湖北省丹江口市高中物理 第一章 静电场 4 电势能和电势课件1 新人教版选修31

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1、 力学中我们研究问题时，是分别从力学中我们研究问题时，是分别从动力动力学和能量学和能量两个角度来进行的。现在电学中我两个角度来进行的。现在电学中我们要深刻认识电场的性质，也要采用类似的们要深刻认识电场的性质，也要采用类似的方法。前面三节内容我们已经从电荷在电场方法。前面三节内容我们已经从电荷在电场中受力的作用中受力的作用 ，说明电场具有力的性质，说明电场具有力的性质，建立了电场强度的概念，那么从能量的角度建立了电场强度的概念，那么从能量的角度来看，电场又有什么性质呢？来看，电场又有什么性质呢？ 一个一个试探电荷试探电荷在在电场中电场中某点由静止释某点由静止释放放, ,将如何运动将如何运动? ?

2、E 在电场力作用下在电场力作用下电荷做加速运动电荷做加速运动, ,一一段时间后获得一定的段时间后获得一定的速度速度, ,试探电荷的试探电荷的动动能能增加增加. .+F什么能转换为动能的呢什么能转换为动能的呢? ?我们首先来研究电场力做功的问题我们首先来研究电场力做功的问题一、静电力做功的特点一、静电力做功的特点Fq q把正电荷沿不同路径从把正电荷沿不同路径从A A点移到点移到B B电场力电场力做功？做功？+BA甲甲M乙乙 W甲甲= F|AB|cos=qE|AM|沿甲路径电场力做功沿甲路径电场力做功: :丙丙沿乙路径电场力做功沿乙路径电场力做功: : W乙乙= qE|AM|沿丙路径电场力做功沿丙

3、路径电场力做功: : W丙丙= qE|AM|沿任意路径电场力做沿任意路径电场力做功功: : W任意任意=qE|AM|丁丁 在电场中移动电荷时，静电在电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷的力做的功与电荷的起始位置起始位置和和终终止位置止位置有关，但与电荷经过的有关，但与电荷经过的路路径径无关。无关。与与重力做功重力做功特点相类比特点相类比静电力做功的特点静电力做功的特点对于非匀强电场也适用对于非匀强电场也适用 由于移动电荷时静电力做的功由于移动电荷时静电力做的功与移动的路径无关，电荷在电场与移动的路径无关，电荷在电场中具有跟位置相关的能，这种能中具有跟位置相关的能，这种能叫做叫做，用，用E EP

4、 P表示。表示。电场力做电场力做正功正功，电势能，电势能减少减少；二、电势能二、电势能电场力做电场力做负功负功，电势能，电势能增加增加。与与重力做功跟重力势能变化关系重力做功跟重力势能变化关系相类相类比比PBPAABEEW重力做的功等于重力势能的重力做的功等于重力势能的减减少量少量静电力做的功等于电势能的静电力做的功等于电势能的减减少量少量2121PPGEEmghmghWABE+ +重力势能的重力势能的减少量减少量电势能的电势能的减少减少量量小结：电场力做多少功，电荷电势能小结：电场力做多少功，电荷电势能就变化多少。就变化多少。ABPAPBPWEEEPBPAABEEWABE+ +设EPB =0

5、PAABEW则零势能零势能参考点参考点JWAB10ABE+ +设EPB =0JWEABPA10则JWAB10ABE- -设EPB =0JWEABPA10则负号表示电负号表示电势能的势能的高低高低2.电势能是相对的，与零电势能面有电势能是相对的，与零电势能面有关关通常把电荷在离场源电荷通常把电荷在离场源电荷无限远处无限远处的电的电势能规定为势能规定为零零，或把电荷在，或把电荷在大地表面大地表面上上电势能规定为电势能规定为零零。3.电势能是电荷和电场所共有的，具有系电势能是电荷和电场所共有的，具有系统性统性4.电势能是标量电势能是标量电势能为电势能为负负表示电荷在该处的电势能比零表示电荷在该处的电

