第十章
1.通过计算匀强电场中移动电荷时静电力所做的功,揭示静电力做功与路径无关的特性。
2.引入电势能类比重力势能,体会能量观点在分析物理问题中的重要性,并进一步领悟物理学的和谐统一。
3.理解电势能的变化与静电力做功的关系。知道常见的电势能零点的规定方法。
4.通过构建电势概念,理解电势是描述电场能量特性的物理量。
点电势的高低。
一、
①如左图,电荷q沿直线AB从A点移动到B点:WAB=F·|AB|·cosθ=qE·|AB|·cos
②如左图,电荷q沿折线AMB从A点移动到B点:
WAM=qE·|AM|WMB=0
③如右图,电荷q沿曲线ANB从A点移动到B点:
2.总结:静电力所做的功仅取决于电荷的初始和最终位置,与路径无关。
二、
1.概念:电荷在静电场中具有的势能。用Ep表示。
静电力做的功等于电势能的减少量,WAB=EpA-EpB。
(1)电势能的大小:电荷在某点的电势能等于将其从该点移至零势能位置时静电力所做的功。
(2)零势能点:在电场中,通常将离场源电荷无限远处或大地表面的电势能规定为零。
电势能属于相互作用的电荷及其所处的电场共同拥有。我们说某个电荷的电势能,只是一种简略的说法。
三、
1.概念:
说明:
2.定义式:φ=。
3.单位:国际单位制中,电势的单位是伏(特),符号是V,1V=1J/C。
(1)相对性:电势的大小在电场中各点取决于所选的零电势位置,通常选取无限远处或大地作为零电势参考点。
(2)固有性:电场中某点的电势大小由电场本身决定,不受该点是否放置电荷、所放电荷量或电势能的影响。
(3)标矢性:电势是标量,正负号不表示方向,表示大小。
5.与电场线关系:沿电场线方向电势逐渐降低。
(1)在静电场中沿电场线方向移动正电荷时,静电力做正功。
(2)在静电场中沿电场线方向移动负电荷时,静电力做正功。
(3)在静电场中电荷运动了一段路程,电场力一定做功。
(4)电荷处在电场中,在电势越高的位置电势能一定越大。
(5)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。
任务一:
[例1]如图所示,A、
A.把正电荷从A移到B,静电力做正功,电荷的电势能增加
B.把负电荷从A移到B,静电力做负功,电荷的电势能增加
C.把负电荷从A移到B,静电力做正功,电荷的电势能增加
D.不论正电荷还是负电荷,从A到B电势能逐渐降低
(1)功能关系相同:
(2)研究对象受力区别:
地球产生的重力场只会对有质量的物体产生引力;而电场对其中的正、负两种电荷产生相反的力,这就要求我们在分析电荷某电场中的受力、做功、电势能等情况时,要考虑电荷的电性。
[变式训练1-2]将带电荷量为6×10-6C的负电荷从电场中的A点移到B点,克服静电力做了3×10-5J的功,再从B移到C,静电力做了1.2×10-5J的功,则:
在从A到B再到C的过程中,该电荷的电势能总共发生了怎样的变化?
(2)若规定A点电势能为零,求该电荷在B点和C点的电势能。
[解析](1)从A移到C,静电力做的功WAC=-3×10-5J+1.2×10-5J=-1.8×10-5J,电势能增加1.8×10-5J。
(2)WAB=EpA-EpB=-3×10-5J,又EpA=0,则EpB=3×10-5
WAC=EpA-EpC=-1.8×10-5J,则EpC=1.8×10-5J。
[答案](1)增加1.8×10-5J(2)3×10-5J1.8×10-5
在上题中,若设定B点的电势能为零,则该电荷在A点和C点的电势能各是多少?
提示:WAB=EpA-EpB=-3×10-5
则EpA=-3×10-5
WBC=EpB-EpC=1.2×10-5J,则EpC=-1.2×10-5J。
[变式训练1-5]一电荷油滴在匀强电场E中运动轨迹如图虚线所示,电场方向竖直向下。若忽略空气阻力,关于带电油滴从a到b的运动过程,以下说法正确的是:
[变式训练1-7]将带电荷量q1=-1.0×10-8一个点电荷C从无限远处被移动到匀强电场中的P点,电场力所做的功为2.0×10^-6焦耳。J,q1在P点受到的电场力是2.0×10-5N,方向向左。试求:
(2)电荷的电势能在移动过程中如何变化?电荷在P点的电势能是多少?
[解析](1)E==N/C=2000N/C,方向向右。
(2)在无穷远处电势能为零,电荷从无穷远处移到P点过程中电场力做负功,导致电势能减少。在P点的电势能等于此过程中电场力做的负功,即Ep=-WP=-2.0×10^-6J。J。
[答案](1)2000N/C向右(2)减少-2.0×10-6
任务二:
[例2]将一电荷量为q=2×10-6一个C的正电荷从无限远处一点P移动至电场中的某点A,静电力所做的功为4×10^-5焦耳。J。求:
(2)正电荷