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

电势能与电势 高二 主讲老师： 1 目 录 电势 2 电势能 1 在爬坡与同一水平面走路谁更累? 是什么原因导致的爬山更累？ 地理：山体等高线 思考： 3 【模块一】 电势能 4 正确理解势能的概念 思考：小球下落的过程中重力做功与重力势能的关系 回顾： 1.1势能的概念 势能： 物体凭借其位置所具有的能叫势能 5 势能： 物体 凭借其位置 所具有的能叫势能 重力势能： 有质量的物体 竖直方向不同高度 （引力场） 所具有的势能叫重力势能 电势能： 带电的物体 在电场中某一位置 所具有的势能叫电势能 请按势能的定义，扩展重力势能和电势能的概念 1.2 电势能的概念 6 力 做功 重力势能 动能 只受重力 正 减小 增大 负 增大 减小 =0 + + 重力做功的功能关系 电场力做功的功能关系 1.1势能与做功的关系 力 做功 电势能 动能 只受电场力 正 减小 增大 负 增大 减小 7 1．电势能 (1)电势能：电荷在电场中具有的 ，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 。表达式：WAB＝ 。 ①静电力做正功，电势能 ； ②静电力做负功，电势能 。 (3)电势能的大小：电荷在某点（A点）的电势能，等于把它从这点移动到 位置时静电力做的功EpA＝WA0。 (4)电势能具有相对性 电势能零点的规定：通常把电荷在离场源电荷 或把电荷在大地表面的电势能规定为 。 【答案】(1)势能 (2) 变化量 减少 增加 (3)零势能 (4) 无限远处 0 【详解】（1）电势能：电荷在电场中具有的势能，用Ep表示。 （2）[1][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变化量。表达式： 。 [3]静电力做正功，电势能减少。 [4]静电力做负功，电势能增加。 （3）电势能的大小：电荷在某点（A点）的电势能，等于把它从这点移动到零势能位置时静电力做的功EpA＝WA0。 （4）[1][2]电势能零点的规定：通常把电荷在离场源电荷无限远处或把电荷在大地表面的电势能规定为0。 2．下列说法正确的是（　　） A．重力做功与路径无关，而电场力做功与路径有关 B．电场力对电荷做正功时，电荷具有的电势能将增加 C．A电荷的电势能，B电荷的电势能，则 D．电场力对电荷做负功时，电荷具有的电势能将增加 例题2 【答案】D 【详解】A．重力做功和电场力做功均与路径无关，与初、末位置有关，A错误； B D．由电场力对电荷做功特点可知，电场力对电荷做正功时，电荷具有的电势能将减少，电场力对电荷做负功时，电荷具有的电势能将增加，B错误，D正确； C．电势能是标量，电势能的正或负表示电荷在该点的电势能比零电势能点的电势能大或小，则有EpA>EpB，C错误。 故选D。 3.如图所示，电场强度为E的匀强电场中，带电荷量为-q的电荷沿直线AB、折线ACB、曲线ANB运动，已知AB长为d。关于静电力做的功和大小关系，下列说法正确的是（    ） A．沿三个路径运动时，静电力做功一样多 B．沿直线AB运动时，静电力做功最少 C．沿折线ACB运动时，静电力做功最多 D．沿直线AB运动时，静电力做功最多 例题3 12 【答案】A 【详解】静电力做功与电荷经过的路径无关，电荷沿直线AB、折线ACB运动，其初、末位置相同，静电力做功一样多。 故选A。 13 4．在电场中，把点电荷从A点移动到B点，克服电场力做功，下列说法正确的是（　　） A．该电荷在B点具有的电势能为 B．该电荷在B点具有的电势能为 C．该电荷的电势能增加了 D．该电荷的电势能减少了 例题4 【答案】C 【详解】把点电荷从A点移动到B点，克服电场力做功，根据电场力与电势能关系 可知该电荷的电势能增加了；由于不知道B点的电势，所以不能确定该电荷在B点具有的电势能。 故选C。 5.如图所示为两个等量点电荷的电场线，图中点和点、点和点皆关于两电荷连线的中点对称，若将一电荷放在此电场中，则以下说法正确的是（　　） A．电荷在点受力最大 B．电荷沿直线由到的过程中，电场力先增大后减小 C．电荷沿直线由到的过程中，电场力先做正功后做负功 D．电荷沿直线由到的过程中，电场力先增大后减小 例题5 16 【答案】D 【详解】A．根据电场线的疏密特点，在AB连线上，O点电场强度最小，则受到电场力最小，而在CD连线上，O点的电场强度最大，则受到电场力最大，因此电荷在O点受力不是最大，故A错误； B．