6、势能比零还要小还要小. . 正电荷从正电荷从A A点移到点移到B B点时点时, ,静电力做正功静电力做正功, ,电电荷的电势能减少荷的电势能减少. . 正电荷从正电荷从B B点移到点移到A A点时点时, ,静电力做负功静电力做负功, ,即即电荷克服静电力做功电荷克服静电力做功, ,电电荷的电势能增加荷的电势能增加. .ABE+vABE+v重力势能和电势能类比重力势能和电势能类比 重力场中，重力：地球重力场中，重力：地球和物体之间存在的吸引和物体之间存在的吸引力力电场中，电场力：电荷电场中，电场力：电荷之间的作用力之间的作用力有重力就有重力势能有重力就有重力势能EpEp= = mghmgh有电场

7、力就有相应的能，有电场力就有相应的能，叫电势能叫电势能EPE Ep p由物体和地面间的相对位由物体和地面间的相对位置决定置决定EP由电荷间的相对位置决定由电荷间的相对位置决定电场力做正功，电势能就减少电场力做正功，电势能就减少电场力做负功，电势能就增加电场力做负功，电势能就增加电场力作功，电势能改变电场力作功，电势能改变重力做功，重力势能改变重力做功，重力势能改变重力做正功，重力势能就减少重力做正功，重力势能就减少重力做负功，重力势能就增加重力做负功，重力势能就增加W W重重 = E= EP1P1-E-EP2P2W W电电 = E= EPAPA-E-EPBPB尽管重力做功与电场力做功很相似，但

8、尽管重力做功与电场力做功很相似，但还是存在很大差异还是存在很大差异存在两种电荷存在两种电荷 正电荷顺电场线移动，正电荷顺电场线移动， 电场力做正功，电势能减少电场力做正功，电势能减少 负电荷顺电场线移动，负电荷顺电场线移动， 电场力做负功，电势能增加电场力做负功，电势能增加 正电荷逆电场线移动，正电荷逆电场线移动， 电场力做负功，电势能增加电场力做负功，电势能增加 负电荷逆电场线移动，负电荷逆电场线移动， 电场力做正功，电势能减少电场力做正功，电势能减少思考与讨论：如果电荷沿不同路径移动思考与讨论：如果电荷沿不同路径移动时静电力做的功不一样，还能建立电势时静电力做的功不一样，还能建立电势能的概

9、念吗？能的概念吗？下列说法中正确的是（下列说法中正确的是（ ）A.A.当两正点电荷相互靠近时，它们的当两正点电荷相互靠近时，它们的电势能增大电势能增大B.B.当两负点电荷相互靠近时，它们的当两负点电荷相互靠近时，它们的电势能增大电势能增大C.C.一个正电荷与另一个负电荷相互靠一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它们的电势能减小近时，它们的电势能减小D.D.一个正电荷与另一个负电荷相互靠一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它们的电势能增大。近时，它们的电势能增大。例与练例与练电场力做电场力做正功正功，电势能，电势能减少减少；电场力做电场力做负功负功，电势能，电势能增加增加。与重力做功类比与重力做

10、功类比ABC右图中右图中MNMN为某电场中一条电场线，为某电场中一条电场线，方向向右，在方向向右，在MNMN上取两点上取两点a a、b b，今将一今将一正正点电荷点电荷q q从从a a移到移到b b则则（ ）A.A.电场力做正功，电场力做正功，q q的电势能增加；的电势能增加；B.B.电场力做负功，电场力做负功，q q的电势能增加；的电势能增加；C.C.电场力做正功，电场力做正功，q q的电势能减少；的电势能减少；D.D.电场力做负功，电场力做负功，q q的电势能减少。的电势能减少。若若q q为负点为负点电荷呢？电荷呢？例与练例与练+ +v vF FqF F做做正功正功C如图所示如图所示, ,

11、电子沿一条电场线电子沿一条电场线MNMN从从a a点运动到点运动到b b点点, ,电势能增加，则电势能增加，则 （ ）A.A.电场力做正功，电场方向从电场力做正功，电场方向从MM指向指向N N；B.B.电场力做正功，电场方向从电场力做正功，电场方向从MM指向指向N N ；C.C.电场力做负功，电场方向从电场力做负功，电场方向从MM指向指向N N ；D.D.电场力做负功，电场方向从电场力做负功，电场方向从N N指向指向MM。电场力做电场力做负功负功v veF FE EC将带电量为将带电量为6 61010-6-6C C的负电荷从电场中的的负电荷从电场中的A A点移到点移到B B点，克服电场力做了点

