第四节 电势能与电势（教学课件）物理粤教版2019必修第三册

第四节 电势能与电势 粤教版（2019）高中物理必修第三册 第一章 静电场的描述 @HY 复习回顾 电场力做功 电势能 电势 等势面 h A B C mg mg mg 1、功的计算： （功是能量转化的量度） 2、重力做功的特点： 与路径无关,由初末位置的高度差来决定（引入重力势能的概念） 3、重力做功WG与重力势能变化的关系 在这三次情况下重力做功关系？ 4、重力势能是相对的,须选定零势能参考面 复习回顾 电场力做功 电势能 电势 等势面 M E 1.将电荷q从A沿直线移至B A B ө + q + q F 一、静电力做功的特点 静电力做功 WAB = F·|AB|cosθ=qE·|AM| 匀强电场 M ө E A B 2.将电荷q从A沿折线移至B 对AM: W1 = q E ·|AM| 对MB: W2 = 0 对全程: W = W1 + W2= q E·|AM| + q F + q F 复习回顾 电场力做功 电势能 电势 等势面 3.将电荷q从A沿曲线移至B: M ө E A B + q F E A B + q F + q F + q F + q F W = W1 + W2 + W3 +… = q E·|AM| W1 = q E ·x1 W2 = q E ·x2 W3 = q E ·x3 … … … … M x1 + x2 + x3 +…=? X1 x2 复习回顾 电场力做功 电势能 电势 等势面 在匀强电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷经过的路径无关，仅与电荷的起始位置和终止位置有关. 该结论对于非匀强电场也是适用的。 一、静电力做功的特点 复习回顾 电场力做功 电势能 电势 等势面 1、定义：电荷在电场中具有势能，称为电势能。同样用表示。 2、电场力做功与电势能的关系: 电场力对电荷做负功，电荷的电势能增大 电场力做的功等于电势能的减少量 电场力对电荷做正功，电荷的电势能减小 3、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。 WAB=EpA-0 4、电势能是标量，有正负 【例1】　将带电荷量为6×10－6 C的负电荷从电场中的A点移到B点，克服电场力做了3×10－5 J的功，再从B点移到C点，电场力做了1.2×10－5 J的功，则：（1）电荷从A点移到B点，再从B点移到C点的过程中电势能共改变了多少？（2）如果规定A点的电势能为零，则该电荷在B点和C点的电势能分别为多少？ 【解析】　 (1)WAC＝WAB＋WBC＝－3×10－5 J＋1.2×10－5 J＝－1.8×10－5 J。电势能增加了1.8×10－5 J。 (2)如果规定A点的电势能为零，由公式WAB＝EpA－EpB 得该电荷在B点的电势能为EpB＝EpA－WAB＝0－WAB＝3×10－5 J； 同理，C点的电势能为EpC＝EpA－WAC＝0－WAC＝1.8×10－5 J。 复习回顾 电场力做功 电势能 电势 等势面 前面学习到 将一个电荷放入电场中，电荷会受到电场力，我们将电场力（F）与电荷所带电荷量（q）有关，但是他们的比值独立反映电场力的性质，于是定义为电场强度（E） 如今 将一个电荷放入电场中，电荷会具有电势能，我们将电势能（Ep）与电荷所带电荷量（q）有关。他们的的比值可以独立反应电场能的性质，定义为一个新的物理量：电势 复习回顾 电场力做功 电势能 电势 等势面 1 V = 1 J/C 1. 定义: 2. 公式: 单位: 伏特(V) 计算时要代入正负 (1)正电荷（+Q）形成的电场中各点的电势均为正值 (2)负电荷（-Q）形成的电场中各点的电势均为负值 电荷电场中在某一点的电势能与它的电荷量的比值为电势，用φ表示。 