根据电场线的疏密可知，从A到B的过程中，电场强度先减小后增大，则电场力也先减小后增大，故B错误； C．电荷沿直线由C到D的过程中，电场力与速度始终垂直，电场力不做功，故C错误； D．根据电场线的疏密可知，从C到D的过程中，电场强度先增大后减小，则电场力也先增大后减小，故D正确。 故选D。 17 【模块二】 电势 18 单位：V 符号： 大小：沿着电场线的方向，电势降低（有正、负，但仅代表大小） +1（v） > -100 （v） 注：电势是定义出来描述电场的物理量 ） 0 2.1电势的定义 19 元电荷 点电荷 场源电荷 试探电荷 电势 电场强度 电场 描述 描述 定义 定义 电荷 场源电荷 试探电荷 区分： 描述电场的物理量：电场强度、电势 描述试探电荷的物理量：电荷量、电场力、电势能 矢量式 标量式 2.2描述电场的物理量 20 1．下列各物理量的定义式正确的是（　　） A．加速度 B．功率 C．电势 D．电场强度 21 【答案】C 【详解】A.加速度定义式 故A错误； B.功率定义式 故B错误； C.电势定义式 故C正确； D.电流强度定义式 故D错误。 22 7．电势 (1)定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的 之比。 (2)公式：φ= 。 (3)单位：国际单位制中，电势的单位是 ，符号是V，1V=1J/C。 (4)电势高低的判断：沿着电场线的方向电势逐渐 。 (5)电势的相对性：只有规定了 才能确定某点的电势，一般选大地或离场源电荷无限远处的电势为 。 (6)电势是 ，只有大小，没有 ，但有正、负之分，同一电场中电势为正表示比零电势 ，电势为负表示比零电势 。 23 【答案】(1)电荷量(2)(3)伏特(4)降低(5) 零电势点 零(6) 标量 方向 高 低 【详解】（1）电势是指电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量之比。 （2）电势的定义式为 （3）在国际单位制中，电势的单位是伏特，符号是V，1V=1J/C。 （4）沿着电场线的方向电势逐渐降低。 （5）[1][2]只有规定了零电势点，才能确定某点的电势，一般选大地或离场源电荷无限远处的电势为零。 （6）[1][2][3][4]电势为标量，只有大小、没有方向，但有正、负之分，同一电场中电势为正表示比零电势高，电势为负表示比零电势低。 24 3．将点电荷q（q>0）从零电势处移入电场中的M点，电场力做功为3.0×10-9J，若将点电荷-q（q>0）从电场中N点移到零电势处，电场力做功为5.0×10-9J，则M、N两点的电势φM、 φN关系正确的（　　） A． B． C． D． 25 【答案】C 【详解】将点电荷q（q>0）从零电势处移入电场中的M点，电场力做正功，则带正电的点电荷在M点的电势能为，同理可得，带负电的点电荷在N点的电势能为，M、N两点的电势为 可得 故选C。 26 4．把一个电荷量为的负电荷放入电场中A点时，它所受的电场力是，若该电荷放置在B点，则该电荷具有的电势能等于，求： （1）A点的电场强度大小； （2）B点的电势等于多少？ 27 【答案】（1）2000N/C；（2） 【详解】（1）A点的电场强度大小为 （2）B点的电势为 28 5．将一电荷量为的正电荷从无限远处一点P移至电场中某点A，静电力做功。求∶ （1）正电荷在A点的电势能。（取无限远处为电势零点） （2）A点的电势。 （3）正电荷移入电场前A点的电势。 29 【答案】（1）-4×10-5J；（2）-20V；（3）-20V 【详解】（1）根据 WpA=EpP-EpA=0-EpA 解得 EpA=-4×10-5 J （2）根据 φA== V=-20 V （3）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，所以电荷移入电场前，A点的电势仍为-20 V。 30 6．如图，把q1=2×10-6C的试探电荷从A点移到B点，静电力做功5×10-5J，从B点移到无穷远处，静电力做功8×10-5J。以无穷远处的电势能为零，求： （1）电荷q1在A、B两点的电势能 （2）A、B两点的电势 （3）q2=-2×10-6C的电荷在A、B两点的电势能。 31 【答案】（1），；（2）65V，40V；（3）， 【详解】（1）从B点移到无穷远处，静电力做功8×10-5J，则 所以在B两点的电势能 把q1=2×10-6C的试探电荷从A点移到B点，静电力做功5×10-5J，则 所以 32 【答案】（1），；（2）65V，40V；（3）， （2）根据 可知 ， （3）q2=-2×10-6C的电荷在A、B两点的电势能 ， 33 7.