12、，克服电场力做了3 31010-5-5J J的功，的功，再从再从B B移到移到C C，电场力做了，电场力做了1.21.21010-5-5J J的功，的功，则则（1 1）电荷从）电荷从A A移到移到B B，再从，再从B B移到移到C C的过程中的过程中电势能共改变了多少？电势能共改变了多少？（2 2）如果规定）如果规定A A点的电势能为零，则该电荷点的电势能为零，则该电荷在在B B点和点和C C点的电势能分别为多少？点的电势能分别为多少？（3 3）如果规定）如果规定B B点的电势能为零，则该电荷点的电势能为零，则该电荷在在A A点和点和C C点的电势能分别为多少？点的电势能分别为多少？增加了增加

13、了1.81.81010-5-5J J. E EPCPC=1.8=1.81010-5-5 J J E EPCPC=-1.2=-1.21010-5-5 J JE EPBPB=3=31010-5-5 J J E EPAPA= -3= -31010-5-5 J J （8已做）如图所示，点电荷的静电场中已做）如图所示，点电荷的静电场中电场线用实线表示，但其方向未标明，虚线是电场线用实线表示，但其方向未标明，虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹。某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹。a、b是轨迹上的两点。若带电粒子在运动中是轨迹上的两点。若带电粒子在运动中只受到电场力作用，根据此图可作出正确判断

14、只受到电场力作用，根据此图可作出正确判断的是的是( )A.带电粒子所带电荷的性质带电粒子所带电荷的性质B.带电粒子在带电粒子在a、b两点的受力方向两点的受力方向C.带电粒子在带电粒子在a、b两点的速度何处较大两点的速度何处较大D.带电粒子在带电粒子在a、b两点的电势能何处较大两点的电势能何处较大abBCD如图所示，是负点电荷产生的如图所示，是负点电荷产生的电场中的一条电场线。一个带正电的粒电场中的一条电场线。一个带正电的粒子（不计重力）从子（不计重力）从a到到b穿越这条电场线穿越这条电场线的轨迹如图中虚线所示，则该带电粒子的轨迹如图中虚线所示，则该带电粒子在在a点的加速度一定点的加速度一定在在

15、b点的加速点的加速度。带电粒子在度。带电粒子在a点的电势能一定点的电势能一定在在b点的电势能。（填点的电势能。（填“大于大于”、“小于小于”式式“等于等于”）。）。小于大于FNba-9.一带电油滴在匀强电场E中的运动轨迹如图虚线所示,电场方向竖直向下.若不计空气阻力,则此带电油滴从a运动到b的过程中,能量变化情况为( )A.动能减小B.电势能增加C.动能和电势能之和减少D.重力势能和电势能之和增加EabC 电场的力的性质我们用场强电场的力的性质我们用场强E E来描述，那么电来描述，那么电场的能的性质我们又应该用什么物理量来描述场的能的性质我们又应该用什么物理量来描述呢？能否用呢？能否用“电势能

16、电势能”呢？呢？ 电场的能的性质也是电场本身的一种属性，电场的能的性质也是电场本身的一种属性，它只能由场源本身所决定，而与电场中有无放入它只能由场源本身所决定，而与电场中有无放入试探电荷无关。而电势能的大小是与试探电荷的试探电荷无关。而电势能的大小是与试探电荷的电量电量q q有关的（因有关的（因q q越大，其所受电场力就越大，具越大，其所受电场力就越大，具有的做功本领大，电势能也就大），故不能用有的做功本领大，电势能也就大），故不能用“电势能电势能”来描述电场的能的性质，我们引入一来描述电场的能的性质，我们引入一个新的物理量个新的物理量“电势电势”来表示它。来表示它。A0lE+ +cos0qE

17、lWAcosqElEPAcosElqEPA 该比值是一个与该比值是一个与q q无关，仅与无关，仅与电场及电场及A A点的位置有关的量。点的位置有关的量。三、电势三、电势设EP0 =0该比值称为该比值称为A A点的点的电势电势零势能零势能参考点参考点qEP1 1、定义：、定义： 电荷在电场中某一点的电势能与电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值，叫做这一点的它的电荷量的比值，叫做这一点的电势电势。2 2、定义式：、定义式：qEP与与E EP P= =mghmgh相类比相类比电势电势 与与高度高度h h相类相类似似（EP及q含符号）三、电势三、电势3 3、单位：、单位：，符号为，符号为 4

