10.1电势能和电势（同步课件）-【鼎力课堂】2024-2025学年高二物理同步备课精编优选课件+同步作业（人教版2019必修第三册）

§1 电势能和电势 第十章 静电场中的能量 高中物理(人教版2019)必修第三册 CONTENTS 静电力做功的特点 01. 电势能 02. 电势 03. PART 01 新课引入 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，意味着另外一种形式的能量减少了。这是一种什么形式的能量呢？ 思考与讨论 PART 02 静电力做功的特点 一个质量为m的物体在地面某位置所受的重力是一定的，不管他怎样运动，其所受重力的大小都等于mg，方向竖直向下；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，不管他怎样运动，其所受静电力的大小都等于qE，方向电场强度E的方向相同。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 1.将正的检验电荷q分别沿直线和折线从A移至B，求电场力所做的功的表达式。 ①沿直线A-B：WAB ＝Fcosθ|AB|＝qEcos θ|AB| ＝ qE|AM| ②沿折线A-M-B： 对AM：W1 = q E ·|AM| 对MB：W2 = 0 全程静电力对 q 所做的功WAMB = W1 + W2= q E·|AM| F E A B M · · q θ 静电力做功的特点 2.将正的检验电荷q从A沿曲线移至B，求电场力所做的功的表达式。 把曲线分成无数小段，每一小段中，设想 q 都从起点先沿电场方向、再沿垂直电场方向到达终点。各小段沿垂直电场方向运动时，静电力是不做功的，各小段沿电场方向移动的位移之和等| AM| ，q 沿任意曲线从 A 点移动到 B 点静电力所做的功也是W＝qE|AM|。 静电力做功的特点 静电力做功与路径无关,由初末位置来决定. 做功的过程是一个能量转化的过程。 重力做功的过程是重力势能与动能相互转化的过程. 那么电场力做功的过程是什么能转化为什么能呢？ 与重力做功情况相似。 静电力做功的特点 PART 03 电势能 1.电场中的电荷由于受到电场力作用而具有的势能，这种势能叫电势能（Ep）。 正电荷从A点移到B点时，静电力做正功，电荷的电势能减少。 正电荷从B点移到A点时，静电力做负功，即电荷克服静电力做功，电荷的电势能增加。 把正电荷从A点移到B + 把正电荷从B点移到A - 电势能 （1）只要电场力对电荷做正功，电荷的电势能减小 （2）只要电场力对电荷做负功，电荷的电势能增大 （3）电场力做的功等于电势能的减少量 2.结论： 电势能 注意： 3.电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该处移动到零势能位置所做的功。 WAB = EPA - EP0 EPA = WAB （1）通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为零，或把电荷在大地表面上电势能规定为零。 （2）电势能由电荷和电荷在电场中的相对位置决定，具有相对性。 （3）电势能是标量,但有正负。 电势能 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 = EP初-EP末 W电 = EP初-EP末 重力势能和电势能类比 PART 04 电势 A 0 l θ E - 该比值是一个与q无关，仅与电场及A点的位置有关的量。 如图，规定O点的电势能为零，求： （1）电荷量为-q的点电荷在A点的电势能。 （2）电荷量为+2q的点电荷在A点的电势能 零势能参考点 电势能的大小是与试探电荷的电性和电量q都有关，故不能用“电势能”来描述电场的能的性质。 典例解析 该比值称为A点的电势 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，叫做这一点的电势。 2.定义式： （EP及q含符号） 电势能 重力势能 电势 高度 3.单位：伏特，符号为V 4.电势只有大小，没有方向，是标量 5.电势具有相对性 电势是相对于零势能参考点的，一般选取无穷远电势为0，实际应用中常取大地电势为0。 类比 电势 6.