教科版選修3-1：第一章靜電場學(xué)案5(參考版)
2024-12-12 22:43本頁面
【正文】 學(xué)案 5 電勢能 電勢與電勢差 [學(xué)習(xí)目標(biāo)定位 ] ，電場力做功與電勢能變化的關(guān)系 .、電勢的概念 . .，并能理解等勢面的特點(diǎn)． 一、電場力做功的特點(diǎn) 電場力做功只與移動電荷的 電荷量 以及 起點(diǎn) 和 終點(diǎn) 的位置有關(guān)，而與路徑無關(guān)．這個結(jié)論 適用 于任意靜電場． 二、電勢能 Ep 1．電荷在 靜電場 中具有的勢能叫做靜電勢能，簡稱電勢能．電勢能是由 電荷 和 電場 共有的． 2．電場力做正功，電荷的 電勢能 減小 ；電場力做負(fù)功，電荷的電勢能 增加． 三、電勢與電勢差 1．把電荷在電場中某一點(diǎn)的電勢能與它的電荷量的 比值 定義為電勢，公式為 φ＝ Epq，單位是 伏特 ，符號是 V. 2．電場中兩點(diǎn)間電勢之差叫 電勢差 ， UAB＝ φA－ ：場中某點(diǎn)的電勢數(shù)值上等于單位正電荷由該點(diǎn)移動到參考點(diǎn) (零電勢點(diǎn) )時電場力所做的功． 3．電場中 電勢值相等 的各點(diǎn)構(gòu)成的曲面，叫做等勢面 . 一、電場力做功的特點(diǎn) [問題設(shè)計 ] 圖 1(a)、 (b)、 (c)分 別表示勻強(qiáng)電場 (場強(qiáng)為 E)中的＋ q0電荷沿不同路徑從 A到 B. 圖 1 (1)計算 (a)、 (b)、 (c)三種情況下電場力做的功分別是多少？ (2)通過計算你發(fā)現(xiàn)了什么？ 答案 (1)(a)中電場力做的功 W＝ Eq0d. (b)中在線段 AC上電場力做的功 W1＝ q0E|AC|cos θ＝ BC上做的功 W2＝ 0，總功W＝ W1＋ W2＝ q0Ed. (c)中在垂直于電場方向的各線段上電場力不做功，在 沿著電場方向的各線段上電場力做功之和為 W＝ q0Ed. (2)通過計算發(fā)現(xiàn)，在勻強(qiáng)電場中沿不同路徑由 A 運(yùn)動到 B，電場力做功相同，說明電場力做功與路徑無關(guān)，只與移動電荷的電荷量以及起點(diǎn)和終點(diǎn)的位置有關(guān)． [要點(diǎn)提煉 ] 電場力做功的特點(diǎn)： (1)電場力對電荷所做的功，與電荷的 電荷量 以及 初、末位置 有關(guān)，與電荷經(jīng)過的路徑 無關(guān)． (2)雖然此結(jié)論是從勻強(qiáng)電場中推導(dǎo)出來的，但也 適用 于任意靜電場． 二、電勢能 [問題設(shè)計 ] 類比重力做功與重力勢能變化的關(guān)系，電場力做正功，電勢能如何變化？電場力做負(fù)功，電勢能如何變化？電場力做 功與電勢能變化有怎樣的數(shù)量關(guān)系？ 答案 電場力做正功，電勢能減少；電場力做負(fù)功，電勢能增加． 電場力做功的值等于電勢能的變化量，即： WAB＝ EpA－ EpB. [要點(diǎn)提煉 ] 1．電場力做功是電勢能變化的量度，用公式表示為 WAB＝ EpA－ EpB，即電場力做正功，電荷的電勢能 減少 ，電場力做負(fù)功，電荷的電勢能 增加． 2．電勢能具有相對性，通常把電荷在離場源電荷 無限遠(yuǎn) 處的電勢能規(guī)定為零，或把電荷在大地表面 上的電勢能規(guī)定為零． [延伸思考 ] 當(dāng)正電荷順著電場線運(yùn)動時，電場力做什么功？電勢能是增加還是減少？當(dāng)負(fù)電荷順著電 場線運(yùn)動時，電場力做什么功？電勢能是增加還是減少？ 答案 正電荷順著電場線運(yùn)動時，電場力做正功，電勢能減少．負(fù)電荷順著電場線運(yùn)動時，電場力做負(fù)功，電勢能增加． 三、電勢與電勢差 [問題設(shè)計 ] (1)在圖 1中將電荷量分別為 q、 2q的電荷分別從 A點(diǎn)移到 B點(diǎn)，兩電荷電勢能的變化是否相同？電勢能的變化與電荷量的比值是否相同？這個比值與電荷量有關(guān)嗎？ (2)若取 B點(diǎn)電勢為 0，兩電荷在 A 點(diǎn)的電勢能分別為多大？電勢能與電荷量的比值分別為多大？ 答案 (1)電勢能的變化 EpA－ EpB＝ WAB＝ EqLcos θ與電荷量 q成正 比，故兩電荷電勢能的變化不同，但電勢能的變化與電荷量的比值 EpA－ EpBq ＝ ELcos θ相同，即 EpAq － EpBq ＝定值，與電荷量 q無關(guān)，只與 A、 B兩點(diǎn)位置有關(guān)． (2)兩電荷在 A點(diǎn)的電勢能 EpA分別為 qELcos θ、 2qELcos ，但與電荷量的比值相同，都為 ELcos θ. [要點(diǎn)提煉 ] 1．電勢 (1)表達(dá)式： φ＝ Epq. 電場中某點(diǎn)的電勢等于檢驗(yàn)電荷在該點(diǎn)的 電勢能 與電荷量的比值，與檢驗(yàn)電荷 q無關(guān) ，取 決于電場本身． (2)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)零電勢點(diǎn)選取原則：一般選 大地 或無窮遠(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)沿電場線方向，電勢逐漸 降低． 2．電勢差 (1)電勢差的計算公式： UAB＝ φA－ φB， UBA＝ φB－ φA， UAB＝－ UBA. (2)電場力做功與電勢差的關(guān)系： WAB＝ qUAB或 UAB＝ WABq . (3)電勢差有正負(fù)，電勢差的正負(fù)表示電勢的 高低． [延伸思考
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