一、電勢(shì)任務(wù)驅(qū)動(dòng)　在電勢(shì)越高的地方,某電荷的電勢(shì)能是不是越大?提示:不是。對(duì)于正電荷,電勢(shì)越高,電勢(shì)能越大。對(duì)于負(fù)電荷,電勢(shì)越高,電勢(shì)能越小。1.定義:電荷在電場中某一點(diǎn)的_______與它的_______的比值。2.公式:φ= 。3.單位:在國際單位制中,電勢(shì)的單位是伏特,符號(hào)是__,1 __=1 J/C。
二、等勢(shì)面任務(wù)驅(qū)動(dòng)　為什么在同一等勢(shì)面上移動(dòng)電荷時(shí),電場力不做功?提示:根據(jù)WAB=EpA-EpB,Ep=qφ,等勢(shì)面上各點(diǎn)電勢(shì)相等,則EpA=EpB,故WAB=0。1.定義:電場中電勢(shì)_____的點(diǎn)構(gòu)成的面。2.特點(diǎn):由于在等勢(shì)面上電荷受到的電場力跟等勢(shì)面_____,所以電荷在同一個(gè)等勢(shì)面上運(yùn)動(dòng)時(shí)電場力_______。
3.幾種常見電場的等勢(shì)面:
主題一　電勢(shì)的性質(zhì)和計(jì)算 【實(shí)驗(yàn)情境】如圖所示,在一電場強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場中,取B點(diǎn)為零電勢(shì)能點(diǎn)。若一個(gè)試探電荷+q1沿電場線從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn),A點(diǎn)與B點(diǎn)的距離為d。
【問題探究】怎樣證明電荷在電場中某點(diǎn)的電勢(shì)能與其電荷量之比與該電荷無關(guān)?提示:從A點(diǎn)到B點(diǎn)靜電力做的功W1=q1Ed,由電勢(shì)能的定義可知,q1在A點(diǎn)的電勢(shì)能為q1Ed；同理可知,帶不同電荷量的試探電荷+q2在A點(diǎn)的電勢(shì)能為q2Ed。顯然,不同電荷在同一點(diǎn)的電勢(shì)能不同,但電勢(shì)能與試探電荷的電荷量之比不變。 =Ed,可見,電荷在電場中某點(diǎn)的電勢(shì)能與其電荷量之比與該電荷無關(guān),只與電場本身有關(guān)。
【結(jié)論生成】電勢(shì)的特點(diǎn)(物理觀念)(1)電勢(shì)的相對(duì)性:電場中某點(diǎn)的電勢(shì)高低與零電勢(shì)點(diǎn)的選取有關(guān)。通常選無窮遠(yuǎn)處或地球表面為零電勢(shì)點(diǎn)。(2)電勢(shì)是標(biāo)量:電勢(shì)只有大小沒有方向。在規(guī)定了零電勢(shì)點(diǎn)后,電場中各點(diǎn)的電勢(shì)可能是正值,也可能是負(fù)值。正值表示該點(diǎn)的電勢(shì)高于零電勢(shì)；負(fù)值表示該點(diǎn)的電勢(shì)低于零電勢(shì)。顯然,電勢(shì)的正負(fù)只表示大小,不表示方向。
(3)電勢(shì)的固有性:電勢(shì)是反映電場的能的性質(zhì)的物理量,由電場本身決定,與該點(diǎn)是否放入電荷及電荷的電性和電荷量均無關(guān),這和許多用比值定義的物理量相同,如電場強(qiáng)度。
【典例示范】(多選)如圖所示,關(guān)于電場中的A、B兩點(diǎn),下列說法中正確的是(　　)A.電勢(shì)φA>φB,場強(qiáng)EA>EBB.電勢(shì)φA>φB,場強(qiáng)EAEpB
【解析】選B、C。由于B處電場線密集,所以場強(qiáng)EAφB,A選項(xiàng)錯(cuò)誤,B選項(xiàng)正確；將+q電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)靜電力做了正功,C選項(xiàng)正確；負(fù)電荷在電勢(shì)高的A點(diǎn)具有的電勢(shì)能反而少,所以EpAφA,中垂線是一條等勢(shì)線,φB=φB′,若沿中垂線移動(dòng)電荷,電場力不做功。
