第10章 1 电势能和电势（课件PPT）-【精讲精练】2024-2025学年高中物理必修第三册（人教版）

第十章　静电场中的能量 1　电势能和电势 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 栏目导航 预习案 必备知识·问题导学 01 探究案 关键能力·互动探究 02 知能达标训练 04 提升案 随堂演练·基础落实 03 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 01 预习案 必备知识·问题导学 栏目导航 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 位置 位置 路径 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 电场 减少量 EpA－EpB 减少 增加 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 零势能 为零 无限远 大地 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 电势能 电荷量 伏特 无限远 正负 降低 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 栏目导航 02 探究案 关键能力·互动探究 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 栏目导航 03 提升案 随堂演练·基础落实 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 答案　BD 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 04 知能达标训练 点击进入Word 栏目导航 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 谢谢观看 栏目导航 第十章　静电场中的能量 1 [学业要求与核心素养] 1．知道静电力做功与路径无关。 2．理解静电力做的功与电势能变化的关系，理解电势能的概念，认识电势能的相对性。 3．知道电势的定义方法和定义式、单位。 一、静电力做功的特点 阅读教材，并回答： 1．如图所示，试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中沿三条不同的路径从A运动到B，分别计算三种情况下静电力对电荷做的功。 答：见教材 2．结合以上的计算和分析，类比重力做功，静电力做功有什么特点？ 答：与路径无关 【概念·规律】 1．特点 在静电场中移动电荷时，静电力做功与电荷的起始________和终止________有关，与电荷经过的________无关。 2．在匀强电场中静电力做功W＝qE·Lcos θ，其中θ为静电力与位移间夹角。 二、电势能 阅读教材，并回答： 1．节前“问题”中电场力对正电荷做正功，动能增加，增加的能量从哪里来？ 答：电场的能量转化来的 2．类比重力做功与重力势能的变化的特点，说一说电场力做功与电势能变化的关系。 答：略 【概念·规律】 1．概念 电荷在________中具有的势能，用Ep表示。 2．静电力做功与电势能变化的关系 静电力做的功等于电势能的__________，WAB＝_____________。 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(静电力做正功，电势能________；,静电力做负功，电势能________。)) 3．电势能的大小 电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移动到__________位置时所做的功。 4．零势能点 电场中规定的电势能________的位置，通常把离场源电荷__________或________的电势能规定为零。 