基礎2電場能的性質

2022-10-07 03:03:03 字數 4532 閱讀 8260

【學習目標】1、理解電場力做功特點,掌握電場力做功和電勢能的變化的關係。2、理解電勢能、電勢的概念及相互關係。3、理解等勢面的概念及等勢面和電場線的關係。

4、理解電勢差的定義及正負值的定義。5、會用進行有關計算

6、理解勻場電場中並會解決有關問題

【自主學習】

一、電勢差、電勢、電勢能、等勢面

二、電場力的功

1、特點:電場力做功與路徑只與有關。

2、計算方法

(1)由公式w=qe·s(s為電荷初末位置在電場方向上的位移)

(2)由公式(為電荷初末位置間電勢差的大小)

(3)由電場力做功和電勢能的變化的關係:

(4)由動能定理

三、電勢差與電場強度的關係

1、勻強電場中電勢差u和電場強度e的關係式為u

2、說明(1)u=ed只適用勻強電場的計算,對非勻強場可以用來定性分析,如非勻強電場中各相鄰的等勢面的電勢差一定時,e越大處,d即等勢而越

(2)式中d的含義是某兩點距離或兩點所在等勢面間的距離。由此可知電場強度的方向是電勢降落最的方向。

(3)勻強電場中相互平行的方向上相等的距離上電勢降落

【典型例題】

例1 圖1.2—1中,a、b為豎直向上的電場線上的兩點,

一帶電質點在a點由靜止釋放,沿電場線向上運動,到

b點恰好速度為零,下列說法中正確的是(  )

a、帶電質點在a、b 兩點所受的電場力都是豎直向上的

b、a點的電勢比b點的電勢高

c、帶電質點在a點的電勢能比在b點的電勢能小

d、a點的電場強度比b點的電場強度大

例2 如圖1.2—2所示的勻強電場中,有a、b、c三點,

ab=5cm,bc=12cm,其中ab沿電場方向,bc和電場方向成

60°角,乙個電量為q=4×10-8c 的正電荷從a移到

b電場力做功為w1=1.2×10-7j求:

(1)勻強電場的場強e=?

(2)電荷從b移到c,電場力做功w2=?

(3)a、c兩點的電勢差uac=?

例3 1.2—3如圖所示,在場強e=1.5×103n/c的勻強電場中,有a、b、c三點,ab垂直於電場線,bc平行於電場線,ab=3cm,bc=4cm,ac=5cm,a、b的電勢差uab=0,b、c電勢差ubc與a、c電勢差uac相等,ubc=uac=60v,把一正電荷放在a點,求:

(1)電荷q在a點受到的電場力為多大?方向怎樣?

(2)電荷q沿路線到達c點,電場力各做了多少功?電場力做功有什麼特點?電勢能怎樣變化?變化了多少?

例4如圖1.2—4所示,兩平行金屬板a、b間接有直流電源,

一電子從a板附近無初速釋放,當電子到達b極板時速度為

v1,現將b板向左移動一段距離,使a、b間距離變為原來的

一半,仍讓電子從a板附近無初速釋放,當電子到達b板時速度為

v2,則有(  )

a、v1=v2b、v1=2v2 cd、

【針對訓練】

1、如圖1.2—5所示,m、n兩點分別放置兩個等量異種電荷,

a為它們連線的中點,b為連線上靠近n的一點,c為連線中

垂線上處於a點上方的一點,在a、b、c三點中(  )

a、場強最小的點是a點,電勢最高的點是b點

b、場強最小的點是a點,電勢最高的點是c點

c、場強最小的點是c點,電勢最高的點是b點

d、場強最小的點是c點,電勢最高的點是a點

2、如圖1.2—6所示,q是帶正電的點電荷,

p1、p2為其電場中的兩點,若e1、e2為p1和p2兩點的電場強度的大小,、為p1和p2兩點的電勢,則(  )

a、 b、c、 d、

3、如圖1.2—7所示為某一電場的電場線和等勢面,已知,則(  )

a、 b、 c、

d、上述三種情況都有可能

4、在靜電場中,將一電子從a點移到b點,電場力做了正功,則(  )

a、電場強度的方向一定是由a點指向b點 b、電場強度的方向一定是由b點指向a點

c、電子在a點的電勢能一定比在b點高 d、電子在b點的電勢能一定比在a點高

5、某帶電粒子僅在電場力作用下由a點運動到b點,電場線、粒子在a點的初速度及運動軌跡如圖1.2—8所示,可以判定(  )

a、粒子在a點的加速度大於它在b點的加速度

b、粒子在a點的動能小於它在b點的動能

c、粒子在a點的電勢能小於它在b點的電勢能

d、電場中a點的電勢低於b點的電勢

【能力訓練】

1、如圖1.2—9所示,在真空中有兩個帶相等電荷量的正電荷q1 和q2,它們分別固定在a、b兩點,dc為ab連線的中垂線,現將正電荷q3由c

沿cd移至無窮遠處,在此過程中(  )

