10.1 电势能和电势 课件-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

10.1电势能和电势 知道静电场中的电荷具有电势能。了解电势能的含义。 1.理解静电力做功的特点、电势能和电势的概念。(物理观念) 2.明确电势能、电势、静电力做功间的关系。(科学思维) 3.了解电势与电场线的关系,了解等势面的意义及等势面与电场线的关系。(物理观念) 2 新课引入 古代,人们用弩来加速箭,箭的速度能达到 102 m/s数量级;后来,人们又在枪膛中用火药加速子弹,子弹的速度能达到103 m/s数量级。 匀强电场E M A B + F + 如果不是沿直线运动呢 路径一:沿着AB移动电荷,电量为q,静电力做功 + 路径二:沿着AMB移动电荷,静电力做功 静电力垂直速度,不做功 结论: 以上两种不同路径中静电力对q所做的功一样 一、静电力做功的特点 4 匀强电场E M A B + 如何处理曲线问题? 微元法:将曲线AB分成无数小段,设想q都从起点沿着电场线方向、再垂直电场线方向到达终点 结论:在匀强电场中移动电荷时,静电力所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 同样适用于非匀强电场 W1=qE x1 W2=qE x2 W3=qE x3 … … … … x1+x2+x3 +…=? W=W1+W2+W3+…=qE.|AM| 一、静电力做功的特点 5 静电力做功与电荷运动路径无关,由电荷在电场初末位置来决定. 一、静电力做功的特点 B M A F q + 甲 乙 丙 E 同样适用于非匀强电场 类比回忆:与静电力做功有相同特点的力还有哪个? 6 过程建构 1.静电力做功的特点. 静电力对电荷所做的功,与电荷在电场中的初、末位置有关,与电荷经过的路径无关.这个结论既适用于匀强电场,也适用于非匀强电场. (1)在匀强电场中,静电力做功为W=qEd,其中d为电荷沿电场线运动的位移. (2)静电力做功与重力做功相似,只要电荷在电场中的初、末位置确定了,移送电荷做的功就是确定值. 7 2.静电力做功正负的判断. (1)电荷做直线运动:根据静电力和位移方向的夹角判断.若静电力和位移方向的夹角为锐角,静电力做正功;夹角为钝角,静电力做负功;静电力和位移方向垂直时,静电力不做功. (2)电荷做曲线运动:根据静电力和瞬时速度方向的夹角判断.静电力和瞬时速度方向的夹角为锐角时,静电力做正功;夹角为钝角时,静电力做负功;夹角为90 时,静电力不做功. (3)若物体只受静电力作用,可根据动能的变化情况判断.若物体的动能增加,则静电力做正功;若物体的动能减少,则静电力做负功. 8 情况一:沿直线由A点移动到B点 将正的检验电荷q分别沿不同的路径从A移至B,求电场力所做的功的表达式。 情况二:沿折线由A点移动到B点 WAB=F cos |AB|=q E |AM| W1=qE |AM| W2=0 全过程做功 WAB=W1+W2=q E |AM| (A M) (M B) 9 情况三:沿曲线由A点移动到B点 将正的检验电荷q分别沿不同的路径从A移至B,求电场力所做的功的表达式。 WAB=q E |AM| 由以上三次推导推导我们发现了什么? 电场力做功只与电荷的起始位置和终止位置有关,与电荷的运动路径无关! (可以证明,对于非匀强电场也适用) 10 2 .电场力做功和电势能的关系 (1)当WAB>0,则EpA>EpB,表明电场力做正功,电势能减小; (2)当WAB<0,则EpA<EpB, 表明电场力做负功,电势能增加。 WAB=EpA-EpB E A B + q F O 1.定义:电荷在电场中具有的势能叫电势能,用符号EP表示。 二、电势能 11 3.电势能是相对的,具体数值与零势能面的选取有关; 4.电势能为电荷和对它作用的电场组成的系统共有。 5.电势能是标量。 通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为0,或把电荷在大地表面的电势能规定为0。 q Q 我们说某个电荷的电势能,只是一种简略的说法。 12 1.电荷在某点的电势能,等于把它从该点移动到零势能面时静电力所做的功。 E A B 若以A点作为零势能面, 则有 EPA-EPB=WAB 因EPA=0 ,则 EPB= -WAB 如图,若A B电场力所做功为WAB 若以B点作为零势能面, 则EPA-0=WAB即EPA=WAB 2.选择不同的零势能面,对于同一个带电体在同一点来说电势能大小是不相同的。 6.电势能的大小: 总结: 13 【情景1】 如图,匀强电场场强大小100N/C,OA、AB距离L均为1m,完成下列练习,并思考以下问题: (1)分别求出将+1C、+2C、+3C点电荷从A点移到O点电场力做功; (2)若规定O点为零势能面,分别求出三个点电荷在A点的电势能; (3)算出每个点电荷在A点的电势能与其电荷量的比值,并归纳有什么规律? 三、电势 电势:描述电场的能的性质的物理量。 问题:我们该衡量电场的能的性质、怎样去定义“电势”呢? 该比值是一个与q无关,仅与电场及A点的位置有关的量。 14 1.定义:电荷在电场中某一点的电势能与它的_的比值 2.公式: =_。 3.单位:国际单位制中,电势的单位是_,符号是V。 1V=1 J/C。 三、电势 电荷量 伏特 15 小结:计算电势首先要规定零电势处,电势有正负,正、负分别表示该处的电势比零电势处电势高或低,而不是方向,因此电势是标量。 16 4.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,常取离场源电荷_或大地的电势为0。 ②标矢性:电势是标量,只有大小,没有方向,但有_。 三、电势 无限远处 正负 17 【情景2】 如图,匀强电场场强大小100N/C,OA、AB距离L均为1m,完成下列练习,并小组讨论以下问题: (1)求出将+1C点电荷从B点移到O点电场力做功; (2)若规定O点为零势能面,求出点电荷在B点的电势能; (3)出B点的电势,并与A点的电势对比,分析沿电场线方向电势如何变化? 三、电势 18 5.变化情况 沿着电场线方向电势逐渐降低 电势降低最快的方向为电场线方向 三、电势 19 课堂练习 (多选)下列各量中,与检验电荷无关的物理量是( ) A. 静电力 B. 电场强度 C. 电势能 D. 静电力做的功 E. 电势 BE 20 课堂练习 下列关于电势和电势能的说法,正确的是( ) A. 对于一个确定的点电荷,在电势越高的位置,其电势能一定越大 B. 在电势一定的位置,放入某点电荷的电荷量越大,该点电荷的电势能一定越大 C. 正电荷在电场中某点的电势能一定大于负电荷在该点的电势能 D. 在电场中移动一电荷,若静电力对其做负功,其电势能一定增大 D 21 课堂练习 直角三角形ACB中∠A=60 ,电量为q的正点电荷固定在C点。另一负点电荷沿AB边从A点运动到B点,则下列说法正确的是( ) A. 静电力所做总功为负 B. 其电势能先增大后减小 C. 静电力先做负功再做正功 D. 其所受静电力逐渐减小 A 22 小结: 认识了电势能和电势 学会了电势能和电势的计算 清楚了电势能和电势的相对性 知道了电场性质另一描述 23 eq \f(Ep,q) $$