高一物理《电势能和电势差》课件（人教版选修3-1）

欢迎进入物理课堂 13 5电势能和电势 电势差 注意 本节内容绝不能死记 与重力势能和重力的功类比学习 本节内容提要 电场由E F q给出了施加力的本领 每1C的正电荷受力大小和方向 那么 用什么给出赋予电荷能量的本领 电势 EP q 又用什么给出电场做功的本领 电势差U WAB q 这两个量都是电场的性质 只决定于电场而与试探电荷无关电荷在电场中某点的能量怎样计算 电势能是由电场和试探电荷共同决定的 在电场中移动电荷时怎样计算电场力的功 怎样知道电势能的改变 怎样判断电场力做功的正负 复习回顾 1 恒力的功的计算 2 重力做功有什么特点 1 与路径无关 由初末位置的高度差来决定 2 WG与重力势能的关系 重力做功等于重力势能的减少 功是能量转化的量度 由决定功的正负 3 重力势能是相对的 须选定零势能参考面 重力势能的值与参考面有关 负值表示比零还小 但重力势能的改变量与参考面无关 W的正负分别表示什么 COS 一个试探电荷在电场中某点由静止释放 将如何运动 在电场力作用下电荷做加速运动 一段时间后获得一定的速度 试探电荷的动能增加 什么能转换为动能的呢 13 5电势能和电势 电势差 从能量的角度认识电场 一 静电力做功的特点 正电荷q在电场强度为E的匀强电场中由A运动到M电场力做功吗 做了多少功 q A M d W qE AM 求试探电荷 q沿直线AB移动到B时电场力做的功 如果再把 q从M移动到B 电场力再做多少功 如果把 q从A经M移动到B 电场力总共做多少功 如果再把 q从A移动到M 电场力做多少功 这说明只要是从A移到B 做功总是一样多 与路径无关 M 结论 在匀强电场中移动电荷时 静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关 但与电荷经过的路径无关 对于非匀强电场也适用 将 q由A移到B的过程电场力对电荷做功为 将 q由A移到B的过程 电场力对电荷做功为 做功的过程是一个能量转化的过程 那么电场力做功的过程是什么能转化为什么能呢 二 电势能 电场力做功与电势能有什么关系 联系重力做功与重力势能的关系 电荷在电场中具有的与电荷位置有关的能 叫电势能 物体被举高具有重力势能 1 电荷在电场中具有电势能 重力对物体做正功 物体的重力势能减小 2 电场力对电荷做正功 电荷的电势能减小情况有顺电场线移动正电荷和逆电场线移动负电荷 重力对物体做负功 物体的重力势能增大 3 电场力对电荷做负功 电荷的电势能增大情况有顺电场线移动负电荷和逆电场线移动正电荷 重力做多少功 物体重力势能就变化多少 4 电场力做多少功 电荷电势能就变化多少 电场力做功等于电势能的减少 重力势能是相对的 与零势能面有关 5 电势能是相对的 与零电势能面有关 通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为零 或把电荷在大地表面上电势能规定为零 电荷在某点的电势能 等于静电力把它从该处移动到零势能位置所做的功 若令上式中B点在无限远处则有WA EpA 重力势能是物体和地球所共有的 具有系统性 6 电势能是电荷和电场所共有的 具有系统性 由此可见 电场力做功与重力做功 电势能与重力势能都很相似 所以大家在学习电势能过程中应该多联系重力做功与重力势能的关系帮助理解电势能 重力势能是标量 7 电势能是标量 重力势能和电势能类比 重力场中 重力 地球和物体之间存在的吸引力 电场中 电场力 电荷之间的作用力 有重力就有重力势能Ep mgh 有电场力就有相应的能 叫电势能EPA q A Ep由物体和地面间的相对位置决定 EP由电荷间的相对位置决定 W重 EP1 EP2 EP W电 EPA EPB EP 重力势能是相对的 须选定零势能参考面 重力势能的值与参考面有关 负值表示比零还小 但重力势能的改变量与参考面无关 电势能是相对的 须选定零势能参考面 电势能的值与参考面有关 负值表示比零还小 但电势能的改变量与参考面无关 重力势能和电势能类比 