电势的高低比较 电荷由A点运动的B点 正电荷 负电荷 电场力做功 正功 负功 电势能变化 减少 增加 电势 变化 减少 减少 电势 结论： （1）沿着电场线方向电势逐渐降低。 （2）根据只在静电力作用下电荷的移动情况来判断 ①只在静电力作用下，电荷由静止开始移动，正电荷总是由电势高的点移到电势低的点；负电荷总是由电势低的点移向电势高的点。 ②移动正电荷静电力做正功时，电势能减少，则是从电势高处移到电势低处，做负功时相反。 ③移动负电荷静电力做正功时，电势能减少，则是从电势低处移到电势高处，做负功时相反。 电势 PART 05 课堂练习 1．正点电荷电场分布如图，该正点电荷电量为Q。A、B、C是电场线上的三个点。另一正点电荷在静电力作用下，沿电场线由A点移至B点的过程中，静电力做功为W1，将该正点电荷从A点移至C点再移至B点过程中静电力做功为W2，则（　　） 课堂练习 01 A 课堂练习 01 【答案】A【详解】静电力做功与路径无关，只与初末位置有关，两次过程的初末位置相同，故两次做功的情况相同，即W1=W2，故A正确，BCD错误。故选A。 2．电场中电场线、电势能及电势的判断，下列说法正确的是（　　）A．电场中电势降低的方向即电场线方向B．将一负的试探电荷从电势较高的等势面移至电势较低的等势面，电场力做正功C．若-q在E点的电势能为负值，则E点电势为负值D．若+q在A点的电势能比在B点的大，则A点电势高于B点电势 课堂练习 02 D 课堂练习 02 【答案】D【详解】A．电场中电势降低最快的方向即为电场线方向，A错误；B．将一负的试探电荷从电势较高的等势面移至电势较低的等势面，电势能增加，电场力做负功，B错误；C．若-q在E点的电势能为负值，根据Ep=qφE则-q在E点电势为正值，C错误；D．根据电势能公式Ep=qφE可得，若+q在A点的电势能比在B点的大，则A点电势高于B点电势，D正确。故选D。 3．下列说法正确的（　　）A．电场中电势越高的地方，电荷具有的电势能越大B．电场强度越大的地方，电场线一定越密，电势也一定越高C．电场强度为零的地方，电势一定为零D．某电荷在电场中沿电场线的方向移动一定距离，电场线越密的地方，它的电势能改变越大 课堂练习 03 D 课堂练习 03 【答案】D【详解】A．电势高的地方，电荷的电势能不一定大，若电荷为负电荷，该点的电势越高，电势能越小，故A错误；B．电场强度与电势无关，则电场强度大的地方电势不一定高，故B错误；C．电场中电场强度为零，电势不一定为零，电场强度由电场线疏密表示，沿电场线方向电势逐渐降低，故C错误；D．电场线越密的地方，电场强度越大，电荷所受电场力越大，则沿电场线的方向移动一定距离，电场线越密的地方，电场力做功越多，电荷电势能改变越大，故D正确。故选D。 4．图为某电场中的电场线，A、B是电场中的两点，下列说法正确的是（ ）A．电势φA>φB，电场强度EA<EBB．电势φA>φB，电场强度EA>EBC．将电荷量为+q的电荷从A点移到B点，电场力做负功D．将电荷量为-q的电荷分别放在A、B两点时具有的电势能EpA>EpB 课堂练习 04 B 课堂练习 04 【答案】B【详解】AB．根据题意，由电场线的疏密程度可以反映电场强度大小可知，由于A点的电场线比较密，则有EA>EB由沿电场线方向电势降低，则有φA>φB故A错误，B正确；CD．根据题意，由公式Ep=qφ可知，电荷量为+q的电荷在A、B两点时具有的电势能关系为EpA>EpB电荷量为-q的电荷在A、B两点时具有的电势能关系为EpA<EpB则将电荷量为+q的电荷从A点移到B点，电势能降低，电场力做正功，故CD错误。故选B。 5．一个电荷只在静电力作用下从电场中的A点移动到B点时，静电力做了5×10－6J的功，那么（　　）A．电荷在B点将具有5×10－6J的电势能B．电荷在B点将具有5×10－6J的动能C．电荷的电势能减少了5×10－6JD．电荷的电势能增加了5×10－6J 课堂练习 05 C 课堂练习 05 【答案】C【详解】A．由于零电势点未知，根据知道电场力做功多少，只能判断电势能的变化量，不能确定电荷在B点电势能的大小，故A错误；B．电荷只在电场力作用下，电场力做了5×10-6J的功，合力做功即为5×10-6J，根据动能定理得知，动能增加了5×10-6J，故B错误；CD．电场力做了5×10-6J的功，根据功能关系得知，电荷的电势能减少了 5×10-6J，故C正确，D错误。故选C。 谢谢聆听 $$