a、q3的電勢能逐漸增加 b、q3的電勢能先逐漸增加,後逐漸減少

c、q3受到電場力逐漸減小 d、q3受到電場力先逐漸增大,後逐漸減小

2、如圖1.2—10所示,在某電場中,沿abcda移動一負電荷,電場力分別做功為

則以下判斷正確的是

a、d點的電勢最高,且 b、c點的電勢最高,且

c、b點的電勢最高,且 d、a點的電勢最高,且

3、如圖1.2—11所示,虛線a、b和c是某靜電場中的三個等勢面,它們的電勢分別為、和一帶正電的粒子射入電場中,

其運動軌跡如實線klmn所示,由圖可知(  )

a、粒子從k到l的過程中,電場力做負功

b、粒子從l從m的過程中,電場力做負功

c、粒子從k到l的過程中,電勢能增加

d、粒子從l到m的過程中,動能減少

4、一帶電粒子射入一固定在o點的點電荷電場中,粒子運動軌跡如1.2—12圖中細線abc所示,圖中粗線是同心圓弧,表示電場等勢面,不計重力,則以下判斷正確的有(  )

a、此粒子一直受靜電斥力作用

b、粒子在b點的電勢能一定大於a點的電勢能

c、粒子在b點的速度一定和在c點的速度大小相等

d、粒子在a,c兩點的動能、速度大小相等

5、如圖1.2—13中虛線表示等勢面相鄰兩等勢面間電勢差相等,有一帶正電的粒子在電場中運動,實線表示該帶正電的粒子只在電場力作用下的運動軌跡,粒子在a點的動能為20ev,運動到b點時的動能為2ev,若取c點為零勢點,則當粒子的電勢能為—6ev時,它的動能是(  )

a、16evb、14ev c、6evd、4ev

6、如圖1.2—14所示,實線為勻強電場中的電場線,虛線為等勢面,且相鄰等勢面間的電勢差相等,一正電荷在等勢面a處的動能為20j,運動到等勢面c處動能為零,現取b等勢面為零電

勢能面,則當此電荷的電勢能為2j時的動能是 j,

(不計重力和空氣阻力)

7、圖1.2—15中的虛線a、b、c、d表示勻強電場中的4個等勢面,兩個帶電粒子m、n(重力忽略不計)以平行於等勢面的初速度射入電場,運動軌跡分別如圖中mpn和nqm所示,已知m是帶正電的帶電粒子,則下列說法中正確的是(  )

a、n一定也帶正電

b、a點的電勢高於b點的電勢,a點的場強大於b點的場強

c、帶電粒子n的動能減小,電勢能增大

d、帶電粒子n的動能增大,電勢能減小

9、圖中虛線1.2—17所示為靜電場中的等勢面1、2、3、4,相鄰的等勢面之間的電勢差相等,其中等勢面3的電勢為0。一帶正電的點電荷在靜電力的作用下運動,經過a、b點時的動能分別為26ev和5ev。

當這一點電荷運動到某一位置,其電熱能變為—8ev時,它的動能為多大?

【學後反思】

答案[自主學習]

1見原稿)

2、(1)確定無關 (2)無關 (3)定值無關 (4)高低低高

二、1、無關初未位置

三、1、電勢相等的點

2、(1)高低 (2)越密 (3)不一定

四、1、e·d2、(1)越小密集 (2)沿電場線方向上的快

(3)相同

[典型例題]

例1 (1)審題:靜止釋放恰好速度為零

(2)分析:電場線是直線,由a點靜止釋放,到b點速度恰好為零,說明質點先加速後減速,電場力方向由a指向b,保持不變,重力向下,大小不變

(3)解題過程:帶電質點受向上的電場力和向下的重力作用,先加速後減速,a、b兩點電場力方向都是向上的,a對,電場力做正功,電勢能減小,c錯;由於電荷的電性未知故不能判定a、b兩點電勢高低b錯,由題意可知質點在ab兩點的電場力大小d對,故本題正確答案為ad

例2分析:

(1)審題 「ab沿電場方向」「正電荷」「由a到b」

(2)如圖所示,分兩個過程先,由於電場力做功與路徑無關,只與初末位置的電勢差有關,故可據已知的電場力做功先求電勢差,再據勻強電場中場強與電勢差的關係確定場強e,反之亦然。

解題過程:(1)設a、b兩點間距離為d,

(1)(2)聯立得

(2)=(j)

(3)a、b兩點間的電勢差

例3分析

(1)審題:「勻強場」「ab垂直於電場線」「bc平行於電場線」

(2)電荷移動兩種方式一是,二是比較兩種方式中電場力做功的關係。

解題過程:

(1)電荷在a點所受的電場力n,方向與電場線方向相同,因為勻強電場中各點的場強的大小和方向都相同,所以電荷q在電場中各點的受力都相同。

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