【結(jié)論生成】　等勢(shì)面的特點(diǎn)(物理觀念)(1)在等勢(shì)面內(nèi)的任意兩點(diǎn)間移動(dòng)電荷,電場力不做功。(2)在空間中兩等勢(shì)面不相交。(3)電場線總是和等勢(shì)面垂直,且從電勢(shì)較高的等勢(shì)面指向電勢(shì)較低的等勢(shì)面。(4)在電場線密集的地方,等差等勢(shì)面密集；在電場線稀疏的地方,等差等勢(shì)面稀疏。(5)等勢(shì)面是為描述電場的性質(zhì)而假想的面。(6)等勢(shì)面的分布與零電勢(shì)點(diǎn)的選取無關(guān)。
【典例示范】　如圖所示,虛線是某點(diǎn)電荷電場中的三個(gè)等勢(shì)面,實(shí)線表示一個(gè)正電荷的運(yùn)動(dòng)軌跡,在正電荷從a運(yùn)動(dòng)到b、再運(yùn)動(dòng)到c的過程中,下列說法中正確的是(　　)A.a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)B.電場力先做負(fù)功,后做正功,總功為零C.電勢(shì)能先減小,后增大D.動(dòng)能先增大,后減小
【解析】選B。從運(yùn)動(dòng)軌跡分析,正電荷受到的是斥力,所以場源電荷為正電荷,電場線方向遠(yuǎn)離場源電荷,所以b點(diǎn)電勢(shì)高；當(dāng)正電荷靠近場源電荷時(shí),電場力做負(fù)功,電勢(shì)能增加,動(dòng)能減小；當(dāng)正電荷遠(yuǎn)離場源電荷時(shí),電場力做正功,電勢(shì)能減小,動(dòng)能增大。因?yàn)閍、c在同一個(gè)等勢(shì)面上,所以電荷在這兩點(diǎn)的電勢(shì)能相等,所以由a到c電場力做的總功為零。
【規(guī)律方法】電場中“三線”問題的解決方法(1)判斷電場力的方向。①軌跡的切線方向?yàn)樗俣确较?；②電場線的切線方向?yàn)殡妶鰪?qiáng)度的方向。正電荷所受電場力的方向與電場強(qiáng)度方向相同,負(fù)電荷所受電場力的方向與電場強(qiáng)度方向相反,由此可判斷出電場力的確切方向。(2)判斷電勢(shì)的高低和電勢(shì)(或等勢(shì)面)的大小。電場力做功,電勢(shì)能一定變化,電場力做多少正(或負(fù))功,電勢(shì)能就減少(或增加)多少。(3)判斷速度的大小,根據(jù)動(dòng)能定理W= 來討論。
【探究訓(xùn)練】1.如圖所示,在點(diǎn)電荷Q形成的電場中,已知a、b兩點(diǎn)在同一等勢(shì)面上,c、d兩點(diǎn)在另一等勢(shì)面上。甲、乙兩個(gè)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡分別為acb和adb曲線,已知乙粒子帶正電。那么下列判斷正確的是(　　) A.甲粒子在b點(diǎn)的電勢(shì)能比在c點(diǎn)小B.乙粒子在d點(diǎn)速度最大C.a、b兩點(diǎn)電場強(qiáng)度相同D.d點(diǎn)電勢(shì)比b點(diǎn)電勢(shì)高
【解析】選D。根據(jù)乙粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡及乙粒子帶正電的條件,可知點(diǎn)電荷Q帶正電,而甲粒子帶負(fù)電,甲粒子從c向b運(yùn)動(dòng)過程中,電場力做負(fù)功,甲粒子的電勢(shì)能增大,因此,Epb>Epc,選項(xiàng)A錯(cuò)誤；對(duì)于乙粒子,從d向b運(yùn)動(dòng)過程中,電場力對(duì)粒子做正功,粒子的電勢(shì)能減少,則Epb

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第2節(jié) 電勢(shì)與等勢(shì)面

版本： 魯科版 (2019)

年級(jí)： 必修 第三冊(cè)

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