静电场4(精)
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静电场第4节电势能和电势1一、电势能1、静电力做功的特点:不仅适用于电场还适用于电场2、电势能:3、静电力做功与电势能变化的关系(1)静电力做负功,(2)静电力做正功,说明:1、若要确定电荷在电场中的电势能,应先规定位置。
零势能位的规定:2、在正电荷产生的电场中正电荷在任意一点具有的电势能都为,负电荷在任一点具有的电势能都为。
3、在负电荷产生的电场中正电荷在任意一点具有的电势能都为,负电荷在任意一点具有的电势能都为。
4、电荷在电场中某一点A具有的电势能E P等于将该点电荷由A点移到电场力所做的功W。
即E P=____________________________________。
练习:1、一个电荷只在电场力作用下从电场中的A点移到B点时,电场力做了5×10-6J的功,那么( )A.电荷在B处时将具有5×10-6J 的电势能B.电荷在B处将具有5×10-6J 的动能C.电荷的电势能减少了5×10-6JD.电荷的动能增加了5×10-6J2、如图1所示,a、b为某电场线上的两点,那么以下的结论正确的是()A.把正电荷从a移到b,电场力做正功,电荷的电势能减少B.把正电荷从a移到b,电场力做负功,电荷的电势能增加C.把负电荷从a移到b,电场力做正功,电荷的电势能增加D.从a到b电势逐渐降低3、将带电量为6×10-6C的负电荷从电场中的A点移到B点,克服电场力做了3×10-5J的功,再从B移到C,电场力做了1.2×10-5J的功,则(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点的电势能为零,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点的电势能为零,则该电荷在A点和C点的电势能分别为多少?二、电势1、定义:定义式:单位:___________量性:2、电势与电场线的关系:电势与场强的关系:3、零电势位置的规定:正点电荷电场中各点电势均为值,负点电荷电场中各点电势均为值。
4电势能和电势[学习目标] 1.知道静电力做功的特点,掌握静电力做功与电势能变化的关系.2.理解电势能、电势的概念,能根据电场线判断电势高低.3。
知道什么是等势面,并能理解等势面的特点.一、静电力做功的特点1.静电力做功:在匀强电场中,静电力做功W=qEl 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.二、电势能1.电势能:电荷在电场中具有的势能,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.表达式:W AB=E p A-E p B。
错误!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.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荷量的比值.2.公式:φ=错误!。
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.电势的标量性:电势是标量,只有大小,没有方向,但有正、负之分,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:零电势点的规定原则,一般选大地或离场源电荷无限远处的电势为零,只有规定了电势零点才能确定某点的电势大小.四、等势面1.定义:电场中电势相同的各点构成的面.2.等势面的特点(1)在同一等势面上移动电荷时静电力不做功(选填“做功”或“不做功").(2)等势面一定跟电场线垂直,即跟电场强度的方向垂直.(3)电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面.[即学即用]1.判断下列说法的正误.(1)电荷从电场中的A点运动到B点,路径不同,电场力做功的大小就可能不同.(×)(2)正电荷沿着电场线运动,电场力对正电荷做正功,负电荷逆着电场线运动,电场力对负电荷做正功.(√)(3)电场力做正功,电荷的电势能减少,电场力做负功,电荷的电势能增加.(√)(4)正电荷和负电荷沿着电场线运动,电势能均减少.(×)(5)电荷在电势高处具有的电势能大.(×)(6)沿电场线方向电势降低,与试探电荷的电性无关.(√) 2.如图1所示,把电荷量为-5×10-9 C的电荷,从电场中的A点移到B点,其电势能________(选填“增大”或“减小”).若A点电势为φA=15 V,B点电势为φB=10 V,则电荷在A点和B点具有的电势能分别为E p A=__________ J,E p B=__________ J,此过程电场力所做的功W AB=__________ J。
