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

第十章 静电场中的能量 第一节 电势能和电势 静电力做功的特点 PART 01 静电力做功的特点 01 电势能 02 电势 03 有质量的物体周围 带电的物体周围 磁体的周围 ——引力场 （重力场） ——电场 ——磁场 对处于场中的物体 引力 （重力） 对处于场中的带电体 对处于场中的磁体 电场力 （静电力） 磁力 回顾与对比： 思考与讨论 一个质量为m的物体在地面某位置所受的 重力是 ____ 的，不管它怎样运动，其所受 重力的大小都等于 ____ ， 方向__________,与________方向相同（图甲)； E 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____的，不管它怎样运动，其所受静电力的大小都等于______， 方向跟___________________相同（图乙） 电场与重力场——某物体与带电体受力的比较 一定 Eq 电场强度E的方向 mg 重力场 一定 竖直向下 地 球 - - - - - 负电荷的电场与地球附近的重力场相似 如图所示，在电场强度为E的匀强电场中，将试探电荷q沿几条不同的路径从A点移到B点，求静电力对电荷做的功。 电荷沿直线运动 电荷沿折线运动 电荷沿任意曲线运动 + +q A B + +q + +q F=Eq LAB M 1.静电力做的功与电荷移动的路径无关，与电荷的初、末位置有关。 2.此结论不仅适用于匀强电场，也适用于非匀强电场。 电场力做功的特点： 例1.如图10.1-5，在电场强度为60 N/C的匀强电场中A、B、C三个点，AB为5 cm，BC为12 cm，其中AB沿电场方向，BC和电场方向的夹角为60°。将电荷量为4×10-8 C的正电荷从A点移到B点，再从B点移到C点，静电力做了多少功？若将该电荷沿直线由A点移到C点，静电力做的功又是多少？(书P29 题1） 解： 把q=4×10-8 C的正电荷从A点移到B点 静电力做的功 =1.2×10﹣7J 从B点移到C点 静电力做的功 =1.44×10﹣7J 电场与重力场—— 功的比较 在重力场中：重力做功具有跟路径无关的特点 h A B （1） (2) m （3） 那在电场中：静电力做功是否也具有这一特点？ + +q A B 思考与讨论 + +q + +q 故把正电荷从A点移到B点再从B点移到C点 静电力做的总功 =1.2×10﹣7+1.44×10﹣7 =2.64×10﹣7J 若将该电荷沿直线由A点移到C点 D LAB ??? =2.64×10﹣7J 电势能 PART 02 重力做功与重力势能的关系： 1.重物在重力场中具有重力势能。 2.重力做功与重力势能的关系： 质量为m的物体，从A点下落到B点的过程中， hA hB 重力做功为： 温故知新 重力势能的减少量 重力势能的增量 由能量守恒知：重力做的正功时使重力势能减少，动能增加了 功和能量的变化密切相关。重力做功对应着重力势能的变化，那么，静电力做功又对应着哪种形式的能量变化呢？ 类比推理 2 .电场力做功和电势能的关系 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。 （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 1).类比重力做功与重力势能变化的关系有 2)分析知： 3.电势能是相对的，具体数值与零势能面的选取有关； 4.电势能是电荷及对它产生作用的电场组成的系统所共有的。 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。 多远算“无限远” 呢？ q Q 我们说某个电荷的电势能，只是一种简略的说法。 在静电问题中，如果离场源电荷已经很远，以至于试探电荷已经不能探测到电场了，这点就可以算是“无限远”。 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，因EPA=0 ，则 0- EPB= WAB EPB= -WAB= WBA 如图，若A→B电场力所做功为WAB 若以B点作为零势能面，EPB=O 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： 则有 WAB= EPA-EPB 电场力做正功，电势能减少 ①若正电荷顺着电场线方向移动 ②若负电荷顺着电场线方向移动 电场力做负功，电势能增加 E A B v0 尽管重力做功与电场力做功很相似，但还是存在很大差异 存在两种电荷！ 7.比较电势能大小的方法 方法1： 1.设带电粒子从？到？ 2.判断电场力做什么功？ 3.由 WAB = Ep初 - Ep末 判断 EP 的大小关系 方法2： 例2、在场强E=103 N/C的匀强电场中有A、B两点,将一电荷量为1.6×10-19C的正电荷分别放到相距1m的A、B两点，问 （1）电荷在那个点的电势能更大？ （2）电荷在A点具有多少电势能？ （2）如果取B点为零势能点： E A B + 解： 判断电荷在电场中不同位置的电势能大小： 方法1： 1.设带电粒子从？到？ 2.判断电场力做什么功？ 3.