1.4电势与电势能 课件-2021-2022学年【新教材】高二上学期物理粤教版（2019）必修第三册

第一章 静电场的描述 第四节 电势能与电势 粤教版 必修第三册 一个正电荷在电场中只受到静电力 的作用，它在电场中由A点运动到B点时，静电力做了正功 。由动能定理可知，该电荷的动能增加了 。从能量转化的角度思考，物体动能增加了 ，意味着有另外一种形式的能量减少了。这是一种什么形式的能量呢？ 情境：一个质量为 的物体在地面某位置所受的重力是一定的，不管它怎样运动，其所受重力的大小都等于 ，方向竖直向下（如图甲）；一个带正电的电荷量为 的试探电荷在匀强电场中某位置所受的电场力也是一定的，不管它怎样运动，其所受电场力的大小都等于 ，方向跟电场强度 的方向相同（如图乙）。 提出问题： 重力做功具有跟路径无关的特点，电场力做功是否也具有这一特点？ 【讨论与交流】如图所示，在场强为的匀强电场中，电量为 的试探电荷沿三种不同路径从点A移动到点B， 试讨论： （1）沿 （AB）路径的电场力做功是多少？ （2）沿 （ACB）路径的电场力做功是多少？ 电场力做功 电场力做功 （3）沿 （ACB）路径的电场力做功是多少？ 电场力做功 上述结论也适用于非匀强电场。 研究表明，在匀强电场中移动电荷时，电场力所做的功只与电荷的电量及其起点、终点的位置有关，与路径无关。 一、电场力做功 电场力做功的特点： 电场力做功与电荷移动的路径无关。 重物在引力场中受到的重力 电荷在静电场中受到的电场力 类比 重力做功与重物运动路径无关 电场力做功与电荷运动路径无关 重力做功引起物体重力势能的变化 类比 电场力做功引起电荷电势能的变化 类比 二、电势能 1、概念：一个电荷在静电场中的某一位置具有的势能，这种势能叫作电势能，符号“ ”。 【讨论与交流】如图所示，在匀强电场中，电荷从点A移动到点B，电荷电势能的变化与电场力做功有什么关系？ 二、电势能 1、概念：一个电荷在静电场中的某一位置具有的势能，这种势能叫作电势能，符号“ ”。 2、单位：焦耳，简称焦，符号为J。 3、电势能是一种能量形式，电荷的电势能是由电荷和电场共有的。 【思考问题】（1）在下图中，如果将一个负电荷从A点移动到B点，负电荷的电势能是如何变化的？ （2）静电场中的电势能与地球表面存在的重力势能有什么区别？ 【讨论与交流】有一个场强为的匀强电场，如图所示，规定负极板的电势能为零（极板接地）。取极板附近一点O，从与点O距离为 的点A，把一个电量为 的正试探电荷有点A移到点O。 （1）电场力做了多少功？ （2）电荷在A点的电势能是多少？电势能与电量之比又是多少？ （3）如果把电量换为 ， ，… ，结果又如何？你发现什么规律了吗？ 试探电荷的电量 电荷从点A移到点O时电场力所做的功 电荷在点A具有的电势能 电荷在点A具有的电势能与电量之比 … … … 试探电荷的电量 电荷在点A具有的电势能 电荷在点A具有的电势能与电量之比 … … （1）在匀强电场中，电荷在任意一点A的电势能 与 成正比； （2）无论 是多少，它的电势能与电量之比 都是相同的。 三、电势 3、单位：伏特，简称伏，符号“V”，1V=1J/C 1、定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电量之比，叫作这一点的电势 2、定义式： 研究表明，电荷在电场中某一点的电势能与它的电量之比，是由电场中这点的电场性质决定的，与试探电荷无关。 4、电场线指向电势降低的方向。 5、相对性：常取大地的电势为零。 6、标量，只有大小，没有方向。电势可以取正值，也可以取负值。 四、等势面 1、概念：电场中电势相同的各点构成的面叫作等势面。 2、在同一等势面上，任何两点间的电势都相等。 【思考问题】在场源电荷为正点电荷形成的电场中，将一个电荷量为 的带电体在电势为 的等势面上移动，电场力做了多少功？ 在同一等势面上移动电荷时电场力不做功。 四、等势面 3、等势面一定与电场线垂直，即与场强的方向垂直。 4、沿着电场方向，电势越来越低，即电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面。 常见电场的等势面 例题：雷雨云层可以形成几百万伏以上的电压，足以击穿空气产生几十万安培的瞬间电流，电流生热使空气发光，形成闪电；空气受热突然膨胀发出巨响，发出雷声。如图所示，雷雨云底部的电势较地面低 V，闪电时，一个电子从雷雨云底部到达地面，求它的电势能变化量。 $