第10章 第1节 电势能和电势-【名师导航】2024-2025学年高中物理必修第三册同步课件(人教版)

第十章　静电场中的能量 第1节　电势能和电势 2 学习 任务 1．知道静电力做功的特点。 2．理解电势能的变化与静电力做功的关系，知道零势能点的规定方法。 3．理解电势的概念，知道零势点的规定方法。 4．通过建立电势概念的过程，会判断电场中两点电势的高低。 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 3 关键能力·情境探究达成 01 知识点一　静电力做功的特点 知识点二　电势能 知识点三　电势 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 4 知识点一　静电力做功的特点 1．特点：静电力做的功与电荷的____位置和____位置____，与电荷经过的____无关。 2．在匀强电场中静电力做功：WAB＝_____________，其中θ为静电力与位移间的夹角。 提醒 静电力做功特点是从匀强电场中推导出来的，但对非匀强电场也是适用的。 起始 终止 有关 路径 qE·LABcos θ 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 (1)如图所示，试探电荷q在电场强度为E的匀强电 场中，沿直线从A点移动到B点，若q沿折线AMB 从A点移动到B点，静电力做的功是否一样？ (2)对比静电力做功和重力做功的特点，它们有什么相同之处？重力做功引起重力势能的变化，静电力做功引起什么能的变化？ 提示：(1)一样。(2)做功的多少与路径无关，与起始和终止位置有关。静电力做功引起电势能变化。 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 静电力做功正负的判断 (1)根据静电力和位移方向的夹角判断(此法常用于匀强电场中静电力恒定时静电力做功情况的判断)，静电力和位移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。 (2)根据静电力和瞬时速度方向的夹角判断，(此法常用于判断曲线运动中变化静电力的做功情况)，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；静电力和瞬时速度方向垂直时，静电力不做功。 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 (3)根据电势能的变化情况判断，由静电力做功与电势能变化的关系可知，若电势能增加，则静电力做负功；若电势能减少，则静电力做正功。 (4)若物体只受静电力作用，可根据动能的变化情况判断，根据动能定理，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。 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 【典例1】　如图所示是以电荷＋Q为圆心的一组同心圆(虚线)，电场中有A、B、C、D四点。现将一带正电的点电荷由A点沿不同的路径移动到D点。沿路径①静电力做功为W1，沿路径②静电力做功为W2，沿路径③静电力做功为W3，则(　　) A．W2＜W3＜W1 B．W1＝W2＝W3 C．W2＞W3＞W1 D．因不知道＋Q的具体数值，故无法进行判断 √ 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 B　[因为静电力做功只与初、末位置有关，而与电荷运动的路径无关，故沿三条路径将点电荷由A点移动到D点的过程中，静电力做功相等，选项B正确。] 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 [跟进训练] 1．如图所示，在一大小为E的水平匀强电场中，A、B两点的直线距离为l，垂直电场方向的距离为d。一电荷量为q的带正电粒子从A点沿图中虚线移动到B点。下列说法正确的是(　　) A．该过程中静电力做的功为0 B．该过程中静电力做的功为Eql C．该过程中静电力做的功为Eqd D．该过程中静电力做的功为Eq √ 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 D　[静电力做功与路径无关，与初、末位置有关，根据W＝Fs cos θ求解静电力做功。一电荷量为q的带正电粒子从A点沿图中虚线移动到B点，静电力做功W＝qEl cos θ＝qE，D正确，A、B、C错误。] 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 知识点二　电势能 1．概念：电荷在电场中具有的势能，用____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______，WAB＝________。 Ep 减少量 EpA－EpB 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 3．电势能的大小：电荷在某点的电势能，等于把它从这点移到__________时静电力所做的功。 4．零势能点：电场中规定的电势能____的位置，通常把电荷在离场源电荷________或________的电势能规定为零。 提醒 静电力做的功只能决定电势能的变化量，而不能决定电荷在电场中某点电势能的数值。只有先把电场中某点的电势能规定为0，才能确定电荷在电场中其他点的电势能。 零势能位置 为零 无限远处 大地表面 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 (1)物体从高处向低处运动，重力做什么功？物体的重力势能如何变化？重力做功和物体的重力势能变化有什么关系？ (2)①正电荷顺着电场线移动，静电力做什么功？电荷的电势能如何变化？②负电荷顺着电场线移动，静电力做什么功？电荷的电势能如何变化？③电势能的变化与静电力做功有什么关系？ 提示：(1)重力做正功，重力势能减少。重力做的功等于重力势能的变化。(2)①正功，电势能减少。②负功，电势能增加。③静电力做的功等于电势能的变化。 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 1．对电势能的理解 性质 理解 系统性 电势能是由电场和电荷共同决定的，是属于电荷和电场所共有的，我们习惯上说成电荷的电势能 相对性 电势能是相对的，其大小与选定的电势能为零的参考点有关。确定电荷的电势能，首先应确定参考点 标矢性 电势能是标量，有正负但没有方向 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 2．判断电势能大小的方法 (1)做功判定法：无论是哪种电荷，只要是静电力做了正功，电荷的电势能一定是减少的；只要是静电力做了负功(克服静电力做功)，电荷的电势能一定是增加的。 (2)电场线判定法：正电荷顺着电场线的方向移动，电势能一定减少，逆着电场线的方向移动，电势能一定增加；负电荷顺着电场线的方向移动，电势能一定增加，逆着电场线的方向移动，电势能一定减少。 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 (3)电性判定法：同种电荷相距越近，电势能越大，相距越远，电势能越小；异种电荷相距越近，电势能越小，相距越远，电势能越大。 (4)电势判断法：Ep＝qφ，正电荷在电势高的地方电势能大，负电荷在电势高的地方电势能小。 