第4节电势能和电势
一、静电力做功的特点┄┄┄┄┄┄┄┄①
1．静电力做功：在匀强电场中，静电力做功W＝qE·l cos θ。其中θ为静电力与位移之间的夹角。
2．特点：在静电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，与电荷经过的路径无关。以上结论适用于匀强电场和非匀强电场。
[说明]
(1)静电力做功的特点与重力做功相似。
(2)静电力做功的特点不受物理条件限制，不管静电力是否变化，是否是匀强电场，是直线运动还是曲线运动，电场力做功的特点不变。
①[判一判]
1．在电场中两点之间移动任何电荷时，静电力做功相同(×)
2．电荷在电场中移动时，静电力对电荷一定做功(×)
3．电场中初、末位置间距越大，静电力做功越多(×)
二、电势能┄┄┄┄┄┄┄┄②
1．概念：电荷在电场中的势能，可用E p表示。
2．大小：电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移动到零势能位置时所做的功。
3．与静电力做功的关系：静电力做的功等于电势能的减少量，用公式表示W AB＝E p A－E p B。
静电力做正功，电势能减少；静电力做负功，电势能增加。
4．电势能的数值大小与零势能点的选取有关，通常把无限远处或大地表面上的电势能规定为零。
[注意] 电势能的特点
(1)系统性：电势能由电场和电荷共同决定，属于电场和电荷系统所共有的，我们习惯说成电场中的电荷所具有的。
(2)相对性：电势能是一个相对量，其数值与零势能点的选取有关，因此确定电荷的电势能首先应确定零势能点的位置，但电荷在某两点之间的电势能之差与零势能点的选取无关。
(3)标量性：电势能是标量，有正负、无方向。电势能为正值表示电势能大于参考点的电势能，电势能为负值表示电势能小于参考点的电势能。
②[判一判]
1．电势能的数值与零势能点的选取有关，但电势能的变化量与零势能点的选取无关(√) 2．正电荷的电势能一定大于零，负电荷的电势能一定小于零(×)
3．电势能越大，静电力做功越多(×)
4．静电力做正功时，电势能增加；静电力做负功时，电势能减小(×)
三、电势┄┄┄┄┄┄┄┄③
1．定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值。 2．定义式：φ＝E p q 。 3．单位：在国际单位制中，电势的单位为伏特，符号：V 。
4．矢标性：电势是标量，但有正值和负值之分。
5．相对性
(1)电势是相对的，只有先确定了电场中某点的电势为零以后，才能确定电场中其他各点的电势，即电场中某点的电势跟零电势位置的选择有关。
(2)电势正值与负值的意义：在规定了零电势后，电场中各点电势可以是正值，也可以是负值。正值表示该点电势高于零电势；负值表示该点电势低于零电势。
6．与电场线的关系：沿电场线的方向电势降低。
[注意] 电势与电势能的比较
③[选一选]如图是某一点电荷的电场线分布图，下列表述正确的是( )
A ．a 点的电势高于b 点的电势
B ．该点电荷带正电
C ．a 点和b 点电场强度的方向相同
D ．a 点的电场强度大于b 点的电场强度
解析：选D 沿电场线方向电势降低，A 错误；由图中电场线分布知，
此电场为一负点电荷的电场线分布图，B 错误；电场线密集处场强大，C 错误，D 正确。
四、等势面┄┄┄┄┄┄┄┄④
1．定义：电场中电势相同的各点构成的面叫做等势面。
2．等势面的特点
(1)在所画等势面中，任意相邻两等势面上电势之差是相等的。
(2)在同一等势面上移动电荷时，静电力不做功。
(3)等势面一定跟电场线垂直，即跟场强的方向垂直，电场线总是由电势高的等势面指
向电势低的等势面。
(4)在空间没有电荷的地方两等势面不相交。
(5)等势面可以是封闭的，也可以是不封闭的。
(6)在电场线密集的地方，等差等势面密集；在电场线稀疏的地方，等差等势面稀疏。
④[选一选]关于等势面，下列说法正确的是( )
A．电荷在等势面上移动时，由于不受静电力作用，所以说静电力不做功
B．在同一个等势面上各点的场强大小相等
C．两个不等电势的等势面可能相交
D．若相邻两等势面的电势差相等，则等势面的疏密程度能反映场强的大小
解析：选D 等势面由电势相等的点组成，等势面处的电场线跟等势面垂直，因此电荷在等势面上移动时，静电力不做功，但并不是不受静电力的作用，选项A错误；等势面上各点场强的大小不一定相等，等势面不可能相交，选项B、C错误；等差等势面的疏密反映了场强的大小，选项D正确。
1.电场力做功正负的判断
(1)根据电场力和位移的方向夹角判断：夹角为锐角电场力做正功，夹角为钝角电场力做负功。此法常用于匀强电场中恒定电场力做功情况的判断。
(2)根据电场力和瞬时速度方向的夹角判断：夹角为锐角时电场力做正功，夹角为钝角时电场力做负功，电场力和瞬时速度方向垂直时电场力不做功。此法常用于判断曲线运动中变化电场力的做功情况。
(3)根据电势能的变化情况判断：若电势能增加，则电场力做负功；若电势能减少，则电场力做正功。
(4)根据动能的变化情况判断(只受静电力)：根据动能定理，若物体的动能增加，则电场力做正功；若物体的动能减少，则电场力做负功。
2．电势能增减的判断方法
(1)做功判断法无论正、负电荷，只要静电力做正功，电荷的电势能一定减小；只要静电力做负功，电荷的电势能一定增大。
(2)电场线判断法正电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐减小；逆着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大。负电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大；逆着电场线的方向移动时，电势能逐渐减小。
(3)电势判断法由公式E p＝qφ，正电荷在电势高的地方电势能大，负电荷在电势高的地方电势能小。
[典型例题]
例1.将带电荷量为6×10－6C的负电荷从电场中A点移到B点，克服静电力做了3×10－5 J的功，再从B点移到C点，静电力做了1.2×10－5 J的功，求：
(1)电荷从A移到B，再从B移到C的过程中电势能共改变了多少？
(2)如果规定A点的电势为零，则该电荷在B点和C点的电势能分别为多少？
(3)如果规定B点的电势为零，则该电荷在A点和C点的电势能分别为多少？
[解析] (1)电荷从A移到B克服静电力做了3×10－5J的功，即W AB＝－3×10－5J，从B移到C的过程中静电力做了1.2×10－5 J的功，即W BC＝1.2×10－5 J，整个过程电场力做功，即W AC＝W AB＋W BC＝－3×10－5 J＋1.2×10－5 J＝－1.8×10－5 J电场力做负功，则电势能增加了1.8×10－5 J。
(2)如果规定A点的电势为零，则E p A＝0由W AB＝E p A－E p B得E p B＝E p A－W AB＝0－(－3×10－5) J＝3×10－5 J同理E
＝E p A－W AC＝0－(－1.8×10－5) J＝1.8×10－5 J
p C
(3)如果规定B点的电势为零，则E p B＝0，电荷从电场中A点移到B点，克服静电力做了3×10－5J的功，若电荷从电场中的B点移到A点，则静电力要做3×10－5J的功，即W BA ＝3×10－5 J所以W BA＝E p B－E p A E p A＝E p B－W BA＝0－3×10－5 J＝－3×10－5 J同理E p C＝E p B－W BC＝0－1.2×10－5 J＝－1.2×10－5 J
