由图可知()A．粒子从K到L的过程中，静电力做负功，电势能增加B．粒子从M到N的过程中，静电力做负功，电势能增加C．φa＞φb＞φcD．φa＜φb＜φcAD[由题图所示等势面的分布规律可知，该电场为点电荷的电场．由运动轨迹可知，运动的正粒子跟场源电荷的相互作用是排斥，所以场源电荷是正电荷．根据电场线与等势面垂直，电场线的分布是发散状辐射向外的，粒子从K到L受静电力的方向与速度方向成钝角，静电力做负功，电势能增加，A正确；从M到N，受到的静电力与速度方向成锐角，静电力做正功，电势能减少，B错误；根据沿电场线方向电势降低可知，D正确．]