静电场授课教案.docx
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静电场授课教案.docx
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静电场授课教案
授课教案
一、小测验
1.在一个点电荷形成的电场中,关于电场强度和电势的说法中正确的是()
A.没有任何两点电场强度相同B.可以找到很多电场强度相同的点
C.没有任何两点电势相等D.可以找到很多电势相等的点
2.对于点电荷Q产生的电场,下列说法中正确的是()
A.电场强度的表达式
仍成立,式中q就是本题中所指的产生电场的点电荷Q
B.在真空中,电场强度的表达式为
,式中Q就是产生电场的电荷
C.在真空中
,式中q是试探电荷
D.上述说法都不对
3.如图所示的直线是真空中某电场的一条电场线,A、B是这条直线上的两点。
一电子以速度vA经过A点向B点运动,经过一段时间后,电子以速度vB经过B点,且vB与vA方向相反,则()
A.A点的场强一定大于B点的场强
B.A点的电势一定低于B点的电势
C.电子在A点的动能一定小于它在B点的动能
D.电子在A点的电势能一定小于它在B点的电势能
4.科学家在研究原子、原子核及基本粒子时,为了方便,常常用元电荷作为电量的单位,关于元电荷,下列论述中正确的是()
A.把质子或电子叫元电荷
B.1.6×10-19C的电量叫元电荷
C.电子带有最小的负电荷,其电量的绝对值叫元电荷
D.质子带有最小的正电荷,其电量的绝对值叫元电荷
5.如上图所示,A、B为两个等量的正点电荷,在其连线中垂线上的P点放一个负点电荷q(不计重力),由静止释放后,下列说法中正确的是()
A.点电荷在从P点到O点运动的过程中,加速度越来越大,速度越来越大
B.点电荷在从P点到O点运动的过程中,加速度越来越小,速度越来越大
C.点电荷运动到O点时加速度为零,速度达最大值
D.点电荷越过O点后,速度越来越小,加速度越来越大,直到粒子速度为零
答案:
1、AD2、B3、D4、BCD5、C
二、知识梳理
1.电势差UAB
(1)定义:
电荷在电场中,由一点A移动到另一点B时,电场力所做的功与移动电荷电荷量的比值WAB/q,叫做A、B两点间的电势差,用UAB表示.
(2)定义式:
UAB=WAB/q
(3)单位:
伏特,1V=1J/C.
(4)矢标性:
标量,但有正负,正负表示电势的高低
2.电势φ
(1)定义:
电势实质上是和标准位置的电势差.即电场中某点的电势,在数值上等于把单位正电荷从某点移到标准位置(零电势点)时电场力所做的功.
(2)定义式:
φA=UA∞=
(3)单位:
伏特.
(4)矢标性:
标量,但有正负.电势的正负表示该点电势比零电势点高还是低.
思考:
电势差、电势、功、电荷量都是标量,但均有正、负,说一说各自正、
负的意义?
提示:
电势差的正负说明了两点的电势高低;电势的正负说明了比零电势点(标准位置)的电势高低;功的正负说明了是动力做功还是阻力做功;电荷量的正负表示了电荷的电性.
特别提醒:
(1)UAB=φA-φB.
(2)电势具有相对性,它与零电势点的选取有关.电势差无相对性,它与零电势点的选取无关
考点分析:
1.电势差的理解
(1)从能量的角度反映了电场的性质
电场力做功WAB与q成正比,与A到B的路径无关,所以
既与q无关,又与A、B间的路径无关.由于做功是能量转化的量度,因此
是从能的角度反映了电场的性质.
(2)电场力做功有正负之分,电场力做正功,WAB>0;电场力做负功,WAB<0.电荷量也有正负之分,对正电荷取q>0;对负电荷取q<0,利用UAB=
计算时,要注意到WAB、q及UAB的正负.
2.如何理解电势和电场强度的关系?
(1)电势与电场强度的大小没有必然的联系,某点的电势为零,电场强度
不一定是零,反之亦然.
(2)电势与电场强度都由电场本身的因素决定,与试探电荷无关.
(3)沿着电场线的方向电势越来越低,电场线的方向是电势降落最快的方
向,电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面.
【例1】将一正电荷从无限远处移入电场中M点,静电力做功W1=6×10-9J,若将一个等量的负电荷从电场中N点移向无限远处,静电力做功W2=7×10-9J,则M、N两点的电势φM、φN,有如下关系( )
A.φM<φN<0B.φN>φM>0C.φN<φM<0D.φM>φN>0
解析:
对正电荷φ∞-φM=
;对负电荷φN-φ∞=
即φ∞-φN=
.而W2>W1,φ∞=0,且
和
均大于0,则φN<φM<0,正确答案选C.
答案:
C
1.电场力做功
(1)特点:
电场力做功与路径无关,仅取决于两点间的电势差和要移送的电荷.
(2)公式WAB=qUAB.
2.电势能
(1)定义:
电荷在电场中具有的能.它与电场和电荷都有关,不能描述电场.
(2)特点:
电势能是相对的,与零势能点的选取有关,电势能是标量,
但有正负之分.
3.电场力做功与电势能的变化关系
(1)电场力做功与路径无关,与重力做功十分相似.
(2)电场力对电荷做正功时,电荷的电势能减少;电场力对电荷做负功
时,电荷的电势能增加.电势能增加或减少的数值等于电场力做功的数
值.即ΔEp=-W.
2.电场中的功能关系
(1)只有电场力做功,电势能和电荷的动能之和保持不变.
(2)只有电场力和重力做功,电势能、重力势能、动能三者之和保持不变.