[答案] 见解析
[即时巩固]
1．[多选]如图所示，在点电荷电场中的一条电场线上依次有A、B、
C三点，分别把＋q和－q的检验电荷依次放在三点上，关于它们所具有
的电势能的正确说法是( )
A．放上＋q时，它的电势能E p A>E p B>E p C
B．放上＋q时，它的电势能E p A C．放上－q时，它的电势能E p A>E p B>E p C D．放上－q时，它的电势能E p A 解析：选AD 为了比较电荷在不同位置上电势能的大小，需要根据电荷在这些位置间移动时静电力做的功来判断。放上＋q时，电荷从位置A→B→C，都是静电力做正功，电势能应减小，可见E p A>E p B>E p C。放上－q时，电荷从位置A→B→C，外力需克服静电力做功，电荷的电势能应增大，即E p A 1.电势的特点 (1)电势的相对性：某点电势的大小是相对于零电势而言的，零电势选择的位置不同，则该点的电势就不同，零电势的选择是任意的，但通常选择地面和无穷远处为零电势点。 (2)电势的固有性：电场中某点的电势大小是由电场本身的条件决定的，与在该点是否放有电荷和所放电荷的电性无关。 (3)电势的标量性：电场中各点的电势可以是正值，也可以是负值，正负只表示相对于零电势点电势的高低，不表示方向。 2．电势高低的判断方法 (1)根据电场线判定：沿电场线的方向电势逐渐降低。 (2)根据电场力做功和电荷电势能的变化判定 ①在两点间移动正电荷：如果电场力做负功，电势能增加，电势升高；如果电场力做正功，电势能减少，电势降低。 ②在两点间移动负电荷：如果电场力做负功，电势能增加，电势降低；如果电场力做正功，电势能减少，电势升高。 (3)在正电荷产生的电场中，离电荷越近，电势越高；在负电荷产生的电场中，离电荷越近，电势越低。 [典型例题] 例2.如图所示，匀强电场电场线与AC平行，把10－8 C的负电荷从A 点移到B 点，静电力做功6×10－8 J ，AB 长6 cm ，AB 与AC 成60°角。求：(1)场强方向； (2)设B 处电势为1 V ，则A 处电势为多少？电子在A 处电势能为多少？ [解析] (1)将负电荷从A 移至B ，静电力做正功，所以所受静电力方向沿A 至C ，又因为是负电荷，场强方向与负电荷受力方向相反，所以场强方向由C 指向A 。 (2)由W AB ＝E p A －E p B ＝q (φA －φB )可知φA ＝W AB q ＋φB ＝(6×10－8－10－8＋1) V ＝－5 V ；电子在A 点的电势能E p A ＝qφA ＝(－e )×(－5V)＝5 eV 。 [答案] (1)由C 指向A (2)－5V 5 eV [点评] 沿场强方向电势降低，但电势降低的方向不一定是场强的方向，如本题中由B 至A 方向、由C 至A 方向都是电势降低的方向，但由C 至A 才是场强方向。 例3.在静电场中，把一个电荷量为q ＝2.0×10－5 C 的负电荷由M 点 移到N 点，电场力做正功6.0×10－4 J ，由N 点移到P 点，电场力做负功 1.0×10－3 J ，则M 、N 、P 三点电势高低关系是________。 [解析] 首先画一条电场线，如图所示。在中间位置附近画一点作为M 点。因为由M →N 电场力做正功，而负电荷所受电场力与场强方向相反，则可确定N 点在M 点左侧。由N →P 电场力做负功，即沿着电场线移动，又因1.0×10－3 J>6.0×10－4 J ，所以肯定移过了M 点， 即P 点位于M 点右侧。这样，M 、N 、P 三点电势的高低关系是φN >φM >φP 。 [答案] φN >φM >φP [点评] 判断电势高低的技巧 该题中M 、N 、P 三点虽然不一定位于同一条电场线上，但完全可以假设其处于同一条直电场线上，根据电场力做功情况把三点在该电场线上的大体位置确定下来，电势高低的关系便一目了然了。 [即时巩固] 2．[多选]如图所示为一带电体的电场线，已知a 、b 、c 为电场线 上的点，其中a 、b 两点的电势关系为φa ＞φb ，分别用E a 、E b 表示a 、 b 两点的电场强度，则下列说法正确的是( ) A ．a 、c 两点所在的电场线方向由a 指向c B ．a 、c 两点所在的电场线方向由c 指向a C ．E a D ．a 、c 两点处在同一等势面上 解析：选AC 根据φa >φb 可知电场线方向由a 指向c ，a 、c 两点不能处在同一等势面上，A 正确，B 、D 错误；由电场线的疏密可知E a 1.几种典型电场的等势面 (1)点电荷电场中的等势面：是以点电荷为球心的一簇球面，如图甲所示。 (2)等量异种点电荷电场中的等势面：是两簇对称曲面，如图乙所示。 (3)等量同种点电荷电场中的等势面：是两簇对称曲面，如图丙所示。 (4)匀强电场中的等势面是垂直于电场线的一簇平面，如图丁所示。 (5)形状不规则的带电导体附近的电场线及等势面，如图戊所示。 2．等势面的应用 (1)由等势面可以判断电场中各点电势的高低及差别。 (2)由等势面可以判断电荷在电场中移动时静电力做功的情况。 (3)由于等势面和电场线垂直，已知等势面的形状分布，可以绘制电场线，从而确定电场的大体分布。 (4)由等差等势面的疏密，可以定性地确定某点场强的大小。 [典型例题] 例4.[多选]如图所示，虚线同心圆是某静电场中的一簇等势面，其电 势分别是φa、φb和φc，一带正电粒子射入电场中，运动轨迹如图中实线 KLMN所示。由图可知( ) A．粒子从K到L的过程中，静电力做负功，电势能增加 B．粒子从L到M的过程中，静电力做负功，电势能增加 C．φa>φb>φc D．φa<φb<φc [解析] 由等势面的分布规律可知，该电场为点电荷的电场。由运动轨迹可知，运动的正电荷跟场源电荷的相互作用是排斥，所以场源电荷是正电荷。根据电场线与等势面垂直，电场的分布是发散状辐射向外的。正电荷从K到L受静电力的方向背离圆心，与移动方向相反，做负功，电荷的电势能增加，A正确；从L到M，可看做从跟轨迹有交点的同一等势面的点到M，受到的静电力与移动方向相同，静电力做正功，电荷的电势能减少，B错误；根据电场线的方向是电势降低的方向可知，D正确。 [答案] AD [点评] (1)带电粒子的运动轨迹必定向合力方向弯曲，即合力指向运动轨迹弯曲的内侧。 (2)如果粒子只受电场力作用，根据轨迹的弯曲方向，即可确定电场力的方向。 [即时巩固] 3．[多选]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，静电力做正功 C ．负电荷从a 点移到c 点，静电力做正功 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 解析：选CD 电场线与等势面垂直，且由电势较高的等势面指向电势较低的等势面，再根据负电荷周围电场线的特点知：φd >φc >φe >φf >φa ＝φb ，故正电荷在c 点的电势能小于在d 点电势能，将正电荷由c 点移到d 点静电力做负功，B 错误，同理知C 正确；正电荷沿虚线由e 点移到f 点，电势能先减小后增大，D 正确；a 、b 等势面疏密程度不同，故电场强度不同，A 错误。 1．下列关于电场强度和电势的说法中，正确的是( ) A ．电场强度为零的地方，电势一定为零 B ．