尽管重力做功与电场力做功很相似 但还是存在很大差异 正电荷顺电场线移动 电场力做正功 电势能减少负电荷顺电场线移动 电场力做负功 电势能增加正电荷逆电场线移动 电场力做负功 电势能增加负电荷逆电场线移动 电场力做正功 电势能减少 存在两种电荷 例1 右图中MN为电场中某一条电场线方向向右 在线取两点a b今将一电荷 q从a移到b则 A 电场力做正功 q的电势能增加 B 电场力做负功 q的电势能增加 C 电场力做正功 q的电势能减少 D 电场力做负功 q的电势能减少 C 例2 A和B为电场中某条电场线上的点 如图 将q 4 10 9C的正电荷从A点移到B点需克服电场力做功5 10 7J 则 电场方向由A B还是B A 电荷在哪点时电势能大 大多少 A B 电场方向B A 在B点电势能大5 10 7J 如果移动的是负电荷 电场和其他条件不变 答案又是什么 电场方向B A 在A点电势能大5 10 7J 正电荷从A点移到B点时 静电力做正功 电荷的电势能减少 正电荷从B点移到A点时 静电力做负功 即电荷克服静电力做功 电荷的电势能增加 如果是负电荷情况怎样 负电荷从A点移到B点时 静电力做负功 即电荷克服静电力做功 电荷的电势能增加 负电荷从B点移到A点时 静电力做正功 电荷的电势能减少 返回 电场的力的性质我们必须用场强E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呢 能否用 电势能 呢 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试探电荷无关 而电势能的大小是与试探电荷的电量q有关的 因q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 电势能 来描述电场的能的性质 我们引入一个新的物理量 电势 来表示它 电势 描述电场的能的性质的物理量 如图所示 设想把一试探电荷 q放在电场中某处A或B 它们在电场力F的作用下均移至无限远处 则有 WA WB 那么怎样去衡量电场的能的性质 怎样去定义 电势 呢 EpA 0 EpB 0 同理可知 若试探电荷为 q 也有 也就是说 比值EpA q的大小与试探电荷的正负及电量q均无关 只与电场中该点在电场中的位置有关 故其可衡量电场的能量方面的性质 三 电势 即 A B 取O点的电势能为零 则 EPA WAO qELCOS 讨论电势能与电荷的比值 也就是说 比值EpA q的大小与试探电荷的正负及电量q均无关 只与电场中该点在电场中的位置有关 故其可衡量电场的能量方面的性质 电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值意义 表示单位正电荷 每1C 在该点的电势能有多少 2 公式 3 单位 伏特符号为V 1V 1J C 三 电势 1 定义 计算带正负号 4 反过来求电势能EPA q A 计算带正负号 对电势的理解 1 电势的相对性 某点电势的大小是相对于零点电势而言的 零电势的选择是任意的 一般选地面和无穷远为零势能面 2 电势的固有性 电场中某点的电势的大小是由电场本身的性质决定的 与放不放电荷及放什么电荷无关 电势表示每1C的正电荷在该点将有多少电势能3 电势是标量4 计算时EP q 都带正负号 5 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 正电荷顺电场线移动电势能减少 负电荷顺电场线移动电势能增加 1 沿着电场线方向 电势将怎样变化 顺电场线方向电势降低 逆电场线方向电势升高 即 A B 1 电场线指向电势降低 最快 的方向 A B C A B C 类比 重力线指向地势降低 最快 的方向 2 如何确定电场中某点的电势 先选零电势参考面 再用确定 提示 类比于电势能的确定 电场线指向电势降低的方向 2 与电势能的情况相似 应先确定电场中某点的电势为零 通常取离场源电荷无限远处或大地的电势为零 3 如果取离场源电荷无限远处或大地的电势为零 