三、电势 阅读教材，并回答： 在教材图10.1­4中： (1)电荷量分别为q和2q的正试探电荷在A点的电势能分别为多少？ (2)不同电荷在同一点的电势能与电荷量的比值是否相同？ (3)不同电荷在同一点的电势能与电荷量的比值与试探电荷的电荷量是否有关系？ 答：(1)qElcos θ　2qElcos θ　(2)相同　(3)无关 【概念·规律】 电势 定义 电荷在电场中某一点的__________与它的__________的比值 定义式 φ＝_______ 单位 国际单位制中，电势的单位是________，符号是V,1 V＝1 J/C 特点 (1)相对性：电场中各点电势的高低，与所选取的零电势的位置有关，一般情况下取__________或地球为零电势位置。 (2)标矢性：电势是标量，只有大小，没有方向，但有________ 与电场线关系 沿电场线方向电势________ eq \f(Ep,q) (1)只要电荷在电场中移动，静电力一定做功。(　　) (2)静电力做功与重力做功类似，与初末位置有关，与路径无关。(　　) (3)电荷从电场中的A点运动到B点，路径不同，静电力做功不同。(　　) (4)某点的场强为零，电荷在该点的电势能一定为零。(　　) (5)正电荷和负电荷沿着电场线运动，电势能均减小。(　　) (6)电荷在电势高处具有的电势能一定大。(　　) (7)电场线密集处场强大，电势高。(　　) (8)某一点的电势为零，其场强一定为零。(　　) 答案　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×　(7)×　(8)× 探究点一　静电力做功与电势能变化的关系 1．静电力做功的特点 静电力做功的特点不受物理条件限制，不管静电力是否变化，是否为匀强电场，是直线运动还是曲线运动，静电力做功的特点不变。 2．电势能 电势能是标量，有正负但没有方向。电势能为正值表示电势能大于参考点的电势能，电势能为负值表示电势能小于参考点的电势能。 3．静电力做功与电势能变化的关系 (1)WAB＝EpA－EpB。静电力做正功，电势能减小；静电力做负功，电势能增加。 (2)正电荷在电势高的地方电势能大，而负电荷在电势高的地方电势能小。 (多选)下列说法正确的是(　　) A．电荷从电场中的A点运动到B点，路径不同，静电力做功的大小就可能不同 B．电荷从电场中的某点出发，运动一段时间后，又回到了该点，则静电力做功为零 C．正电荷沿着电场线运动，静电力对正电荷做正功，负电荷逆着电场线运动，静电力对负电荷做正功 D．电荷在电场中运动，因为静电力可能对电荷做功，所以能量守恒定律在电场中并不成立 [解析]　静电力做功和电荷运动路径无关，故A错误；静电力做功只和电荷的初、末位置有关，所以电荷从某点出发又回到了该点，静电力做功为零，故B正确；正电荷沿电场线的方向运动，则正电荷受到的静电力和电荷的位移方向相同，故静电力对正电荷做正功，同理，负电荷逆着电场线的方向运动，静电力对负电荷做正功，故C正确；电荷在电场中运动虽然有静电力做功，但是电荷的电势能和其他形式的能之间的转化满足能量守恒定律，故D错误。 [答案]　BC 1.两带电小球，电荷量分别为＋q和－q，固定在一长度为l的绝缘细杆的两端，置于电场强度为E的匀强电场中，杆与电场强度方向平行，其位置如图所示。若此杆绕过O点垂直于杆的轴线顺时针转过90°，则在此转动过程中，静电力做的功为(　　) A．0　　 B．qEl C．2qEl D．πqEl 解析　＋q受到的静电力水平向右，－q受到的静电力水平向左。静电力对两电荷都做正功，设＋q离O点距离为x，则－q离O点的距离为l－x。在杆顺时针转过90°的过程中，静电力对两球做的功分别为W1＝qEx、W2＝qE(l－x)。所以总功为W＝W1＋W2＝qEx＋qE(l－x)＝qEl，故选项B正确。 答案　B 探究点二　电势 [交流讨论] 1．下图是静电场中的一条电场线以及它上面的两个点A、B。 (1)把正电荷＋q从A点移到B点，电场力做正功还是负功？A、B两点哪一点电势较高？ (2)把负电荷－q从A点移到B点，电场力做正功还是负功？