电势为零的地方，电场强度一定为零 C ．电场强度较大的地方，电势一定较高 D ．沿着电场强度的方向，电势逐渐降低 解析：选D 等势体内部的电场强度为零，但电势不一定为零，故A 错误；电势是否为零与零电势点的选取有关，而与场强无关，故B 错误；如负点电荷周围场强很大，但电势很低，故C 项也错；顺着场强方向电势逐渐降低，D 项正确。 2．一个点电荷，从静电场中的a 点移到b 点，其电势能的变化为零，则( ) A ．a 、b 两点的场强一定相等 B ．该电荷一定沿等势面移动 C ．作用于该点电荷的电场力与其移动方向总是垂直的 D ．a 、b 两点的电势一定相等 解析：选D 由题意知E p a ＝E p b ，又因为φ＝E p q ，所以a 、b 两点电势相等，但是a 、b 两点场强不一定相等，A 错误，D 正确；电场力做功与路径无关，只与始、末位置有关，电荷不一定在同一个等势面上移动，B 、C 错误。 3．[多选]如图所示的电场中有A 、B 两点，下列判断正确的是( ) A ．电势φA >φ B ，场强E A >E B B ．电势φA >φB ，场强E A C ．将电荷量为q 的正电荷从A 点移到B 点，静电力做正功，电势 能减少 D ．将电荷量为q 的负电荷从A 点移到B 点，电荷具有的电势能 E p A >E p B 解析：选BC 沿电场线方向电势逐渐降低，则φA >φB ，电场线密处电场强度大，则E A 4．[多选]下列关于电势高低的判断，正确的是( ) A ．负电荷从P 点移到M 点，电势能增加，P 点电势一定较低 B ．负电荷从P 点移到M 点，电势能增加，M 点电势一定较低 C ．正电荷从P 点移到M 点，电势能增加，P 点电势一定较低 D ．正电荷从P 点移到M 点，电势能增加，M 点电势一定较低 解析：选BC 负电荷从P 点移到M 点，电势能增加，静电力做负功，静电力方向由M 点到P 点，电场线方向由P 到M ，故M 点电势较低，所以A 错、B 对；同理可得C 对、D 错。 5．将一个电荷量为1.0×10－8 C 的负电荷，从无穷远处移到电场中的A 点，克服静电 力做功2.0×10－8 J ，现将该电荷从A 点移到B 点，静电力做功1.0×10－8 J ，试求电荷在A 、 B 两点的电势。(取无穷远处为零电势能点) 解析：E p A ＝2.0×10－8 J φA ＝E p A q ＝－2 V 又E p A －E p B ＝1.0×10－8 J 故E p B ＝1.0×10－8 J φB ＝E p B q ＝－1 V 。 答案：－2 V －1 V 新课程高中物理演示实验7盘DVD 作者：专家团 出版社：电化教育电子音像出版社 出版日期：2009年出版 开本：0 册数：0 光盘数：7盘DVD 定价：210元 优惠价：178元 进入20世纪，书籍已成为传播知识、科学技术和保存文化的主要工具。随着科学技术日新月异地发展，传播知识信息手段，除了书籍、报刊外，其他工具也逐渐产生和发展起来。但书籍的作用，是其他传播工具或手段所不能代替的。在当代, 无论是中国，还是其他国家，书籍仍然是促进社会政治、经济、文化发展必不可少的重要传播工具。 详细介绍： 为了配合新课程、新教材的课堂教学需要，我社精心研制开发了本系列节目。本系列片中的实验严格按照新课标的要求，并参考人教版等主流版本教材内容框架的基础上设计开发的，因此实验覆盖全面、适用性强，适用于高中不同版本教材的教学需要。片中的大部分实验设计巧妙，追求超越与创新，不但强调现象的真实性、可视性，而且注重引发兴趣、启发思考，力求反映新课程的要求和当代科学成果，提升对知识、现象的理解。在实验的制作过程中，我们还使用了目前较为先进的视频技术手段和设备器材，通过特写、显微摄像、定格播放、控制播放速度等电视手法，使实验现象更为明显，可视性更强，超越了课堂现场实验演示的效果。 详细目录 第一盘 1、瞬时速度的测量 2、探究小车速度随时间变化的规律 3、自由落体运动的研究 4、用打点计时器研究自由落体运动 5、物体的微小形变 6、探究弹簧的弹力与形变量的关系 7、探究分力与合力的关系 8、研究静摩擦力与滑动摩擦力 第二盘 1、验证牛顿第一定律 2、探究加速度与力、质量的关系 3、研究作用力与反作用力的关系 第三盘 1、超重与失重 2、研究平抛运动的规律 3、验证机械能守恒定律 4、摩擦起电 5、接触起电 6、感应起电 7、法拉第圆筒实验 8、研究影响平行板电容器电容的因素 9、观察电容器的充电与放电过程 10、探究导体中电流与电压的关系 第四盘 1、伏安法测电阻 2、探究导体的电阻与导体长度、截面积的关系 3、描绘小灯泡伏安特性曲线 4、电压表内阻的测定 5、电流表的改装 6、探究电源输出电压与内电压的关系 第五盘 1、电源电动势与内阻的测定 静电感应演示实验的改进 高中物理新课标（选修1-1和选修3-1）安排了一个关于“静电感应”的演示实验，原实验如图所示。 由于实验室没有下部带有金属箔片的金属导体，所以按照教材介绍的方法来演示很困难，现改进为： 取一对箔片验电器A和B，使它们用带鱼夹的导线相连，起初它们不带电，里面的金属箔片是闭合的。 把带正电荷的球C移近导体A，金属箔有什么变化？ 先把验电器A和验电器B相连导线的一端拿掉，然后移去C，金属箔又有什么变化？ 再把验电器A和验电器B相连的导线接上，又会看到什么现象？ 利用上面的实验，解释看到的现象。 巧用肥皂泡做静电演示实验 在高中物理（必修加选修）第117和118页，有图13－1和图13－2两个静电演示实验。可是要在课堂上做好这两个演示实验比较难，且对学生来说可见度不好，趣味性不强。笔者在长期的教学实践中，摸索了一种用肥皂泡演示静电的实验，其可见度好，趣味性强。现介绍如下，以供同仁们参考。 一、材料准备 （1）儿童玩的吹肥皂泡的筒和肥皂水或一般的肥皂水；（2）铁架台；（3）直径为5mm两端弯曲的玻璃管；（4）手捏式橡皮打气囊和20cm～30cm长的乳胶管；（5）带绝缘手柄的方形或圆形金属板；（6）内径为5mm长5mm的小金属环；（7）静电起电机和若干节导线。 二、制作方法 如图1所示，将玻璃管固定在铁架台的直柱上，把乳胶管和小金属环分别套在玻璃管的两端，打气囊套在乳胶管的 另一端；在金属环和金属板上分别接上导线，导线的另一端接到起电机的金属球上去。 三、演示方法及过程 1．演示同种电荷相斥现象 将金属环和金属板上的两根引线接到起电机的同一个金属球上，在金属环上蘸上肥皂水，捏打气囊使金属环出现肥皂泡，待肥皂泡出现时摇动起电机，金属环上的肥皂泡和金属板就会带上同种电荷。再用打气囊给肥皂泡突然充气，气流冲击肥皂泡使之脱离金属环，形成一个带电的能够在空中自由下落的肥皂泡，如果这时用带同种电荷的金属板去接近肥皂泡，我们就会看到肥皂泡明显地受到排斥，如图2所示。 若在空中一定位置上，肥皂泡受到重力、浮力和静电斥力而平衡。这时我们可以使其托起在空中漫游，肥皂泡将随着球拍的升降而沉浮。在空中的存留时间可达到一分多钟，特别生动有趣。 2．演示异种电荷相吸现象 高中物理电场知识点总结大全 1. 深刻理解库仑定律和电荷守恒定律。 （1）库仑定律：真空中两个点电荷之间相互作用的电力，跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。即： 其中k为静电力常量，k=9.0×10 9 N m2/c2 成立条件：①真空中（空气中也近似成立），②点电荷。