作业4 静电场四导线穿过外球壳上的绝缘小孔与地连接,外球壳上带有正电荷,则内球壳上[ ]。
.A 不带电荷.B 带正电 .C 带负电荷.D 外表面带负电荷,内表面带等量正电荷答案:【C 】解:如图,由高斯定理可知,内球壳内表面不带电。
否则内球壳内的静电场不为零。
如果内球壳外表面不带电(已经知道内球壳内表面不带电),则两壳之间没有电场,外球壳内表面也不带电;由于外球壳带正电,外球壳外表面带正电;外球壳外存在静电场。
电场强度由内球壳向外的线积分到无限远,不会为零。
即内球壳电势不为零。
这与内球壳接地(电势为零)矛盾。
因此,内球壳外表面一定带电。
设内球壳外表面带电量为q (这也就是内球壳带电量),外球壳带电为Q ,则由高斯定理可知,外球壳内表面带电为q -,外球壳外表面带电为Q q +。
这样,空间电场强度分布r r qr E ˆ4)(201πε=ρρ,(两球壳之间:32R r R <<)r r Qq r E ˆ4)(202πε+=ρρ,(外球壳外:r R <4)其他区域(20R r <<,43R r R <<),电场强度为零。
内球壳电势为041)11(4ˆ4ˆ4)()(403202020214324322=++-=⋅++⋅=⋅+⋅=⋅=⎰⎰⎰⎰⎰∞∞∞R Q q R R q r d r rQq r d r r q r d r E r d r E l d E U R R R R R R R πεπεπεπερρρρρρρρρρ则04432=++-R QR q R q R q ,4324111R R R R Q q +--=由于432R R R <<,0>Q ,所以0<q即内球壳外表面带负电,因此内球壳负电。
2.真空中有一组带电导体,其中某一导体表面某处电荷面密度为σ,该处表面附近的场强大小为E ,则0E σ=。
那么,E 是[ ]。
.A 该处无穷小面元上电荷产生的场 .B 导体上全部电荷在该处产生的场 .C 所有的导体表面的电荷在该处产生的场 .D 以上说法都不对答案:【C 】解:处于静电平衡的导体,导体表面附近的电场强度为0E σ=,指的是:空间全部电荷分布,在该处产生的电场,而且垂直于该处导体表面。
静电场(四)电场的应用应用(一)电容器静电现象的应用自主学习1. 电容器⑴任何两个彼此而又相距的导体都可以构成电容器。
⑵把电容器的两个极板分别与电池的两极相连,两个极板就会带上等量异种电荷。
这一过程叫电容器的。
其中任意一块板所带的电荷量的绝对值叫做电容器的;用导线把电容器的两板接通,两板上的电荷将发生,电容器不再带电,这一过程叫做。
2. 电容⑴电容器跟的比值,叫做电容器的电容,用符号表示。
⑵定义式:C ,若极板上的电量增加ΔQ时板间电压增加ΔU,则C。
⑶单位:法拉,符号:F,与其它单位的换算关系为:1F=F=pF⑷意义:电容是描述电容器储存电荷本领大小的物理量,在数值上等于把电容器两极板间的电势差增加1V所增加的电量。
3. 平行板电容器⑴一般说来,构成电容器的两个导体的正对面积S,距离d,这个电容器的电容就越大;两个导体间的性质也会影响电容器的电容。
⑵表达式:板间为真空时:C,插入介质后电容变大r 倍:C,k为静电力常数,r称为相对(真空)介电常数。
4. 静电平衡状态下的导体⑴处于静电平衡下的导体,内部场强处处为。
⑵处于静电平衡下的导体,表面附近任何一点的场强方向与该点的表面。
⑶处于静电平衡下的导体是个,它的表面是个。
⑷静电平衡时导体内部电荷,电荷只分布于导体的。
导体表面,越尖的位置,电荷密度,凹陷部分几乎没有电荷。
5.尖端放电导体尖端的电荷密度很大,附近电场很强,能使周围气体分子,与尖端电荷电性相反的离子在电场作用下奔向尖端,与尖端电荷,这相当于使导体尖端失去电荷,这一现象叫尖端放电。
如高压线周围的“光晕”就是一种尖端放电现象,避雷针做成蒲公花形状,高压设备应尽量光滑分别是生活中利用、防止尖端放电。
6. 静电屏蔽处于电场中的空腔导体或金属网罩,其空腔部分的合场强 ,即能把外电场遮住,使内部不受外电场的影响,这就是静电屏蔽。
如电学仪器的外壳常采用金属、三条高压线的上方还有两导线与地相连等都是静电屏蔽在生活中的应用。