如图所示为点电荷a、b所形成电场的电场线分布图（箭头未标出）。在M点放置一个带负电的试探点电荷，下列说法中正确的是（　　） A．M点处的电势一定比N点高 B．M点的场强一定小于N点的场强 C．a、b为异种电荷，b的电荷量大于a的电荷量 D．将试探点电荷从M点移动到N点的过程中，电场力一定做正功 34 【答案】C 【详解】A．由于电荷、电性无法确定，故点处的电势不一定比点高，故A错误； B．电场线的疏密表示电场强弱，点的场强一定大于点的场强，故B错误； C．电场线从一个电荷出发而终止于另一电荷，说明二者是异种电荷关系；电荷附近电场线比电荷附近电场线密集，说明的电荷量大于的电荷量，故C正确； D．点电场强度方向不能确定，电场力方向不确定，无法判断电场力是做正功还是负功，故D错误。 故选C。 35 8.2021年3月14日20时57分，四川甘孜州九龙县雪洼龙镇耳朵村因为强对流天气产生雷击引发森林火灾。在建筑物安装避雷针是防雷击的有效方法。避雷针上方有雷雨云时，避雷针附近的电场线分布如图所示，图中中央的竖直黑线代表了避雷针，为水平地面，是电场线中两个点，下列说法正确的是（　　） A．点的电势比点的电势低 B．点的场强比点的场强大 C．在试探电荷从点到点的多条路径中，沿直线走电场力做功最少 D．的电势为零，且地面附近的电场线和地面垂直 36 【答案】D 【详解】A．沿电场方向电势减小， ​点的电势比点的电势高，故A错误； B．电场线疏密表示电场的强弱， ​点的场强比点的场强小，故B错误； C．根据静电力做功的特点可知，试探电荷从 ​点到点，无论沿那条路径，电场力做功一样多，故C错误； D、 ​的电势为零，地面为等势面，则 ​表面附近的电场线与地面都是垂直的，故D正确。 故选D。 37 9.如图所示，A、B、C是等边三角形的三个顶点，AB边的中点为M，BC边的中点为N，O点为三角形的中心，分别在A、B、C固定放置电荷量为+Q、+Q、-Q的点电荷时，下列说法正确的是（　　） A．M、N两点的电场强度大小相等 B．M点的电势高于N点的电势 C．将一个不计重力的负电荷沿直线由O点向C点移动的过程中，电势能逐渐减小 D．将一个不计重力的负电荷沿直线由O点向N点移动的过程中，受到的电场力做负功 38 【答案】BD 【详解】A．根据电场强度 及平行四边形法则，M点的电场强度小于N点的电场强度，故A错误； B．M点距正电荷较近，N点距负电荷较近，则M点的电势大于N点的电势，故B正确； C．将一个不计重力的负电荷沿直线由O点向C点移动的过程中，电场力做负功，电势能逐渐增大，故C错误； D．将一个不计重力的负电荷沿直线ON由O点向N点移动的过程中，受到C点的负电荷和B点的正电荷的合电场力垂直于ON，不做功，受到A点的正电荷的电场力做负功，故D正确。 故选BD。 39 10.如图所示，在正六边形的M、N、P三个顶点上各放一个完全相同且带正电的点电荷，X、Y、Z为正六边形的另外三个顶点，O点是六边形的中心，规定无穷远处为电势能零点，下列说法正确的是（　　） A．X、Y、Z三点的电场强度相同 B．Z点的电势高于O点电势 C．若仅将N点的正电荷换成等量的负电荷，则X点和Z点的电势相等，比Y点电势低 D．从Y点至O点移动正试探电荷，电场力做正功 40 A．依题意，根据点电荷的场强公式，结合场强叠加原理，可判断X、Y、Z三点的电场强度大小相等，但方向不相同，故A错误； B．根据对称性及场强叠加原理，OZ连线上的合场强沿OZ方向，沿电场线方向，电势逐渐降低，则O点的电势高于Z点电势，故B错误； 41 C．点电荷电场中电势与场源电荷的电性及距离有关。点电荷M、P到X点的距离，与点电荷M、P到Z点的距离相等，即点电荷M、P在X点和Z点的电势相等；N点换成等量负电荷后，到X点和Z点的距离也相等，即点电荷N在X点和Z点的电势相等，综上可得正点电荷M、P与负点电荷N在X点和Z点的电势相等。若在O点有一正的试探电荷，将试探电荷从O点移动到X点，根据等量异种电荷电场的特点，点电荷N、P对试探电荷不做功，点电荷M对试探电荷做正功，电势能减小。同理若将试探电荷从O点移动到Y点，点电荷M、P对试探电荷不做功，点电荷N对试探电荷做负功，电势能增加，综上可知，Y点电势比X点和Z点的电势高，故C正确； D．根据对称性及场强叠加原理，OY连线上的合场强沿OY方向，因此从Y点至O点移动正试探电荷，逆着电场线移动正电荷，电场力做负功，故D错误； 故选C。 42 课程总结 43 44 本节课结束 下节课我们再见啦～ 45 $$