即带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计。（这一点与万有引力很相似，但又有不同：对质量均匀分布的球，无论两球相距多近，r都等于球心距；而对带电导体球，距离近了以后，电荷会重新分布，不能再用球心间距代替r）。 （2）电荷守恒定律：系统与外界无电荷交换时，系统的电荷代数和守恒。 2. 深刻理解电场的力的性质。 电场的最基本的性质是对放入其中的电荷有力的作用。电场强度E是描述电场的力的性质的物理量。 （1）定义：放入电场中某点的电荷所受的电场力F跟它的电荷量q的比值，叫做该点 的电场强度，简称场强。这是电场强度的定义式，适用于任何电场。其中的q为试探电荷（以前称为检验电荷），是电荷量很小的点电荷（可正可负）。电场强度是矢量，规定其方向与正电荷在该点受的电场力方向相同。 （2）点电荷周围的场强公式是：，其中Q是产生该电场的电荷，叫场源电荷。 （3）匀强电场的场强公式是：，其中d是沿电场线方向上的距离。 3. 深刻理解电场的能的性质。 （1）电势φ：是描述电场能的性质的物理量。 ①电势定义为φ=，是一个没有方向意义的物理量，电势有高低之分，按规定：正电荷在电场中某点具有的电势能越大，该点电势越高。 ②电势的值与零电势的选取有关，通常取离电场无穷远处电势为零；实际应用中常取大地电势为零。 第一章静电场 4 电势能和电势 静电力做功与电势能大小 1.两带电小球，电荷量分别为＋q和－q，固定在一 长度为l的绝缘细杆的两端，置于电场强度为E 的匀强电场中．杆与场强方向平行，其位置如图 所示．若此杆绕过O点垂直于杆的轴线转过 180°，则在此转动过程中电场力做的功为( ) A．0 B．qEl C．2qEl D．πqEl 2．一负电荷仅受电场力的作用，从电场中的A点运 动到B点，在此过程中该电荷做初速度为零的匀 加速直线运动，则A、B两点电场强度E A、E B及该 电荷在A、B两点的电势能εA、εB之间的关系为 ( ) A.E A＝E B B.E A 第4节 电势能和电势 1．知道静电力做功与路径无关。 2．理解静电力做功与电势能变化的关系，理解电势能的概念，认识电势能的相对性。 3．知道电势的定义方法及其定义式、单位，能根据电场线判断电势高低。 4．知道等势面的定义，知道电场线一定垂直于等势面。 一、电场力做功的特点 1．特点：在静电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷的□ 01起始位置和□02终止位置有关，与电荷经过的路径□ 03无关。 2．在匀强电场中电场力做功W ＝□ 04qEL cos θ，其中θ为电场力与电荷位移间夹角。 二、电势能 1．概念：电荷在□ 01静电场中具有的势能。用E p 表示。 2．静电力做功与电势能变化的关系：静电力做的功等于电势能的□ 02减少量，W AB ＝□03E p A －E p B 。 电场力做正功，电势能□04减少；电场力做负功，电势能□05增加。 3．电势能的大小：电荷在某点的电势能，等于把它从这点移动到□ 06零势能位置时静电力做的功。 4．零势能位置：电场中规定的电势能为□07零的位置，通常把电荷在离场源电荷□08无穷远处或□ 09大地处的电势能规定为零。 三、电势 1．定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值，叫做这一点的电势。 2．公式：φ＝□01E p q 。 3．单位：国际单位制中，电势的单位是□ 02伏特，符号是V ，1 V ＝1 J/C 。 4．特点 (1)相对性：电场中各点电势的高低与所选取的零电势的位置有关，一般情况下取□ 03无穷远处或□ 04大地处为零电势位置。 (2)标矢性：电势是标量，只有大小，没有方向，但有□ 05正负。 5．与电场线关系：沿电场线方向电势逐渐□ 06降低。 四、等势面 1．定义：电场中电势□ 01相同的各点构成的面叫做等势面。 2．等势面与电场线的关系 (1)电场线跟等势面□ 02垂直。 教材演示实验汇编 1.探究作用力与反作用力关系的实验装置如图，将台秤放在水平工作台上， 台秤上放有一杯水，读出此时台秤示数为F1，弹簧测力计下用细线悬挂一个小 球，静止时测力计示数为F2 ；将小球浸没到水中，处于静止状态，此时台秤示 数为F3 ，测力计示数为F4。小球在水中所受浮力大小为，方向； 该浮力的反作用力大小为，方向；比较两者关系即可得到作 用力与反作用力的关系。 2.在探究共点力作用下物体的平衡条件的实验中，请将下列步骤补充完整： A.将一方形薄木板平放在桌面上，在板面上用图钉固定好白纸，将三个弹 簧测力计的挂钩用细线系在小铁环上，如图甲所示 B.先将其中两个测力计固定在图板上，再沿某一方向拉着第三个测力计。 当铁环时，分别记下测力计的示数F1、F2、F3和，并作出各个力的图示 C.按作出F1、F2的合力F12，如图乙所示。比较F12和，由此，找出三个力F1、F2、F3的关系。 3.（1）某同学在“探究弹力与弹簧伸长的关系”时，得出了弹簧受到的拉力与弹簧的长度的关系，如图所示．请回答下列问题： （1）这根弹簧的原长是cm． （2）弹簧在受到6N的拉力时，弹簧比原长伸长了cm，此时弹簧发 生了形变． （3）分析图象及有关数据，可以得出的结论是，用此弹簧制作的弹簧测力 计的测量范围是。 （2）在探究“弹簧的弹力与伸长的关系”实验中，通过在悬挂的弹簧下面加 挂钩码，逐渐使弹簧伸长，得到以下的数据．由数据在坐标中画出图象． 由此得到结论：． 弹簧的劲度系数k=N/m．（取两位有效数字） 钩码个数 1 2 3 4 5 6 弹簧弹力F（N）0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 弹簧伸长x（cm） 1.20 2.40 3.60 4.76 6.10 7.10 4.在“研究滑动摩擦力的大小”实验中，如图将一木块和木板叠放于水平桌面上，弹簧测力计一端固定，另一端与木块水平相连，用力拉木板，使之在桌面上滑动，读出弹簧测力计的示数。根据的条件，木块与木板间滑动摩擦力等于测力计示数。 在实验中通过在木块上添加钩码的方法，改变木块对木板的压力，并分别测出滑动摩擦力的大小；把木板换成玻璃板再重复上面实验。下表为某实验小组测得的实验数据： 高中物理演示实验练习 1(如图23-1所示，在用横截面为椭圆形的墨水瓶演示坚硬物体微小弹性形变的演示实验中，能观察到的现象是:( ) A(沿椭圆长轴方向压瓶壁，管中水面上升;沿椭圆短轴方向压瓶壁，管中水面下降 B(沿椭圆长轴方向压瓶壁，管中水面下降;沿椭圆短轴方向压瓶壁，管中水面上升 C(沿椭圆长轴或短轴方向压瓶壁，管中水面均上升 D(沿椭圆长轴或短轴方向压瓶壁，管中水面均下降 2((1989年广东高考题)如图23-2所示，物体A放在水平桌面上，被水平绳拉着处于静止状态，则 ( ) A(A 对桌面的压力和桌面对A的支持力总是平衡的 B(A 对桌面的摩擦力的方向是水平向右的 C(绳子对A的拉力小于A受的静摩擦力 D(A受的重力和桌面对A的支承力是一对作用力和反作用力 3(用抽成真空的毛线管演示不同质量的物体下落快慢的实验时，所观察到的现象是__ __ ___，说明有空气阻力足够小时，所有物体从同一高度自由下落所需时间是__ ___的。 4(平抛运动物体的规律可以概括为两点: (1)水平方向做匀速运动; (2)竖直方向做自由落体运动。