第一章 第四节 电势能与电势-【导与练】2022-2023学年新教材高中物理必修第三册同步全程学习全书word（粤教版）

第四节　电势能与电势 [课标引领] 学业质量水平要求 合格性考试 1.知道电场力做功的特点,掌握电场力做功与电势能变化的关系。 2.能用比值定义法定义电势 选择性考试 1.通过类比法分析得出电场力做功与电势能变化的关系。 2.理解电势的定义、定义式、单位,能根据电场线判断电势高低 一、电场力做功 1.电场力做功:在匀强电场中,电场力做功W=qElcos θ,其中θ为电场力与位移方向之间的夹角。 2.电场力做功的特点:在匀强电场中移动电荷时,电场力做的功只与电荷的电量及其起点、终点的位置有关(选填“有关”或“无关”),与路径无关(选填“有关”或“无关”)。更多的研究表明,这一结论也适用于非匀强电场。 二、电势能 1.电势能:电荷在电场中具有的势能,用Ep表示。 2.电场力做功与电势能变化的关系:电场力做的功等于电势能的变化量。 表达式:WAB=EpA-EpB。 3.电势能的大小:电荷在电场中某点的电势能大小等于把它从这点移动到零电势能位置时电场力做的功。 4.零电势能位置:电场中规定的电势能为零的位置,通常把离场源电荷无穷远处或大地处的电势能规定为零。 三、电势 某静电场的电场线分布如图所示,试比较图中P、Q两点的场强的大小及电势的高低。 答案:根据电场线的疏密可判断P点场强大于Q点场强;由于沿着电场线的方向电势逐渐降低,P点电势高于Q点电势。 1.定义:电荷在电场中某一点的电势能与它的电量的比值。 2.公式:=。 3.单位:国际单位制中,电势的单位是伏特,符号是V,1 V=1 J/C。 4.特点 (1)相对性:电场中各点电势的高低,与电势零点的选取有关,一般情况下取离场源无限远或大地为电势零点。 (2)标矢性:电势是标量,只有大小,没有方向,但有正负。电势为正值表示比零电势高,电势为负值表示比零电势低。 5.与电场线的关系:沿电场线方向电势逐渐降低。 四、等势面 如图所示是我们在地理上学到的等高线的表示方法,类比到电场中,我们怎么用类似的方法表示电场中电势相等的各点呢? 答案:等势面。 1.定义:电场中电势相同的各点构成的面。 2.等势面的特点 (1)在同一等势面上移动电荷时电场力不做功。 (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)两个不同的等势面永不相交。 1.判断 (1)在静电场中沿电场线方向移动正电荷时,电场力做正功。(　√　) (2)电荷处在电场中,在电势越高的位置电势能一定越大。(　×　) (3)在电场中确定的两点间移动电荷量大小相等的正、负电荷时,电势能变化相同。(　×　) 2.对比电场力做功与重力做功的特点,它们有什么相同之处?重力做功引起重力势能的变化,电场力做功引起什么能的变化?重力做功与重力势能变化的关系是什么?电场力做功与电势能变化的关系是什么? 答案:电场力做功和重力做功都与路径无关;电场力做功引起电势能的变化;重力对物体做正功,重力势能减少,重力对物体做负功,重力势能增加,即WG=Ep1-Ep2;电场力做正功时,电势能减少,电场力做负功时,电势能增加,即WAB=EpA-EpB。 3.夏天的雨季,电闪雷鸣,常见被雷击毁的动物、植物、建筑物等,说明雷电蕴藏着巨大的能量。美国科学家富兰克林就曾经收集过雷电,不幸被雷电击伤。你知道从天而降的闪电能否做功吗? 答案:能做功;云层由于相互摩擦产生了静电,当云层中的电荷积累到一定程度,而又有放电路径时,就会放电,形成闪电。这种电荷的移动是在电场力作用下进行的,电场力对电荷做了功,因此说闪电能做功。 探究点一　电场力做功和电势能的变化 我们知道重力做正功,物体的重力势能减少,其高度降低(如图甲);当重力做负功,物体的重力势能增加,其高度升高(如图乙)。那么当电场力做正功(或负功)时(如图丙),其电势能又是怎样变化的呢? 答案:电场力做正功(或负功)时,其电势能减少(或增加)。 1.电场力做功正、负的判定 (1)若电场力是恒力,当电场力方向与电荷位移方向夹角为锐角时,电场力做正功;夹角为钝角时,电场力做负功;夹角为直角时,电场力不做功。 (2)根据电场力和瞬时速度方向的夹角判断。此法常用于判断曲线运动中变化的电场力的做功情况。夹角是锐角时,电场力做正功;夹角是钝角时,电场力做负功;电场力和瞬时速度方向垂直时,电场力不做功。 (3)若物体只受电场力作用,可根据动能的变化情况判断。根据动能定理,若物体的动能增加,则电场力做正功;若物体的动能减少,则电场力做负功。 2.电势能的性质 性质 理解 系统性 电势能是由电场和电荷共同决定的,是属于电荷和电场所共有的,我们习惯上说成电荷的电势能 相对性 电势能是相对的,其大小与选定的电势能为零的参考点有关。确定电荷的电势能,首先应确定参考点 标矢性 电势能是标量,有正负