那么正电荷产生的电场的电势都为正值 负电荷产生的电场的电势都为负值 例3 将一电量为的点电荷从电场外一点P移至电场中某点A 电场力做功 求A点的电势 解 设场外一点P的电势为 点评 电势的确定首先要确定零电势处 且电势可以为负 3 电势为负数时 负号表示方向吗 电势是标量 只有大小 没有方向 负电势表示该处的电势比零电势处电势低 1 电场线指向电势降低的方向 2 与电势能的情况相似 应先确定电场中某点的电势为零 通常取离场源电荷无限远处或大地的电势为零 3 电势是标量 只有大小 没有方向 负电势表示该处的电势比零电势处电势低 思考 在上面关于电势能和电势的讨论及插图中 我们一直把试探电荷q当作正电荷处理 请把q当做负电荷 重复以上讨论 其结果与上面的结果是否一致 除电势能的正负和大小不同以及功的正负不同以外 其余结果一样 因为电势是电场本身的性质 与试探电荷无关 但是电势能是由电场的电荷共同决定的 高度和电势类比 重力场中 同一物体在不同位置 Ep不同 电场中 同一电荷在电场中的不同位置 EP不同 不同物体在同一位置 Ep正比于质量m 不同电荷在同一位置 EP正比于电量q Ep m gh h只与相对位置有关 EP q叫做电势 只与相对位置有关 电势能和电势的比较 由电场和试探电荷共同决定 只由电场决定 与在电场中的位置有关 与在电场中的位置有关 标量有正负 负表示比零小 标量有正负 负表示比零小 电势能EPA q A 电势 A EPA q 表明试探电荷移动到参考面的做功本领 表明每1C的试探正电荷移动到参考面的做功本领 正负还与试探电荷的正负有关 正负只与电场有关 与试探电荷的正负无关 注意 电势高未必场强大 场强和电势的比较 场强 电势 定义 A WA q 定义 E F q 单位N C 单位V J C 意义 反映电场力的性质 每1C的正电荷在这里受的电场力大小和方向 意义 反映电场能的性质 每1C的正电荷在这里具有的电势能有多少 矢量 正负表示方向 标量 正负表示大小 由电场和位置决定 与试探电荷无关 由电场和位置决定 与试探电荷无关 但还与参考面选择有关 小结 三 电势1 定义 表示单位正电荷在该点的电势能有多少2 单位 伏特V1V 1J C3 顺电场线方向电势降低 逆电场线方向电势升高4 电势和电势能都是相对的 且为标量 正负号均表示大小5 已知电势求电势能 计算带正负号 计算带正负号 请对照地势gh或高度h学习 注意质量只有正值 而电量却有正有负 6 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 正电荷顺电场线移动电势能减少 负电荷相反 四 电势差 类比高度差 1 定义 电场中某两点A B的电势之差UAB A B 2 UAB正负的意义 为正表示A点的电势比较高 为负表示B点的电势比较高 3 电场力做功的求法 1 WAB FSCOS 适于匀强电场 2 WAB qUAB EPA EPB适于任何电场 推导 4 UAB WAB q表示在AB间移动单位正电荷的做功 转化电势能 本领 这也是电势差的本质定义 电势差由电场和AB位置决定 与功和电量无关 与参考面的选择也无关 其绝对值就是电压 5 单位 伏特1V 1J C 计算带正负号 功 能量的单位 1eV 1 6 10 19J WAB EPA EPB q A q B q A B qUAB 电场力做功正负的判断 1 F与S的夹角 锐角 正 钝角 负 此法不分场源和试探电荷的正负 2 公式W qU q 初 末 代入符号计算 3 电势能减少 正功 电势能增加 负功 此法不分场源和试探电荷的正负 电势高低 正负 的判断 2 从场源看 正高负低 近正源高 远负源 远正源 近负源 低 1 从电场线看 顺电场线电势降低 逆电场线电势升高 3 从试探电荷看 正试探电荷电势能减少 正功 电势降低 负试探电荷电势能减少 正功 电势升高 原因 EP q 注意 本节内容绝不能死记 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全