为了研究平抛物体的运动，可做下面的实验:如图23-3所示，用小锤打击弹性金属片，A球就水平飞出，同时B 球被松开，做自由落体运动，两球同时落到地面，这个实验( ) A(只能说明上述规律中的第(1)条 B(只能说明上述规律中的第(2)第 C(不能说明上述规律的任何一条 D(能同时说明上述两条规律 5(在光滑水平桌面上固定一根钉子，把绳的一端套在钉子上，另一端系一个小球，使小球在光滑的桌面上做匀速圆周运动，将钉子拔掉，可以看到 ( ) A(小球沿径向远离圆心飞出 B(小球沿曲线远离圆心飞出 C(小球沿圆周的切线飞出 D(小球仍沿原轨道做匀速圆周运动 1 6((1996年全国高考题)如果下表中给出的是做简谐运动的物体的位移x 或速度v，与时刻的对应关系，T是振动周期，则下列选项中正确的是: ( ) A(若a表示位移x ，则c表示相应的速度v B(若d表示位移x，则a表示相应的速度v C(若c表示位移 x，则 a 表示相应的速度v D(若b表示位移x，则c表示相应的速度v 7(图23-7是研究受迫振动的实验装置，当用不同转速匀速转动把手时，把手就给弹簧振子以周期性的驱动力使振子做受迫振动，可以看到 ( ) 静电场 第一讲 电场力的性质 一、 二、电荷及电荷守恒定律 1、 2、 自然界中只存在两种电荷，一种是正电，例如用丝绸摩擦玻璃棒，玻璃棒带正电；另一种带负电，用 毛皮摩擦橡胶棒，橡胶棒带负电。 3、 4、 电荷间存在着相互作用的引力或斥力（同性相吸，异性相斥）。 5、 6、 电荷在它的周围空间形成电场，电荷间的相互作用力就是通过电场发生的。电荷的多少叫电量。 元电荷ｅ＝×10－19 C ，所有带电体的电荷量都等于ｅ的整数倍。点电荷 7、 8、 使物体带电叫做起电。使物体带电的方法有三种：(1)摩擦起电；(2)接触带电；(3)感应起电。 9、 10、 电荷既不能创造，也不能消灭，它只能从一个物体转移到另一个物体，或从物体的一部分转移到 另一部分，在转移的过程中，电荷的总量不变。这叫做电荷守恒定律。 【重点理解】（１）摩擦起电；（２）接触带电；（３）感应起电 当两个物体互相摩擦时,一些束缚得不紧的电子往往从一个物体转移到另一个物体,于是原来电中性的物体由于得到电子而带负电,失去电子的物体带正电,这就是摩擦起电. 当一个带电体靠近导体,由于电荷间相互吸引或排斥,导体中的自由电荷便会趋向或远离带电体,使导体靠近带电体的一端带异号电荷,远离带电体的一端带同号电荷,这就是感应起电,也叫静电感应. 接触起电指让不带电的物体接触带电的物体，则不带电的物体也带上了与带电物体相同的电荷，如把带负电的橡胶棒与不带电的验电器金属球接触，验电器就带上了负电，且金属箔片会张开；带正电的物体接触不带电的物体，则是不带电物体上的电子在库仑力的作用下转移到带正电的物体上，使原来不带电的物体由于失去电子而带正电。 实质：电子的得失或转移 二、库仑定律 １、内容：在真空中两个点电荷之间相互作用的电力，跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上。 ２、公式：2 2 1r Q Q k F ，Ｆ叫库仑力或静电力，也叫电场力，Ｆ可以是引力，也可以是斥力，Ｋ叫静电力常量，公式中各量均取国际单位制单位时，Ｋ＝×109 N ·m 2 /C 2 高中物理学习材料 金戈铁骑整理制作 电势能和电势一课一练 一、单项选择题 1. 孤立点电荷电场中的一簇等势面如图中虚线所示，其电势分别为φ1、φ2、φ3，其中A、B、C是某电场线与这簇等势面的交点，且AB＝BC.现将一负电荷由A移到B，电场力做正功W1；由B移到C，电场力做正功W2，则() A．W1＝W2，φ1＜φ2＜φ3 B．W1＝W2，φ1＞φ2＞φ3 C．W1＞W2，φ1＜φ2＜φ3 D．W1＜W2，φ1＞φ2＞φ3 解析：选C.由电场力做正功可知，负电荷受电场力向右，电场线方向向左，所以场源电荷为负电荷在左侧，则AB间场强比BC间强，电场力做功多，即W1＞W2.沿电场线电势降低，则有φ1＜φ2＜φ3，故选C. 2．设电荷只受电场力的作用，则下列说法正确的是() A．负电荷只能朝着电势能减小的地方运动 B．正电荷只能朝着电势低的地方运动 C．初速度为零的负电荷一定朝着电势能增大的地方运动 D．初速度为零的正电荷一定朝着电势降低的地方运动 解析：选D.电荷初速度为零时，运动方向由所受静电力的方向决定，负电荷大体是逆着电场强度的方向运动，静电力做正功，电势能减小，正电荷顺着电场强度的方向运动，沿着运动的方向，电势降低，C错误、D正确．电荷初速度不为零时，运动方向由初速度方向和所受静电力的方向决定，可能做加速运动，也可能做减速运动，可能朝电势低的地方运动，也可能朝电势高的地方运动，A、B错误．故选D. 3. (2014·长沙模拟)一点电荷仅受电场力作用，由A点无初速度释放，沿直线先后经过电场中的B点和C点．如图所示，点电荷在A、B、C三点的电势能分别用E A、E B和E C表示，则E A、E B、E C间的关系可能是() A．E A>E B>E C或E A>E C>E B B．E A 第四节 电势能与电势 学习目标：1.[科学思维]知道电场力做功的特点，会根据电场力做功与电势能改变的关系进行分析和计算。 2.[物理观念]理解电势的定义及其相对性。 3.[物理观念]知道等势面的概念，知道在等势面上移动电荷时电场力不做功。 4.[科学探究]通过类比的方法探究电场力做功的特点。 一、电场力做功 1．电场力做功：在匀强电场中，电场力做功W ＝qEl cos θ，其中θ为电场力与位移方向之间的夹角。 2．特点：在匀强电场中移动电荷时，电场力做的功只与电荷的电量及其起点和终点的位置有关，与电荷经过的路径无关，上述结论也适用于非匀强电场。 二、电势能 1．电势能：电荷在电场中的某一位置具有的势能，用E p 表示。 2．电场力做功与电势能变化的关系：电场力做的功等于电势能的减少量，表达式：W AB ＝E p A －E p B 。 电场力做正功，电势能减少； 电场力做负功，电势能增加。 3．电势能的大小：电荷在电场中A 点的电势能大小，等于将电荷从该点移动到零势能位置时电场力所做的功，即E p A ＝W A 0。 4．电势能具有相对性 电势能零点的规定：通常把电荷在离场源电荷无限远处或把电荷在大地表面上的电势能规定为零。 三、电势 1．定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电量之比。 2．公式：φ＝E p q 。 3．单位：国际单位制中，电势的单位是伏特，符号是V,1 V ＝1 J/C 。 4．电势高低的判断：沿着电场线的方向电势逐渐降低。 5．电势是标量，只有大小，没有方向，但有正、负之分，同一电场中电势为正表示比零电势高，电势为负表示比零电势低。 6．电势的相对性：只有规定了电势零点才能确定某点的电势大小，一般选大地或离场源电荷无限远处的电势为0。 一．选择题（共30小题） 1．（2014?山东模拟）如图，在光滑绝缘水平面上，三个带电小球a 、b 和c 分别位于边长为l 的正三角形的三个顶点上；a 、b 带正电，电荷量均为q ，c 带负电．整个系统置于方向水平的匀强电场中．已知静电力常量为k ．若 三个小球均处于静止状态，则匀强电场场强的大小为（ ） D c 的轴线上有a 、b 、 d 三个点，a 和b 、b 和c 、c 和d 间的距离均为R ，在a 点处有一电荷量为q （q ＞0）的固定点电荷．