A、B两点哪一点电势较高？ (3)如果这是一个正点电荷电场的电场线，那么场源电荷离A点近一些还是离B点近一些？ 答：(1)正功　A点　(2)负功　A点　(3)离A点 2．完成本节练习与应用第3题。 [归纳总结] 1．对电势的三点理解 (1)电势和电势能具有相对性，与零势面的选择有关。 (2)φ＝eq \f(Ep,q)是电势的定义式。电场中某点处φ的大小是由电场本身决定的，与在该点处是否放入试探电荷、电荷的电性、电荷量均无关。 (3)由φ＝eq \f(Ep,q)求电势时，可将各物理量的“＋”“－”直接代入计算，这样更方便。 2．电势高低的判断方法 (1)电场线法：沿电场线方向，电势逐渐降低。 (2)电势能判断法：由φ＝eq \f(Ep,q)知，对于正电荷，电势能越大，所在位置的电势越高；对于负电荷，电势能越小，所在位置的电势越高。 (教材本节练习与应用第5题变式)如图甲所示，A、B是同一条电场线上的两点，把点电荷q1为10－9 C的试探电荷从无穷远移到A点，静电力做的功为4×10－8 J；把点电荷q2为－2×10－9 C的试探电荷从无穷远移到B点，静电力做的功为－6×10－8 J，图乙是放在A、B两点的电荷所受电场力大小与其电荷量间的函数图像。下列说法正确的是(　　) A．φA>φB　EA>EB B．φA<φB　EA>EB C．φA>φB　EA<EB D．φA<φB　EA<EB [解析]　试探电荷q1从无穷远处移到A点，静电力做功4×10－8 J，则W＝Ep∞－EpA，所以A点的电势能EpA＝－4×10－8 J，φA＝eq \f(EpA,q1)＝eq \f(－4×10－8,10－9) V＝－40 V。试探电荷q2从无穷远移到B点，静电力做的功为－6×10－8 J，则W′＝Ep∞－EpB，所以EpB＝6×10－8 J，φB＝eq \f(EpB,q2)＝eq \f(6×10－8,－2×10－9) V＝－30 V，故φA<φB<0。由E＝eq \f(F,q)可知EA>EB，故选项B正确。 [答案]　B 例题中若在匀强电场中把电荷量为＋1×10－8 C的点电荷从A点移到B点，静电力做功6×10－8 J，如图所示，匀强电场电场线与AC平行，AB长6 cm，AB与AC成60°角。 (1)求匀强电场的场强大小和方向； (2)设B处电势为1 V，则该电荷在A点电势能为多少？A处电势为多少？ 解析　(1)将正电荷从A移至B，静电力做正功，正电荷所受的静电力方向由A至C，又因为是正电荷，场强方向与负电荷受到的静电力方向相同，所以场强方向应为由A指向C；根据静电力做功WAB＝qEdAB·cos 60° 解得E＝eq \f(WAB,qdAB·cos 60°)＝eq \f(6×10－8,10－8×0.06×\f(1,2)) V/m＝200 V/m。 (2)EpB＝qφB＝1×10－8 J 又WAB＝EpA－EpB 得EpA＝7×10－8 J 所以φA＝eq \f(EpA,q)＝7 V。 答案　(1)200 V/m ，场强方向由A指向C (2)7×10－8 J　7 V 2．(2023·湖北卷)在正点电荷Q产生的电场中有M、N两点，其电势分别为φM、φN，电场强度大小分别为EM、EN。下列说法正确的是(　　) A．若φM>φN，则M点到电荷Q的距离比N点的远 B．若EM<EN，则M点到电荷Q的距离比N点的近 C．若把带负电的试探电荷从M点移到N点，电场力做正功，则φM<φN D．若把带正电的试探电荷从M点移到N点，电场力做负功，则EM>EN 解析　沿着电场线的方向电势降低，根据正点电荷产生的电场特点可知若φM>φN，则M点到电荷Q的距离比N点的近，故选项A错误；电场线的疏密程度表示电场强度的大小，根据正点电荷产生的电场特点可知若EM<EN，则M点到电荷Q的距离比N点的远，故选项B错误；若把带负电的试探电荷从M点移到N点，电场力做正功，则是逆着电场线运动，电势增加，故有φM<φN，故选项C正确；若把带正电的试探电荷从M点移到N点，电场力做负功，则是逆着电场线运动；根据正点电荷产生的电场特点可知EM<EN，故选项D错误。 