第四节 电势能 电势（教学课件）物理沪科版2020必修第三册

第九章　静电场及其应用 9.4 电势能 电势 1.知道静电力做功的特点，掌握静电力做功与电势能变化之 间的关系。 2.理解电势能、电势的概念，知道电势、电势能的相对性。 学习目标： 闪电是我们常见的自然现象，它是带电的云层与云层之间、带电的云层与地面之间强烈的放电现象。据估计，每秒约有几十到上百次的闪电击中地球表面。一次闪电在短时间内释放出很多能量，这一能量来自放电电荷的电势能。 导入新课 大家知道：功是能量转化的量度。 类比：电荷在静电场中也会有势能吗？ 是电场力做功引起这种势能的变化吗？ 1、物体在重力场中具有重力势能。 2、重力做功引起物体重力势能的发生变化。 方法：如何研究电场能的性质？ 可否用研究重力场一样的方法来研究呢？ 1、与路径无关，由初末位置的高度差来决定 2、重力做功WG与重力势能变化的关系 重力做功的特点 问题：静电力做功的特点？ 我们在前面已经讨论过重力势能、重力做功的特点 用类比法研究电场能的性质 重力场 电场 类 比 1.与路径无关,由初末位置的高度差来决定。 1.静电力做功与电荷经过的路径关系如何？？？ 2.重力做功WG与重力势能变化的关系： 3.重力势能:等于将物体由该点移至零势能点重力所做的功。 2.静电力做功W电与电势能变化的关系如何？？？ 3.某一点电势能如何规定？？？ 一、静电力做功的特点　电势能 如图所示，试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中， 答案　静电力F＝qE，静电力与位移间的夹角为θ，静电力对试探电荷q做的功W＝F|AB|cos θ＝qE|AM|. (1)沿直线从A移动到B，静电力做的功为多少？ (2)若q沿折线AMB从A点移动到B点，静电力做的功为多少？ 答案　在线段AM上静电力做的功W1＝qE|AM|，在线段MB上静电力做的功W2＝0，总功W＝W1＋W2＝qE|AM|. (3)若q沿任意曲线从A点移动到B点，静电力做的功为多少？由此可得出什么结论？ 答案　W＝qE|AM|.电荷在匀强电场中沿不同路径由A点移动到B点，静电力做功相同，说明静电力做功与路径无关，只与初、末位置有关. 在匀强电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷经过的路线无关,只与电荷的起始位置和终止位置在电场方向上距离有关。 该结论也适用于非匀强电场 结论：静电力做功的特点 这与什么力做功像似呢？ 例如：点电荷产生的电场是非匀强电场，把试探电荷+q从A经不同路线移动到B，静电力做功一样。 思考：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？ h 回忆一下重力做功具有的特点? A B C mg mg mg 1.在右边三种情况下重力做功的关系？ 3.可以引进重力势能的概念。 2.都等于mgh。 4.类比可以给出电势能的概念。 A B + + A B － － １、定义：电荷在电场中受到电场力而具有的与位置有关的势能叫做电势能。 （电荷在某点的电势能，等于把它从这个点移动到零势能位置时静电力做的功） ２、标量：有正负，表大小 定义式：EpA=WA 0 例如：EpA=5J 比0势能点多5J EpB=-4J 比0势能点低4J EpA ＞ EpB 电势能（ Ep ） 3、国际单位：焦耳，符号J 4、电势能的理解 (1)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. (2)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，首先应确定参考点. (3)电势能是标量，有正负但没有方向. (4)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. 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EP 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 电场力做正功，电势能就减少 电场力做负功，电势能就增加 电场力作功，电势能改变 重力做功，重力势能改变 重力做正功，重力势能就减少 重力做负功，重力势能就增加 W重 = EP1-EP2 W电 = EPA-EPB 尽管重力做功与电场力做功很相似，但还是存在很大差异 —存在两种电荷 (1)物体从高处向低处运动，重力做什么功？物体的重力势能如何变化？重力做功和物体的重力势能变化有什么关系？ 答案　重力做正功　重力势能减少　WG＝Ep1－Ep2 (2)①正电荷顺着电场线方向移动，静电力做什么功？电荷的电势能如何变化？ 答案　静电力做正功　电势能减少　 ②负电荷顺着电场线方向移动，静电力做什么功？电荷的电势能如何变化？ 答案　静电力做负功　电势能