已知b 点处的场强为零，则d 点处场强的大小为（k 为静电力常量）（ ） D 系数均为k 0的轻质弹簧绝缘连接．当3个小球处在静止状态时，每根弹簧长度为l ．已知静电力常量为k ，若不考虑弹簧的静电感应，则每根弹簧的原长为（ ） ﹣ 个小球，在力F 的作用下匀加速直线运动，则甲、乙两球之间的距离r 为（ ） D 7．（2015?山东模拟）如图甲所示，Q1、Q2为两个被固定的点电荷，其中Q1带负电，a、b两点在它们连线的延长线上．现有一带负电的粒子以一定的初速度沿直线从a点开始经b点向远处运动（粒子只受电场力作用），粒子经过a、b两点时的速度分别为v a、v b，其速度图象如图乙所示．以下说法中正确的是（） 8．（2015?上海二模）下列选项中的各圆环大小相同，所带电荷量已在图中标出，且电荷均匀分布，各圆环间 D 12 变化的关系图线如图所示，其中P点电势最低，且AP＞BP，则（） 以下各量大小判断正确的是（） 11．（2015?丰台区模拟）如图所示，将一个电荷量为1.0×10C的点电荷从A点移到B点，电场力做功为2.4×10﹣6J．则下列说法中正确的是（） 时速度恰好为零，不计空气阻力，则下列说法正确的是（） 带电粒子经过A点飞向B点，径迹如图中虚线所示，以下判断正确的是（） 实线所示），则下列说法正确的是（） 高中物理实验大全——目录 中央电教馆推出的《高中物理实验大全》、《高中化学实验大全》、《高中生物实验大全》就是为了改变我国实验教学的现状而研发的一项科学研究成果。“大全”内容全面、科学、严谨，以满足高中教师对学生实验的要求。“大全”所展示的不是课本的简单再现，而是对实验重新“整合”、组合，适当“加深”和“拓宽”，并把实验能力与计算机技术相结合，从深层上揭示出实验的科学原理。 01.气垫导轨介绍 02.数字计时仪介绍 03用数字计时仪测气垫导轨上滑块的即时速度 04匀速直线运动及其速度 05测运变速直线运动的加速度 06电磁打点记时器 07用打点计时器演示匀速直线运动 08电火花打点计时器 09用打点计时器测匀加速直线运动的加速度 10初速度为零的匀加速直线运动的路程和时间的关系 11用牛顿管演示空气阻力很小时不同物体同事下落 12用悬挂法确定薄板的重心 13用大玻璃瓶演示玻璃微小形变 14用形变演示器演示形变产生弹力 15用激光镜面反射演示桌面微小形变 16静摩擦 17最大摩擦力 18验证滑动摩擦定律 19滑动摩擦 20滚动摩擦与滑动摩擦的比较 21力合成的平行四边形定则 22合力的大小于分力间夹角的关系 23力的分解 24三角衍架演示力的分解 25共点力的平衡条件 26力矩的平衡 27惯性（1） 28惯性（2) 29惯性（3） 30牛顿第一定律 31牛顿第二定律(1) 32牛顿第二定律(2) 33牛顿第三定律 34静摩擦力的相互性 35弹力的相互性 36作用力于反作用力的关系 37失重 38用测力计演示超重于失重 39用微小压强计演示超重于失重 40物体做曲线运动的条件 41曲线运动中速度的方向 42互成角度的两个直线运动的合成43平抛运动与自由落体运动的等时性44平抛运动与水平匀速运动的等时性45平抛运动的轨迹 46决定向心力大小的因素 47弹簧振子的振动 48简谐振动的图象 49阻尼振动的图象 50单摆的等时性 51单摆的振动周期与摆球的质量无关52单摆的周期与摆长有关 53用计时器研究单摆周期与摆长关系54受迫振动和共振（1） 55受迫振动和共振（2） 56用示波器观察发声物的振动 57物体的动能 58重力势能 59动能与重力势能的转化 60动能与弹性势能的转化 61动量守恒 62完全非弹性碰撞 63完全弹性碰撞(1) 64完全弹性碰撞(2) 65完全弹性碰撞(3) 66斜碰 67碰撞球(1) 68碰撞球(2) 69碰撞球(3) 70单摆小车 71反冲(1) 72反冲(2) 73反冲(3) 74气体的扩散 75液体的扩散速度与温度有关 76布朗运动 77布朗运动的成因 78分子间的相互作用力(1) 79分子间的相互作用力(2) 80压燃实验 第4节电势能和电势 一、静电力做功的特点┄┄┄┄┄┄┄┄① 1．静电力做功：在匀强电场中，静电力做功W＝qE·l cos θ。其中θ为静电力与位移之间的夹角。 2．特点：在静电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，与电荷经过的路径无关。以上结论适用于匀强电场和非匀强电场。 [说明] (1)静电力做功的特点与重力做功相似。 (2)静电力做功的特点不受物理条件限制，不管静电力是否变化，是否是匀强电场，是直线运动还是曲线运动，电场力做功的特点不变。 ①[判一判] 1．在电场中两点之间移动任何电荷时，静电力做功相同(×) 2．电荷在电场中移动时，静电力对电荷一定做功(×) 3．电场中初、末位置间距越大，静电力做功越多(×) 二、电势能┄┄┄┄┄┄┄┄② 1．概念：电荷在电场中的势能，可用E p表示。 2．大小：电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移动到零势能位置时所做的功。 3．与静电力做功的关系：静电力做的功等于电势能的减少量，用公式表示W AB＝E p A－E p B。 静电力做正功，电势能减少；静电力做负功，电势能增加。 4．电势能的数值大小与零势能点的选取有关，通常把无限远处或大地表面上的电势能规定为零。 [注意] 电势能的特点 (1)系统性：电势能由电场和电荷共同决定，属于电场和电荷系统所共有的，我们习惯说成电场中的电荷所具有的。 (2)相对性：电势能是一个相对量，其数值与零势能点的选取有关，因此确定电荷的电势能首先应确定零势能点的位置，但电荷在某两点之间的电势能之差与零势能点的选取无关。 (3)标量性：电势能是标量，有正负、无方向。电势能为正值表示电势能大于参考点的电势能，电势能为负值表示电势能小于参考点的电势能。 ②[判一判] 1．电势能的数值与零势能点的选取有关，但电势能的变化量与零势能点的选取无关(√) 2．正电荷的电势能一定大于零，负电荷的电势能一定小于零(×) （精心整理，诚意制作） 1．对于电场中A、B两点，下列说法中正确的是( ) A．电势差的定义式U AB＝WAB q ，说明两点间的电势差U AB与电场力做功W AB成正 比，与移动电荷的电荷量q成反比 B．把正电荷从A点移到B点电场力做正功，则有U AB>0 C．电势差的定义式中，U AB与移动电荷的电荷量q无关 D．电场中A、B两点间的电势差U AB等于把正电荷q从A点移动到B点时电场力做的功 解析：选BC.根据电势差的定义，电场中两点间的电势差等于将单位正电荷从一点移到另一点时静电力所做的功，仅由电场及两点的位置决定，与移动的电 荷量及做功的多少无关，即U＝W q 也是比值定义式，故应选B、C. 2．(20xx年安徽省两地三校高二联考)一个带正电的质点，电荷量q＝2.0 ×10－9C，在静电场中由a点移到b点，在这过程中，除静电力外，其他力做的功为6.0×10－5 J，质点的动能增加了8.0×10－5 J，则a、b两点间的电势差为( ) A．3.0×104 V B．1.0×104 V C．4.0×104 V D．7.0×104 V 解析：选B.由动能定理，外力对物体做功的代数和等于物体动能的增量，得电场力对物体做的功W＝8.0×10－5 J－6.0×10－5 J＝2.0×10－5 J．