高中物理第2章電場與示波器研究電場的能的性質(zhì)二學(xué)案滬科版選修3-1(完整版)
【正文】 問題設(shè)計(jì) ] 1．如圖 1 所示的勻強(qiáng)電場，場強(qiáng)為 E，取 O點(diǎn)為零勢能點(diǎn)， A點(diǎn)距 O 點(diǎn)為 l， AO 連線與電場強(qiáng)度反方向的夾角為 q 和 2q 的試探電荷在 A點(diǎn)的電勢能各為多少？電勢能與電荷量的比值是否相同？ 圖 1 答案 由 EpA－ EpO＝ WAO＝ Eqlcos θ，知電荷量為 q 和 2q 的試探電荷在 A點(diǎn)的電勢能分別為 Eqlcos θ、 2Eqlcos θ；雖然電勢能不同，但電 勢能與電荷量的比值相同，都為 Elcos θ. 2．電勢能與電荷量的比值與試探電荷的電荷量是否有關(guān)系？ 答案 沒有關(guān)系． 3．電場中兩點(diǎn)間的電勢差與兩點(diǎn)的電勢之間有怎樣的關(guān)系？ UAB 與 UBA意義是否相同？ 答案 A、 B 兩點(diǎn)間的電勢差與 A、 B 兩點(diǎn)的電勢的關(guān)系為： UAB＝ φA－ φB 同理 UBA＝ φB－ φA 所以 UAB＝－ UBA. UAB 與 UBA所表示的意義不相同． [要點(diǎn)提煉 ] 1．電場中某點(diǎn)的電勢 φ＝ Epq ，在計(jì)算時(shí)應(yīng)代入各自的正負(fù)號． 2．電勢的標(biāo)量性：電勢是標(biāo)量，只有大小，沒有方向，但 有正負(fù)之分，電勢為正表示比零電勢高，電勢為負(fù)表示比零電勢低． 3．電勢的相對性：零電勢點(diǎn)的選取原則：一般選大地或無限遠(yuǎn)處為零電勢點(diǎn)，只有選取了零電勢點(diǎn)才能確定某點(diǎn)的電勢大?。? 4．電勢是描述電場性質(zhì)的物理量，決定于電場本身，與試探電荷無關(guān)． 5．判斷電勢高低的方法： (1)利用電場線：沿著電場線方向電勢逐漸降低 (此為主要方法 )； (2)利用公式 φ＝ Epq 判斷，即在正電荷的電勢能越大處，電勢越高，負(fù)電荷電勢能越大處，電勢越低． [延伸思考 ] 選取不同的零電勢參考面，電場中某兩點(diǎn)的電勢會不同， 兩點(diǎn)之間的電勢差也會隨之改變嗎？ 答案 不會，電勢差與零電勢面的選取無關(guān)． 二、等勢面 [要點(diǎn)提煉 ] 1．電場中電勢相同的各點(diǎn)構(gòu)成的面叫等勢面． 2．等勢面的特點(diǎn)： (1)在等勢面上移動電荷時(shí)，電場力不做功． (2)電場線跟等勢面垂直，并且由電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面． (3)等勢面密的地方，電場強(qiáng)度較強(qiáng)；等勢面疏的地方，電場強(qiáng)度較弱． (4)任意等勢面不相交． [延伸思考 ] 請大致畫出點(diǎn)電荷、等量異號點(diǎn)電荷、等量同號點(diǎn)電荷和勻強(qiáng)電場的等勢面．簡述它們的特點(diǎn)？ 答案 (1)點(diǎn)電荷的等勢面：點(diǎn)電荷的等勢面是以點(diǎn)電荷為球心的一簇球面． (2)等量異號點(diǎn)電荷的等勢面：等量異號點(diǎn)電荷的連線上，從正電荷到負(fù)電荷電勢越來越低，中垂線是一等勢線． (3)等量同號點(diǎn)電荷的等勢面：等量正點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)電勢最低，中垂線上該點(diǎn)的電勢最高，從中點(diǎn)沿中垂線向兩側(cè)，電勢越來越低．連線上和中垂線上關(guān)于中點(diǎn)的對稱點(diǎn)等勢．等量負(fù)點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)電勢最高，中垂線上該點(diǎn)的電勢最低．從中點(diǎn)沿中垂線向兩側(cè)，電勢越來越高，連線上和 中垂線上關(guān)于中點(diǎn)的對稱點(diǎn)等勢． (4)勻強(qiáng)電場的等勢面：勻強(qiáng)電場的等勢面是垂直于電場線的一簇平行等間距的平面． 說明：等勢面密集處電場線也密集．任意兩個(gè)等勢面不會相交． 三、電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系 [問題設(shè)計(jì) ] 如圖 2 所示的勻強(qiáng)電場中有 A、 B 兩點(diǎn)， A、 B 兩點(diǎn)位于同一條電場線上， B、 C 連線垂直電場線，已知場強(qiáng)大小為 E， A、 B 兩點(diǎn)間的電勢差為 UAB， A、 B 間距離為 d，電荷 q 從A點(diǎn)移動到 B 點(diǎn)，回答下列問題： 圖 2 (1)電荷所受電場力是多少？從力和位移的角度 計(jì)算電場力所做功的大?。ㄟ^ A、 B 間的電勢差計(jì)算電場力做功的大?。? (2)比較兩次計(jì)算的功的大小，電勢差與電場強(qiáng)度有何關(guān)系？ (3)在圖 2中，如果將電荷從 A點(diǎn)移動到 C點(diǎn)．再利用 (1)問的推導(dǎo)過程試著推導(dǎo)，能獲得何結(jié)論？ (已知 AB 與 AC 的夾角為 θ) 答案 (1)F＝ qE WAB＝ Fd＝ qEd WAB＝ qUAB (2)UAB＝ Ed (3)WAC＝ qELcos θ＝ qEd， WAC＝ qUAC， UAC＝ Ed [要點(diǎn)提煉 ] 1．公式 U＝ Ed 只適用于勻強(qiáng)電場，其中 d 為 A、 B 兩點(diǎn)沿電場方向的距離． 2．電場中 A、 B 兩點(diǎn)的電
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