10.1电势能和电势（一）-2022-2023学年高二物理精品课件（2019人教版必修第三册）

10.1电势能和电势（一） 第十章 静电场中的能量 晓峰物理 一个正电荷在电场中只受到静电力F的作用，它在电场中由A点运动到B点时，静电力做了正功WAB。由动能定理可知，该电荷的动能增加了WAB。 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？ 情景引入 一个质量为m的物体在地面某位置的重力mg是一定的，与运动状态无关； 一个带电量为q的正电荷在匀强电场中某位置的电场力Eq也是一定的，与运动状态也无关。 重力做功具有跟路径无关的特点 静电力做功是否 也具有这一特点？ 思考与讨论 一、静电力做功的特点 M E 1、将电荷q从A沿直线移至B A B ө + q + q F 静电力做功 WAB = F·|AB|cosθ=qE·|AM| 匀强电场 2、将电荷q从A沿折线移至B M ө E A B + q F + q F 对AM: W1 = q E ·|AM| 对MB: W2 = 0 对全程: W = W1 + W2= q E·|AM| 一、静电力做功的特点 “微元法” Q P 3、计算把q沿任意曲线ANB从A点移动到B点静电力所做的功。 F Δd 在电场中不论电荷经由什么路径从 A点移动到 B点，静电力所做的功都是一样的。因此，在电场中移动电荷时，静电力所做的功只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。 其他静电场也是适用的 二、电势能 重力做功与路径无关 物体在重力场中具有重力势能EP 静电力做功与路径无关 电荷在电场中具有电势能EP WG=Ep1-Ep2 A h B h1 h2 物体下降时，重力做正功,重力势能减小，即重力做的功等于重力势能的减少量。 十 十 A B 当正电荷在电场中从A移到B，静电力做正功，电势能减小，即静电力做的功等于电势能的减少量。 A h B h2 h1 物体上升时，重力做负功,重力势能增加。 十 十 B A 当正电荷在电场中从B 移到A ，静电力做负功，电势能增加。 WAB=EpA-EpB WG=Ep1-Ep2 WAB=EpA-EpB 二、电势能 WAB ＝ EpA － EpB WAB为负值，EpA <EpB，电势能增加。 WAB为正值，EpA >EpB，电势能减少。 1、电荷在电场中具有电势能 静电力做的功等于电势能的减少量 电场强度为E=3000N/C，AB的连线长度为l=0.1m，正电荷的电荷量为q=1.0×10-9C。 电势能减少了3×10-7J 电荷在A点的电势能是多大呢？ 二、电势能 类比重力势能 EpA＝ 3×10-7J 设电荷在B点的电势能为0 EpA＝WAB 2、电势能的大小 电场强度为E=3000N/C，AB的连线长度为l=0.1m，正电荷的电荷量为q=1.0×10-9C。 WAB ＝ EpA － EpB 零势能位置的选取是任意的 WBA ＝ EpB － EpA 设电荷在A点的电势能为0 EpB＝WBA EpB＝ －3×10-7J 电荷在电场中某一点具有的电势能,等于把电荷从电场中这一点移动到0势能位置,电场力所做的功. 物理量 规定电荷在A点的电势能为0 规定电荷在B点的电势能为0 EpA 0 EpA＝ WAB＝3×10-7J EpB EpB＝ WBA＝－3×10-7J 0 二、电势能 电势能具有相对性 通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为0，或把电荷在大地表面的电势能规定为0。 多远算“无限远” 呢？ 电势能的变化量是绝对性 选择不同的零势能位置，电荷从A到B，电势能的变化量会不同吗？ ΔEp ＝ EpB－ EpA＝－3×10-7J 电荷从A到B电势能的变化量 ΔEp ＝ EpB－ EpA＝－3×10-7J 电势能 能量观念 研究方法 类比 科学思维 课堂小结 【例题1】如图所示，是以电荷＋Q为圆心的一组同心圆(虚线)，电场中有A、B、C、D四点．现将一带正电荷的点电荷由A点沿不同的路径移动到D点．沿路径①做功为W1，沿路径②做功为W2，沿路径③做功为W3，则(　　) A.W2<W3<W1 B.W1＝W2＝W3 C.W2>W3>W1 D.因不知道＋q的具体数值，故无法进行判断 解析： B 因为电场力做功只与电荷的初、末位置有关，而与电荷的运动路径无关，故沿三条路径将点电荷由A移动到D的过程中，电场力做功相等，选项B正确． 典例解析 【例题2】实线为三条未知方向的电场线，从电场中的M点以相同的速度飞出a、b两个带电粒子，a、b的运动轨迹如图中的虚线所示(a、b只受电场力作用)，则(　　) A.a一定带正电，b一定带负电 B.电场力对a做正功，对b做负功 C.a的速度将减小，b的速度将增大 D.a的加速度将减小，b的加速