由W＝q(φa－φb)得φa－φb＝W/q＝1×104 V，所以只有B对． 3．(20xx年××区高二质量检测)如图1－5－5所示，实线为电场线，虚线为等势面，相邻两等势面间的电势差相等．一个正电荷在等势面L3处的动能为20 J，运动到等势面L1处时动能为零；现取L2为零电势参考平面，则当此电荷的电势能为4 J时，它的动能为(不计重力及空气阻力)( ) 1 课本中的图像和演示实验 1.解释鸟儿为什么能够安然无恙： 2.商用核电站使用的是什么核燃料？ 3.物体在传动带上是如何运动的，如何检验。 4.光斑向什么方向移动？ 5.伽利略的实验说明了什么问题？ 6.抛掉副油箱的目的是什么？ 7.绳上的拉力等于 8.在下面哪些情况下，水不喷出来：上抛、斜抛、水平抛、下抛、自由落体。 9.马为什么能把车拉走？ 10.描述蜡烛块的运动： 11.平抛实验说明了什么问题？ 12.能否击中靶，为什么？ 13.卡文迪许扭称 14.三个宇宙速度的意义。 16.计算动量变化： m＝1㎏，v＝2m/s，v'＝2m/s。 17.请解释 18.机械能是否守恒，动量是否守恒 19.请解释 20.分析小车的运动情况 21.分析铁锤钉钉子的过程： 22.请分析小球在不同位置的受力情况 23.确定单摆的周期？ 24.转动频率有很小缓慢逐渐增大，分析振子的振动情况：频率、振幅 25.分析其它各摆的振幅和周期 26.说明此曲线的意义 27.描述现象，分析原因。 28.小球做什么运动，摆长是多少。 30.由这两组图分别得到什么结论？ 31.这个实验说明了什么问题？ 32.会分析加强区域和减弱区域。 33.判断频率的高低情况。 34.此实验说明了什么问题 ？ 35.什么东西在运动？这种运动有什么特点？说明 了什么问题？是轨迹吗？ 36.分子力随分子间距离变化的规律是什么？再此 图上画出分子间势能随分子间距离的变化规律。 37.请解释为什么要用较大的力才能将玻璃提起来。 38.如何操作能使火柴头燃烧，为什么？ 39.温度计示数如何变化，为什么？ 高二物理静电场知识点 1.电荷电荷守恒定律点电荷 自然界中只存在正、负两中电荷，电荷在它的同围空间形成电场，电荷间的相互作用力就是通过电场发生的。电荷的多少叫电量。基本电荷e = 1.6*10^-19C。带电体电荷量等于元电荷的整数倍Q=ne 使物体带电也叫起电。使物体带电的方法有三种：①摩擦起电②接触带电③感应起电。 电荷既不能创造，也不能被消灭，它只能从一个物体转移到另一个物体，或从的体的这一部分转移到另一个部分，这叫做电荷守恒定律。 带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间相互作用力的影响可以忽略不计时，这样的带电体就可以看做带电的点，叫做点电荷。 2.库仑定律 公式F = KQ1Q2/r^2真空中静止的两个点电荷 在真空中两个点电荷间的作用力跟它们的电量的乘积成正比，跟它们间的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上，其中比例常数K叫静电力常量，K = 9.0*10^9Nm^2/C^2。F:点电荷间的作用力N， Q1、Q2:两点电荷的电量C，r:两点电荷间的距离m，方向在它们的连线上，作用力与反作用力，同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引 库仑定律的适用条件是1真空，2点电荷。点电荷是物理中的理想模型。当带电体间的距离远远大于带电体的线度时，可以使用库仑定律，否则不能使用。 3.静电场电场线 为了直观形象地描述电场中各点的强弱及方向，在电场中画出一系列曲线，曲线上各点的切线方向表示该点的场强方向，曲线的疏密表示电场的弱度。 电场线的特点： 1始于正电荷或无穷远，终止负电荷或无穷远; 2任意两条电场线都不相交。 电场线只能描述电场的方向及定性地描述电场的强弱，并不是带电粒子在电场中的运动轨迹。带电粒子的运动轨迹是由带电粒子受到的合外力情况和初速度共同决定。 高中物理演示实验教学理论分析【摘要】新课改下，教育以培养学生能力为核心，本文通过高中物理改进演示实验的形式和提高学生的参与程度，从而提高高中物理演示实验教学的有效性和实用性。本文有效的方法希望对高中理科老师尤其是物理老师的演示实验教学有所帮助。 【关键词】高中物理;演示实验;教学探讨;学生能力 引言 “以学生发展为本”作为当代课程改革的核心方向，“以学生发展为本”主要体现在培养学生的创新精神和实践动手能力。根据高中学生心理认知规律，演示实验在学生获得知识中起到重要作用，由于演示实验直观体现客观的物理事实，直接展示物理现象，为学生理解物理概念和物理现象提供第一手资料。第一手资料的有效性是学生理解知识的关键。有效的资料可以从以下两个方向开展：第一通过与常规认识冲突吸引学生；第二根据演示实验现象和新学习内容设置相关的问题，培养学生的观察能力。以上得出演示实验的关键是现象明显，立意新颖，然而传统的高中物理演示实验，老师作为“主角”，在讲台上按照理论设定的实验，按部就班的演示实验，学生作为“观众”在座位上观察，这种形式导致很多学生由于座位位置而很难观察到实验现象，发现问题更加无从谈起。传统的物理演示实验很多情况是学生被动的参与，学生缺乏主观能动性，不利于教学和学生能力培养。如何利用演示实验提高学生参与的积极性，值得一线教师不断探索和总结。 一、改进实验的形式，提高教学引入和实验展示的有效性 1.演示实验转变为有趣实验。设计有趣的实验是吸引学生的注意力的有效手段。有趣实验还可以激发学生的学习兴趣，提高课程引入的有效性。以高中摩擦力引入为例，筷子提大米演示实验，这个实验与实际的认知向冲突，从而引起学生注意力，增加学习兴趣。同时将科学原理的小魔术作为演示实验引入课堂，提高课堂的趣味性。如魔术“隔空推小车”，通过魔术揭秘，将电磁感应现象引入。通过答疑解惑加深学生对知识的理解和认识。实验的趣味性要和知识紧密相连，避免为趣味性设计实验。演示过程中，教师设计相关的问题和引导学生参与到实验中，从而让演示实验达到预期目的。 2.演示实验由多媒体技术在课件中数次展示。多媒体中动态的视频能够引起学生的注意力，通过多媒体手段，将演示实验的关键现象和注意细节分别展示，让瞬间现象长时间展示到学生眼前，尤其是边做实验边展示实验细节，实验实现真实还原，将注意细节可视化。为提高实验的成功率和高效利用，演示实验可以提前录制，这样既节约演示实验时间，还可以将局部细节特殊处理，从而提高实验的利用率，充分利用演示实验。平抛运动作为高中物理中必做的实验之一，学生动手操作时，将实验过程录制下来，从学生录制的视频中精选出标准实验操作和常见的实验失误。这些精选视频，在新课讲授过程中展示出来，让学生发现身边同学的存在的问题，培养学生发现问题的能力。这些视频可再课件不同位置多次出现，从而加深学生印象，提高理论知识的理解。 二、演示实验中提高学生的参与程度，提高教学效果 1.自制教具，从学生实际和教学现况出发，提高演示实验的实用 实验十静电场中等势线的描绘 第一关：基础关展望高考 基础知识 （一）实验目的 用描迹法画出电场中一个平面上的等势线. （二）实验原理 利用导电纸中的恒定电流场模拟真空中的静电场，当在场中与导电纸接触的两探针尖端的电势差为零时，与探针相连的电流计中电流强度为零.