【例2】如图所示,在绝缘的斜面上方,存在着匀强电场,电场方向平行于斜面向上,斜面上的带电金属块在平行于斜面的力F作用下沿斜面移动.已知金属块在移动的过程中,力F做功32J,金属块克服电场力做功8J,金属块克服摩擦力做功16J,重力势能增加18J,则在此过程中金属块的( )
A.动能减少10JB.电势能增加24J
C.机械能减少24JD.内能增加16J
答案:
AD
1.等势面的概念:
电场中电势相同的各点构成的面叫等势面.
2.几种常见电场的等势面(见课本).
(1)点电荷电场.
(2)等量异号电荷的电场.
(3)等量同号电荷的电场.
(4)匀强电场.(一簇垂直电场线的平行平面)
3.等势面的特点
(1)在同一等势面上移动电荷电场力不做功.
(2)等势面一定跟电场线垂直.
(3)等差等势面的疏密程度也能反映场强的强弱,即等势面越密的地方场强越强,等势面越疏的地方场强越弱.
(4)两个等势面不能相交.
(5)等势面的分布与零电势的选取无关.
(6)电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面
4.电场线、场强、电势、等势面的相互关系如何?
(1)电场线与场强的关系:
电场线越密的地方表示场强越大,电场线上每点的切线方向表示该点的场强方向.
(2)电场线与电势的关系:
沿着电场线方向,电势越来越低.
(3)等势面与电场线的关系
①电场线总是与等势面垂直,且从高等势面指向低等势面.
②电场线越密的地方,等差等势面也越密.
③沿等势面移动电荷,电场力不做功,沿电场线移动电荷,电场力一定做功.
(4)场强数值与电势数值无直接关系:
场强大(或小)的地方电势不一定大(或小),零电势可人为选取,而场强是否为零则由电场本身决定.
【例3】位于A、B处的两个带有不等量负电的点电荷在平面内电势分布如图所示,图中实线表示等势线,则( )
A.a点和b点的电场强度相同
B.正电荷从c点移到d点,电场力做正功
C.负电荷从a点移到c点,电场力做正功
D.正电荷从e点沿图中虚线移到f点电势能先减小后增大
答案:
CD
1.计算电场力做功常有哪些方法
(1)WAB=qUAB(普遍适用)
(2)W=qE·s·cosθ(适用于匀强电场)
(3)WAB=-ΔEp(从能量角度求解)
(4)W电+W非电=ΔEk(由动能定理求解)
2.电势能增减的判断方法
做功法:
无论电荷是正是负,只要电场力做正功,电荷的电势能就减少;
电场力做负功,电荷的电势能就增加.
3.电势高低的判断
(1)据电场线的方向:
沿电场线方向,电势越来越低.
(2)据电场力做功的方法:
据定义式UAB=
,将WAB、q的+、-代入,由UAB的+、-可判电势高低.
习题巩固:
1.如图所示,某区域电场线左右对称分布,M、N为对称线上的
两点.下列说法正确的是( )
A.M点电势一定高于N点电势
B.M点场强一定大于N点场强
C.正电荷在M点的电势能大于在N点的电势能
D.将电子从M点移动到N点,电场力做正功
答案:
AC
2,如图所示,带等量异号电荷的两平行金属板在真空中水平放置,M、N为板间同一电场线上的两点,一带电粒子(不计重力)以速度vM经过M点在电场线上向下运动,且未与下板接触,一段时间后,粒子以速度vN折回N点,则( )
A.粒子受电场力的方向一定由M指向N
B.粒子在M点的速度一定比在N点的大
C.粒子在M点的电势能一定比在N点的大
D.电场中M点的电势一定高于N点的电势
答案:
B
3,如图所示,实线为方向未知的三条电场线,虚线分别为等势线1、2、3,已知MN=NQ,a、b两带电粒子从等势线2上的O点以相同的初速度飞出.仅在电场力作用下,两粒子的运动轨迹如图中所示,则( )
A.a一定带正电,b一定带负电
B.a加速度减小,b加速度增大
C.MN电势差|UMN|等于NQ两点电势差|UNQ|
D.a粒子到达等势线3的动能变化量比b粒子到达等势线1的动能变化量小
答案:
B
4.某同学研究电子在匀强电场中的运动时,得到了电子由a点运动到b点的
轨迹(如图虚线所示),图中一组平行实线可能是电场线,也可能是等势面,则下列说法正确的是( )
A.不论图中实线是电场线还是等势面,a点的电势都比b点的电势低
B.不论图中实线是电场线还是等势面,a点的场强都比b点的场强小
C.如果图中实线是电场线,电子在a点动能较大
D.如果图中实线是等势面,电子在b点动能较小
答案:
D
5.如图所示,水平绝缘光滑轨道AB的B端与处于竖直平面内的四分之一圆弧形粗糙绝缘轨道BC平滑连接,圆弧的半径R=0.40m.在轨道所在空间存在水平向右的匀强电场,电场强度E=1.0×104N/C.
现有一质量m=0.10kg的带电体(可视为质点)放在水平轨道上与B端距离x=1.0m的位置,由于受到电场力的作用带电体由静止开始运动,当运动到圆弧形轨道的C端时,速度恰好为零,已知带电体所带电荷q=8.0×10-5C,取g=10m/s2,求:
(1)带电体在水平轨道上运动的加速度大小及运动到B端时的速度大小;
(2)带电体运动到圆弧形轨道的B端时对圆弧轨道的压力大小;
(3)带电体沿圆弧形轨道运动过程中,电场力和摩擦力对带电体所做的功各是多少.
(1)8m/s24.0m/s
(2)5.0N(3)1.12J-0.72J
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