3、对电势概念的理解 1、电势是标量，只有大小，没有方向。 （负电势表示该处的电势比零电势处电势低） 2、电势与电场线的关系：沿着电场线的方向电势逐渐降低。 复习回顾 电场力做功 电势能 电势 等势面 沿电场线的方向，电势越来越低：φ A ＞ φ B A B E 判断. ①沿电场线方向，电势逐渐降低 （ ） ②电势降低的方向一定是电场线的方向 （ ） ②电势降低最快的方向一定是电场线的方向 （ ） E + q + q F 【例2】　如果把电荷量为q＝＋1.0×10－8 C的电荷从无限远处移到电场中的A点，需要克服电场力做功W＝1.2×10－4 J，那么：（1）q在A点的电势能和A点的电势各是多少？（2）q未移入电场前，A点的电势是多少？ 【解析】　(1)取无限远处的电势为零，电荷在无限远处的电势能也为零，即φ∞＝0，Ep∞＝0。由W∞A＝Ep∞－EpA得，EpA＝Ep∞－W∞A＝0－(－1.2×10－4 J)＝1.2×10－4 J再由φA＝ 得φA＝1.2×104 V。(2)A点的电势是由电场本身决定的，跟A点是否有电荷存在无关，所以q未移入电场前，A点的电势仍为1.2×104 V。 复习回顾 电场力做功 电势能 电势 等势面 2. 几种典型电场的等势面 （1）点电荷电场中的等势面：以点电荷为球心的一簇球面 （2）等量异种点电荷电场中的等势面：两簇对称曲面和对称中心面 定义电场中电势相同的各点构成的面叫做等势面 复习回顾 电场力做功 电势能 电势 等势面 （3）等量同种点电荷电场中的等势面：两簇对称曲面 （4）匀强电场中的等势面：垂直于电场线的一簇平面 E 复习回顾 电场力做功 电势能 电势 等势面 3. 等势面的特点 在同一等势面上移动电荷，电场力不做功。 等势面一定与电场线垂直，并且电场线总是从高等势面指向低等势面。 等差势面分布越密，电场强度越大。 不同的等势面不相交。 【例3】　(多选)如图所示，a、b、c、d为匀强电场中的四个水平等势面，一个电子由M点射入电场后，仅在电场力作用下的运动轨迹如实线MN所示，由此可知(　　)A．电子在N点的动能小于在M点的动能B．电子在N点的电势能小于在M点的电势能C．电场强度方向向左D．电场中，等势面a的电势低于等势面b的电势 AD 1、（多选）一个电荷只在电场力作用下从电场中的A点移到B点时，电场力做了5×10－6J的功，那么 ( ) A．电荷在B处时将具有5×10－6J 的电势能 B．电荷在B处将具有5×10－6J 的动能 C．电荷的电势能减少了5×10－6J D．电荷的动能增加了5×10－6J CD 课堂练习 2、一个点电荷，从静电场中的a点移至b点，其电势能的变化为零，则（　　） A．a、b两点的场强一定相等 B．该电荷一定沿等势面移动 C．作用于该点电荷的电场力与其移动方向总是垂直的 D．a、b两点的电势相等 D 课堂练习 3、如图所示,在等量正点电荷形成的电场中,它们连线的中垂面ab上, 有一电子,从静止开始由a运动到b的过程中(a、b相对O对称),下列说法正确的是( ) A.电子的电势能始终增多 B.电子的电势能始终减少 C.电子的电势能先减少后增加 D.电子的电势能先增加后减少 C O a b + + E E F F 做正功 做负功 电势能减少 电势能增加 课堂练习 4、一带电油滴在匀强电场E中的运动轨迹如图虚线所示,电场方向竖直向下.若不计空气阻力,则此带电油滴从a运动到b的过程中,能量变化情况为( ) A.动能减小 B.电势能增加 C.动能和电势能之和减少 D.重力势能和电势能之和增加 C E a b mg F电 合力向上，合力做正功，油滴动能增加，A错 电场力做正功，电势能减少，B错 根据能量守恒可知，C对、D错 课堂练习 $$