从而可以通过探针找出电流场中的等势点，并依据等势点描出等势线. （三）实验器材 学生用低压电源或电池组、灵敏电流计、开关、导电纸、白纸、复写纸、圆柱形金属电极2个、探针2个、图钉、导线若干、木板. （四）实验步骤 （1）安装 在平整的木板上依次铺放白纸、复写纸、导电纸各一张，导电纸有导电物质的一面向上，再用图钉把它们一起固定在木板上（如图）.在导电纸上放两个跟它接触良好的圆柱形电极.两极间距离约为10 cm，电压约为6 V.再从一个灵敏电流计的两个接线柱引出两个探针. （2）选基准点 在导电纸平面两极的连线上，选取间距大致相等的5个点作为基准点，并用探针把它们的位置复印在白纸上. （3）探测等势点 将两个探针分别拿在左、右手中，用左手中的探针跟导电纸上的某一基准点接触，然后在导电纸平面两极连线的一侧，距此基准点约1 cm处再选1个点，在此点将右手拿着的探针跟导电纸接触，这时一般会看到电流表的指针有偏转，再左右移动探针的位置，直至找到一点，使电流表指针没有偏转为止，说明这个点跟基准点的电势相等，用探针把这个点的位置复印在白纸上.照上述方法，在这个基准点的两侧，各探测出5个等势点，每个等势点大 约相距1 cm.用同样的方法，探测出另外4个基准点的等势点. （4）画等势线 取出白纸，根据5组等势点画出5条平滑的曲线，它们就是等势线（下图）. 第二关：技法关解读高考 解题技法 一、如何判断探针的移动方向 技法讲解 在寻找某一点的等势点时，若发现电流表指针不为零，可依据指针的偏转方向判断探针的移动方向：先由指针偏转方向判断电流的流向，由此可知两探针所接触的两点的电势高低，再由电场的分布特点来判断探针的移动方向. 典例剖析 例1 如图所示为描绘电 场中平面上等势线的装置，图 中A、C、P、D、B等相邻两点间 距相等，其中A、B为金属圆柱． 当电流从正接线柱流入电流表 G时，其指针向正接线柱一侧 偏转. 高中物理静电场练习题 1、如图所示，中央有正对小孔的水平放置的平行板电容器与电源连接，电源电压为U 。将一带电小球从两小孔的正上方P 点处由静止释放，小球恰好能够达到B 板的小孔b 点处，然后又按原路返回。那 么，为了使小球能从B 板 的小孔b 处出射，下列可行的办法是（ ） A.将A 板上移一段距离 B.将A 板下移一段距离 C.将B 板上移一段距离 D.将B 板下移一段距离 2、如图所示，A 、B 、C 、D 、E 、F 为匀强电场中一个正六边形的六个顶点，已知A 、B 、C 三点的电势 分别为1V 、6V 和9V 。则D 、E 、F 三 点的电势分别为（ ） A 、+7V 、+2V 和+1V B 、+7V 、+2V 和1V ￥ C 、-7V 、-2V 和+1V D 、+7V 、-2V 和1V 3、质量为m 、带电量为-q 的粒子（不计重力），在匀强电场中的A 点以初速度υ0沿垂直与场强E 的方向射入到电场中，已知粒子到达B 点时的速度大小为2υ0，A 、B 间距为d ，如图所示。 则（1）A 、B 两点间的电势差为（ ） A 、q m U AB 232υ-= B 、q m U AB 232 υ= C 、q m U AB 22υ-= D 、q m U AB 22 υ= （2）匀强电场的场强大小和方向（ ） A 、qd m E 2 21υ= 方向水平向左 B 、qd m E 2 21υ= 方向水平向右 C 、qd m E 2212 υ= 方向水平向左 D 、qd m E 2212 υ= 方向水平向右 4、一个点电荷从竟电场中的A 点移到电场中的B 点，其电势能变化为零，则（ ） A 、A 、B 两点处的场强一定相等 B 、该电荷一定能够沿着某一等势面移动 C 、A 、B 两点的电势一定相等 D 、作用于该电荷上的电场力始终与其运动方向垂直 5、在静电场中（ ） A.电场强度处处为零的区域内，电势也一定处处为零 . B.电场强度处处相等的区域内，电势也一定处处相等 C.电场强度的方向总是跟等势面垂直 D.沿着电场线的方向电势是不断降低的 6、一个初动能为E K 的带电粒子，沿着与电场线垂直的方向射入两平行金属板间的匀强电场中，飞出时该粒子的动能为2E K ，如果粒子射入时的初速度变为原来的2倍，那么当它飞出电场时动能为（ ） A B a P · m 、q 。 >U + - ~ A E B 。 第4节电势能和电势 1.静电力做功与路径无关, 只与电荷的初、末位置有关；静电力做 的功等于电势能的减少量。 2．电荷在某点的电势能, 等于把它从该点移到零势能位置时静电 力所做的功。 3．沿电场线方向, 电势逐渐降低。 4．电场线跟等势面垂直, 并且由电势高的等势面指向电势低的等 势面。 5．无论粒子电性如何, 当粒子垂直进入匀强电场后, 电场力一定 做正功。 一、静电力做功的特点 在静电场中移动电荷时, 静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关, 与电荷经过的路径无关。 二、电势能 1．概念 电荷在静电场中具有的势能。用E p表示。 2．静电力做功与电势能变化的关系 静电力做的功等于电势能的减少量, W AB＝E p A－E p B。 {电场力做(多少)正功，电势能减少(多少)；电场力做(多少)负功，电势能增加(多少)。 3．电势能的大小 电荷在某点的电势能, 等于把它从这点移动到零势能位置时静电力做的功。 4．零势能位置 电场中规定的电势能为零的位置, 通常把离场源电荷无穷远处或大地处的电势能规定为零。 三、电势 1．定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值。 2．公式：φ＝E p q。 3．单位：国际单位制中, 电势的单位是伏特, 符号是V,1 V＝1 J/C。 4．特点 (1)相对性：电场中各点电势的高低, 与所选取的零电势的位置有关, 一般情况下取无穷远或地球为零电势位置。 (2)标矢性：电势是标量, 只有大小, 没有方向, 但有正负。 5．与电场线关系：沿电场线方向电势逐渐降低。 四、等势面 1．定义 电场中电势大小相同的各点构成的面叫做等势面。 2．等势面与电场线的关系 (1)电场线跟等势面垂直。 (2)电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面。 1．自主思考——判一判 (1)只要电荷在电场中移动, 电场力一定做功。(×) (2)电场力做功与重力做功类似, 与初末位置有关, 与路径无关。(√) (3)电势有正、负, 是矢量。(×) (4)在匀强电场中沿电场线方向, 电势降低最快。(√) (5)等势面上, 不仅各点电势相同, 电场强度也一定相同。(×) (6)电势能是相对的, 规定不同的零势能点, 电荷在电场中某点的电势能不同。(√) 2．合作探究——议一议 (1)一电荷在某电场中运动了一周又回到出发点, 电场力对该电荷做功吗？ 提示：不做功。由功的定义式可知, 电荷运动一周位移为0, 故电场力一定不做功。 (2)电势能与重力势能类似, 也有正负, 其正负有何意义？ 提示：电势能为正值时, 表明电荷在该处电势能大于零；当电势能为负值时, 表明电荷在该处电势能比零小。 (3)为何说当电荷沿等势面移动时, 电场力不做功？ 提示：由于电场线与等势面垂直, 即电荷所受的电场力与等势面垂直, 即当电荷沿等势面移动时, 电场力方向始终与速度方向垂直, 电场力不做功。新课程高中物理演示实验7盘
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