答案　C 1．关于静电场，下列说法正确的是(　　) A．负电荷沿电场线方向移动时，电势能增加，电势降低 B．负电荷沿电场线方向移动时，电势能减小，电势降低 C．电场强度大的位置电势一定高，电场强度小的位置电势一定低 D．电场强度为零的点，电势一定为零 解析　负电荷沿电场线方向移动时，静电力做负功，电势能增加，由φ＝eq \f(Ep,q)可知电势降低，故A正确，B错误；电场强度与电势没有直接的关系，则电场强度大的位置电势不一定高，电场强度小的位置电势不一定低，电场强度为零的点，电势可能为零，也可能不为零，故C、D错误。 答案　A 2.(多选)(2023·长沙高二联考)如图所示，在正六边形的M、N、P三个顶点上各放一完全相同、带正电的点电荷，X、Y、Z为正六边形的另外三个顶点，O点是正六边形的中心，下列说法正确的是(　　) A．X、Y、Z三点的电场强度相同 B．O点的电场强度为0 C．O点的电势低于Z点的电势 D．从O点至Y点移动正试探电荷， 电场力做正功 解析　依题意，根据E＝keq \f(q,r2)，由场强叠加原理，判断可知X、Y、Z三点的电场强度大小相等，但方向不相同，故选项A错误；根据E＝keq \f(q,r2)可知点电荷M、N、P分别在O点产生的电场强度大小相等，且夹角互为120°，根据矢量叠加原理可得O点的电场强度为0，故选项B正确；利用对称性结合场强叠加原理，可判断OZ连线上的合场强沿OZ方向，根据沿电场线方向电势逐渐降低，可知O点的电势高于Z点的电势，故选项C错误；同理可知OY连线上的合场强沿OY方向，则从O点至Y点移动正试探电荷，电场力做正功，故选项D正确。 3．(多选)如图甲所示，A、B是一条电场线上的两点，若在某点释放一初速度为零的电子，电子仅受电场力作用，从A点运动到B点，其速度随时间变化的规律如图乙所示，则(　　) A．电场线的方向从B指向A B．A、B两点的电场强度EA＞EB C．A、B两点的电势φA＜φB D．负电荷在A、B两点的电势能EpA＜EpB 解析　电子由静止开始沿电场线从A运动到B，电场力的方向从A到B，而电子带负电，则场强方向从B到A，故选项A正确；速度—时间图像的斜率等于加速度，由题图乙可知：电子做初速度为零的加速度增大的加速直线运动。加速度增大，说明电子所受电场力增大，电子在A点受到的电场力小于B点，即FA<FB，由F＝qE可知，电场强度增大，A点的场强小于B点，即EA<EB，故选项B错误；根据顺着电场线电势降低可知，A点的电势低于B点电势，即φA<φB，故选项C正确；电场力对电子做正功，电势能减小，则EpA>EpB，故选项D错误。 答案　AC 4．如图所示，在同一条电场线上有A、B、C三点，三点的电势分别是φA＝5 V、φB＝－2 V、φC＝0，将电荷量q＝－6×10－6 C的点电荷从A移到B，再移到C。 (1)电荷在A点、B点、C点具有的电势能各是多少？ (2)电荷从A到B和从B到C，电势能分别变化了多少？ (3)电荷从A到B和从B到C，静电力做功分别是多少？ 解析　(1)根据公式φ＝eq \f(Ep,q)可得Ep＝qφ。 所以电荷在A点、B点、C点具有的电势能分别为 EpA＝qφA＝－6×10－6×5 J＝－3×10－5 J， EpB＝qφB＝－6×10－6×(－2) J＝1.2×10－5 J， EpC＝qφC＝－6×10－6×0 J＝0。 (2)电荷从A到B电势能的变化量为 ΔEpAB＝EpB－EpA＝1.2×10－5 J－(－3×10－5) J＝4.2×10－5 J 即电势能增加了4.2×10－5 J， 电荷从B到C电势能的变化量为 ΔEpBC＝EpC－EpB＝0－1.2×10－5 J＝－1.2×10－5 J， 即电势能减小了1.2×10－5 J。 (3)从A到B，静电力做功 WAB＝EpA－EpB＝－4.2×10－5 J， 从B到C，静电力做功 WBC＝EpB－EpC＝1.2×10－5 J。 答案　(1)－3×10－5 J　1.2×10－5 J　0 (2)增加4.2×10－5 J　减少1.2×10－5 J (3)－4.2×10－5 J　1.2×10－5 J $$