18、4、电势只有大小，没有方向，是、电势只有大小，没有方向，是标量标量5 5、电势具有相对性、电势具有相对性电势是相对于零势能参考点的，电势是相对于零势能参考点的，一般选取无穷远电势为一般选取无穷远电势为0 0，实际应用，实际应用中常取大地电势为中常取大地电势为0 0思考思考 在上面关于电势能和电势在上面关于电势能和电势的讨论及插图中的讨论及插图中,我们一直把我们一直把试探电荷试探电荷q当作正电荷处理当作正电荷处理.请请把把q当做负电荷当做负电荷,重复以上讨论重复以上讨论.其结果与上面的结果是否一其结果与上面的结果是否一致致?A0lE- -cos0qElWAcosqElEPAcosElqEPA 该

19、比值是一个与该比值是一个与q q无关，仅与无关，仅与电场及电场及A A点的位置有关的量。点的位置有关的量。设EP0 =0该比值称为该比值称为A A点的点的电势电势零势能零势能参考点参考点6.6.沿电场线沿电场线 ( (场强场强) )方向电势方向电势越来越越来越低低即即电场线指向电势降低的方向电场线指向电势降低的方向如何比较电势的高低？如何比较电势的高低？如果把如果把q=1.010-8的电荷从无穷的电荷从无穷远处移至电场中的远处移至电场中的A点，需克服电点，需克服电场力做功场力做功W=1.210-4J.那么那么 q在在A点的电荷能和在点的电荷能和在A点的电点的电势各是多少？势各是多少？ q未移入

20、电场前未移入电场前A点的电势是多点的电势是多少少 ？EpA=1.210-4J =1.2104V=1.2104V例与练例与练如图所示，电场中有如图所示，电场中有A A、B B两点，则下两点，则下列说法中正确的是列说法中正确的是（ ）A A、电势、电势 A A B B 场强场强E EA AEEB BB B、电势、电势 A A B B 场强场强E EA AE E EpBpB例与练例与练ABE正正电荷在电荷在高电势高电势处处电势能大，电势能大，负负电荷电荷在在低电势低电势处电势能处电势能大大BC例与练例与练（ ）A A例与练例与练AD五、等势面五、等势面1 1、定义：、定义： 电场中电势相同的各点构成

21、的面，电场中电势相同的各点构成的面，叫做叫做等势面等势面。与与等高等高线线相类相类比比6已已二、等势面的特点二、等势面的特点（1 1）在同一等势面上的任意两点间移）在同一等势面上的任意两点间移动电荷，电场力不做功动电荷，电场力不做功（2 2）电场线跟等势面垂直，且由电势）电场线跟等势面垂直，且由电势较高的等势面指向电势较低的等势面较高的等势面指向电势较低的等势面 （3 3）等势面密处场强大、电场线密，）等势面密处场强大、电场线密，等势面疏处场强小、电场线疏等势面疏处场强小、电场线疏 （4 4）不同等势面在空间不相交、不相）不同等势面在空间不相交、不相切切三、几种常见电场的等势面分布图谱：三、几

22、种常见电场的等势面分布图谱： 离导体表面越近，离导体表面越近，等势面的形状与导体等势面的形状与导体表面越相似。表面越相似。关于等势面，正确的说法是（关于等势面，正确的说法是（）A A电荷在等势面上移动时不受电场电荷在等势面上移动时不受电场力作用，所以不做功力作用，所以不做功B B等势面上各点的场强大小相等等势面上各点的场强大小相等C C等势面一定跟电场线垂直等势面一定跟电场线垂直D D两等势面不能相交两等势面不能相交例与练例与练CD孤立点电荷电场中的一簇等势面如图所示中孤立点电荷电场中的一簇等势面如图所示中虚线所示，其电势分别为虚线所示，其电势分别为U U1 1、U U2 2、U U3 3，A A、B B、C C是某电场线与这簇等势面的交点，且是某电场线与这簇等势面的交点，且abab=ac.=ac.现将一负电荷由现将一负电荷由a a移到移到b b，电场力做，电场力做正功正功WW1 1；再由；再由b b移至移至C C，电场力做正功，电场力做正功WW2 2. .则则（）A.WA.W1 1=W=W2 2，U U1 1U U2 2U U3 3B.WB.W1 1=W=W2 2，U U1 1U U2 2U U3 3C.WC.W1 1WW2 2，U U1 1U U2 2U U3 3D.WD.W1 1WW2 2，U U1 1U U2 2U U3 3例与练例与练A123