10.1电势能和电势-【堂堂清】2023-2024学年高二物理同步易混易错（人教版2019必修第三册）

第十章 静电场中的能量 第一节 电势能和电势 [核心素养·明目标] 核心素养 学习目标 物理观念 (1)理解电势能的含义。 (2)知道电势的定义方法及定义、公式、单位。 科学思维 (1)通过类比重力势能引入电势能，体会能量观点是分析物理问题的重要方法，并进一步认识物理学的和谐统一性。 (2)理解电势能的变化与静电力做功的关系，知道零势能点的规定方法。 (3)通过建立电势概念的过程，会判断电场中两点电势的高低。 科学探究 通过计算在匀强电场中移动电荷静电力做的功，认识静电力做功跟路径无关的特点。 科学态度与责任 尝试运用物理原理和研究方法解决一些与生产和生活相关的实际问题，增强科学探究的价值观。 知识点一　静电力做功的特点 1.特点：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。 如图甲所示；一个带正电的电荷量为q的试探电荷在匀强电场中某位置所受的静电力也是一定的，不管它怎样运动，其所受静电力的大小都等于qE，方向跟电场强度E的方向相同，如图乙所示。 重力做功具有跟路径无关的特点，静电力做功与重力做功特点一样，都取决于初、末位置，与具体做功的路径无关。 2.在匀强电场中静电力做功：WAB＝qE·LABcosθ，其中θ为静电力与位移间的夹角。 注：静电力做功特点是从匀强电场中推导出来的，但对非匀强电场也是适用的。 3.电场力做功的正负判断 (1)根据电场力和位移方向的夹角判断：夹角为锐角，电场力做正功；夹角为钝角，电场力做负功；电场力和位移方向垂直时，不做功。此法常用于匀强电场中恒定电场力做功情况的判断。 (2)根据电场力和瞬时速度方向的夹角判断：夹角为锐角时，电场力做正功；夹角为钝角时，电场力做负功；电场力和瞬时速度方向垂直时，不做功。此法常用于判断曲线运动中变化电场力的做功情况。 4.公式W＝qEd的理解： (1)电荷处在匀强电场中。 (2)d是沿电场线方向上的两点间的距离。 知识点二　电势能 1.概念：电荷在电场中具有的势能叫电势能。用Ep表示。 2.大小：电荷在电场中某点的电势能，等于电荷从该点移到零电势能点静电力所做的功。 3.电势能与电场力做功的关系：静电力做的功等于电势能的减少量，即WAB＝EpA－EpB＝－ΔEp。 4.电势能的相对性：选择不同的零电势能点，电荷在电场中同一点的电势能的值是不同的。 5.静电力做功与电势能变化的关系 WAB＝EpA－EpB→→WAB＝－ΔEp 6.零势能点：电场中规定的电势能为零的位置，通常把电荷在离场源电荷无限远处或大地表面的电势能规定为零。 7.电势能的大小：电荷在某点的电势能，等于把它从这点移到零势能位置时静电力所做的功。 注意：静电力做的功只能决定电势能的变化量，而不能决定电荷在电场中某点电势能的数值。只有先把电场中某点的电势能规定为0，才能确定电荷在电场中其它点的电势能。 8.对电势能的理解 特点 理解 系统性 电势能是由电场和电荷共同决定的，是属于电荷和电场所共有的，我们习惯上说成电荷的电势能。 相对性 电势能是相对的，其大小与选定的电势能为零的参考点有关。确定电荷的电势能，首先应确定零电势能点。 标量性 电势能是标量，有正负但没有方向。 计算 电荷在电场中某点的电势能，等于把它从该点移动到零电势能位置时静电力所做的功。 9.判断电势能大小变化的方法 (1)做功判断法：无论正、负电荷，静电力做正功，电荷的电势能减小；静电力做负功，电荷的电势能增大。 (2)能量守恒判断法：只有静电力做功时，电荷只有动能和电势能相互转化，总能量不变。因此，可由动能的变化确定电势能的变化。即只有静电力做功时，动能减少多少，电势能就增加多少；反之，动能增加多少，电势能就减少多少。 (3)电场线法：①正电荷顺着电场线的方向移动时电势能逐渐减小，逆着电场线的方向移动时电势能逐渐增大；②负电荷顺着电场线的方向移动时电势能逐渐增大，逆着电场线的方向移动时电势能逐渐减小。 (4)场源电荷判断法：①离正场源电荷越近，正试探电荷的电势能越大，负试探电荷的电势能越小；②离负场源电荷越近，正试探电荷的电势能越小，负试探电荷的电势能越大。 知识点三　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＝。 3.单位：伏特，符号是V。 4.电势和电场强度都是反映电场性质的物理量。 5.特点 (1)相对性：电场中各点电势的高低，与所选取的零电势点的位置有关。 (2)标量性：电势是标量，只有大小，没有方向，但有正、负。 6.与电场线的关系：沿电场线方向电势逐渐降低。 7.对电势的三点理解 (1)电势的相对性：电场中某点的电势跟零电势位置的选取有关，常选取无穷远处或地球的电势为零。 (2)电势的固有性：电势φ＝是定义式