由 WAB = Ep初 - Ep末 判断 EP 的大小关系 （1）正电荷从___到_____,电场力做______ 由 WAB = Ep初 - Ep末 知： 即：EPA= WAB 电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移动到零势能位置时静电力所做的功。 电 势 PART 03 物体质量不同，搬到楼顶时重力势能不同，但是楼顶的“高度”是一定的。 寻找表示电势能性质的物理量 以地面为零势能面,将不同质量的物体从地面搬到楼顶 质量 m 2m 3m EP mgh 2mgh 3mgh EP/mg h h h 将电荷+q从A点移到O点。若取O点的电势能为零，则A点的电势能为多少？ 若电荷的电量变为+2q、+3q ,－q…则A点的电势能为多少? A O E F L 由 WAB= EPA-EPB 有 EPA-0=WAB 即EPA=WAB 若以0点作为零势能面，EP0=O 电荷量 q 2q 3q - q A点的EP EqLcosθ 2EqLcosθ 3EqLcosθ -EqLcosθ EP/q ELcosθ ELcosθ ELcosθ ELcosθ EPA与q的比值有什么特点？ = K 1 V = 1 J/C 1. 定义: 2. 公式: 3. 单位: 伏特(V) 电荷在电场中某一点的电势能与电荷量之比,称为该点的电势。用符号“ ”表示 计算时要代入正负号 知 q, 简洁求EP ４. 电势的特点 1）.电势是标量 确定某点的电势，应先规定电场中某处电势为零，通常取大地或无穷远处的电势为零。 (有正负） 2).电势是状态量 例： 3).电势是相对物理量 例3.(物理观念命题)如果把 q1＝1.0×10－8 C的正电荷从A点处移到电场中的无限远，静电力做1.2×10－4 J的功，那么： (1)q1在A点的电势能和A点的电势各是多少？ (2)若把q2为－2×10-10C的试探电荷放在电场中的A点，q2所具有的电势能是多少？ 注意:电势能与电势的确定首先要确定零电势处，且电势能与电势 可以为正，也可为负。 解： 由题知 q1＝+1.0×10－8 C WA∞= 1.2×10－4 J 由 重力势能的减少量 ( EP∞= 0 ) 知 WA∞= 1.2×10－4 J (1) q2=－2×10-10C (2)当位置与选取的零势能面不变时， 是不变的 当q2放在A处时 = -2.4×10-6J 5.电势高低的判断方法 (2)电场线判断法：沿电场线方向，电势越来越低。 (3)场源电荷判断法：离场源正电荷越近的点，电势越高； 离场源负电荷越近的点，电势越低。 (1)电势能判断法：由φ＝ 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。 A．电势φA >φB，电场强度EA>EB B．电势φA >φB，电场强度EA<EB C．将电荷量为q的正电荷从A点移到B点，静电力做正功，电势能减少 D．将电荷量为q的负电荷从A点移到B点，电荷具有的电势能 EpA > EpB 例4　(多选)在如图所示的电场中有A、B两点，下列判断正确的有( ) B C 典例5　(2023·云南昆明月考)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，克服静电力做了3×10－5 J的功，再从B点移到C点，静电力做了1.2×10－5 J的功，则：(l,p31例4） (1)该电荷从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？ 重力势能的减少量 重力势能的增量 解 (1)把q从A移动到B，在从B移动到C 所以该电荷的电势能增加了1.8×10－5 J 由题知 WAC＝WAB＋WBC＝－3×10－5 J＋1.2×10－5 J＝－1.8×10－5 J。 由 1.8×10－5 J (2)如果规定该电荷在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？B点和C点的电势分别为多少？ (2) 如果规定该电荷在A点的电势能为零， EpB＝EpA－WAB＝0－WAB＝0 -（-3×10－5 ）= +3×10－5J 同理，由公式WAC＝EpA－EpC该电荷在C点的电势能为 EpC＝EpA－WAC＝0－WAC＝0 -（-1.8×10－5 ）=1.8×10－5 J 由公式WAB＝EpA－EpB得该电荷在B点的电势能为 (3)如果规定该电荷在B点的电势能为零，则该电荷在A点和C点的电势能分别为多少？A点和C点的电势分别为多少？ 7.电场强度与电势的区别和联系 物理意义 定义式 标矢量 +q -q 联系 电场强度 描述电场力的性质 E=F/q 矢量 正负代表方向 力与场强同向 力与场强反向 φ与E大小无直接关系，沿电场线方向电势降低 电势 描述电场能的性质 φ=EP/q 标量 正负代表大小 φ越大，EP越大 φ越大，EP越小 ★沿电场线(场强)方向电势越来越低。即电场线指向电势降低的方向。 A B E 正电荷 负电荷 电场力做功 电势能变化 电势变化 正功 负功 如何比较电势的高低 减少 减少 减少 增加 设：电荷由A点运动到B点 WAB= EPA- E PB (3) 如果规定该电荷在B点的电势能为零 EpA′＝EpB′＋WAB＝0＋WAB＝－3×10－5 J 由公式WBC＝E'pB－E'pC 该电荷在C点的电势能为 由公式WAB＝E'pA－E'pB 则该电荷在A点的电势能为 EpC′＝EpB′－WBC＝0－WBC＝－1.2×10－5 J A点和C点的电势分别为 $$