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 【典例2】　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移到C，静电力做了1.2×10-5 J的功，则： (1)该电荷从A移到B，再从B移到C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？ 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 [思路点拨]　(1)电势能的变化量可根据Ep＝－W电或Ep＝EpB－EpA计算。 (2)电荷在某点的电势能等于把该电荷从该点移至零电势能点时静电力做的功。 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 [解析]　(1)从A移到C，静电力做的功WAC＝－3×10-5 J＋1.2×10-5 J＝－1.8×10-5 J，电势能增加1.8×10-5 J。 (2)WAB＝EpA－EpB＝－3×10-5 J，又EpA＝0，则EpB＝3×10-5 J WAC＝EpA－EpC＝－1.8×10-5 J，则EpC＝1.8×10-5 J。 [答案]　(1)增加1.8×10-5 J　(2)3×10-5 J　1.8×10-5 J 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 [母题变式] 上例中，若规定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？ [解析]　WAB＝EpA－EpB＝－3×10-5 J，又EpB＝0，则EpA＝－3×10-5 J WBC＝EpB－EpC＝1.2×10-5 J，则EpC＝－1.2×10-5 J。 [答案]　－3×10-5 J　－1.2×10-5 J 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 规律方法　计算电荷在电场中的电势能 (1)先选定零势能点。 (2)求出电荷从某点移到零势能点，静电力做的功W。 (3)根据WAB＝EpA－EpB知Ep＝W。 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 [跟进训练] 2．如图所示是某种静电矿料分选器的原理示意图，带电矿粉经漏斗落入水平匀强电场后，分落在收集板中央的两侧，对矿粉分离的过程，下列表述正确的有(　　) A．矿粉机械能守恒 B．静电力对矿粉做正功 C．带负电的矿粉电势能增大 D．带正电的矿粉电势能增大 √ 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 B　[由题图可知，匀强电场电场强度方向水平向左，所以带正电的矿粉受到向左的静电力落在左侧，静电力对带正电的矿粉做正功，带正电的矿粉电势能减小，矿粉机械能增大；带负电的矿粉受到向右的静电力落在右侧，静电力对带负电的矿粉做正功，带负电的矿粉电势能减小，矿粉机械能增大。故选B。] 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 知识点三　电势 1．定义：电荷在电场中某一点的______与它的______之比。 2．定义式：φ＝______。 3．单位：国际单位制中，电势的单位是____，符号是__，1 V＝______。 电势能 电荷量 伏特 V 1 J/C 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 4．特点 (1)相对性：电场中各点电势的大小，与所选取的零电势的位置有关，一般情况下取离场源电荷______或____为零电势位置。 (2)标矢性：电势是____，只有大小，没有方向，但有____。 5．与电场线关系：沿电场线方向电势________。 无限远 大地 标量 正负 逐渐降低 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 在如图所示的匀强电场中，电场强度为E，取 O点为零势能点，A点距O点的距离为l，AO连线与 电场强度负方向的夹角为θ。 (1)电荷量分别为q和2q的正试探电荷在A点的电势能分别为多少？ (2)不同电荷在同一点的电势能与电荷量的比值是否相同？ (3)不同电荷在同一点的电势能与电荷量的比值与试探电荷的电荷量是否有关系？ 提示：(1)Eql cos θ、2Eql cos θ。(2)比值相同，都为El cos θ。(3)与试探电荷的电荷量无关。 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 1．电势的性质 (1)相对性：电势是相对的，电场中某点的电势高低与电势零点的选取有关。通常将离场源电荷无穷远处，或地球表面选为电势零点。 (2)固有性：电场中某点的电势大小是由电场本身的性质决定的，与在该点是否放有电荷及所放电荷的电荷量和电势能均无关。 (3)标量性：电势是只有大小、没有方向的物理量，在规定了电势零点后，电场中各点的电势可能是正值，也可能是负值。正值表示该点的电势高于零电势；负值表示该点的电势低于零电势。显然，电势的正负只表示大小，不表示方向。 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 2．电势高低的判断方法 (1)电场线判断法：沿电场线方向，电势越来越低。 (2)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。 (3)电势能判断法：由公式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。 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 3．电势与电势能   电势φ 电势能Ep 物理意义 反映电场能的性质的物理量 电荷在电场中某点所具有的电势能 相关因素 电场中某一点的电势φ的大小，只跟电场本身有关，跟试探电荷q无关 电势能大小是由点电荷q和该点电势φ共同决定的 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测   电势φ 电势能Ep 大小 电势沿电场线方向逐渐下降，选定零电势点后，某点的电势高于0，为正值；某点的电势低于0，为负值 正电荷(＋q)电势能的正负跟电势的正负相同 负电荷(－q)电势能的正负跟电势的正负相反 单位 伏特(V) 焦耳(J) 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 【典例3】　如图所示为某电场的电场线，现将一电荷量q＝－3.0×10-9 C的负电荷从A点移到B点、从B点移到C点、从C点移到D点，静电力做功分别为WAB＝3.0×10-8 J、WBC＝1.5×10-8 J、WCD＝9.0×10-9 J。若取C点电势为零，试求A、B、D三点电势。 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 [解析]　A点的电势φA＝ V＝－15 V B点的电势φB＝ V＝－5 V D点的电势φD＝ V＝3 V。 [答案]　－15 V　－5 V　3 V 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 规律方法　计算电势的方法 (1)先选定零电势点。 (2)再算出电荷在某点的电势能。 (3)由φ＝求电势，注意将各物理量的正负直接代入计算，这样更直接、方便。 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 [跟进训练] 3．有一电场的电场线如图所示。电场中a、b两点的电场强度的大小和电势分别用Ea、Eb和φa、φb表示，则(　　) A．Ea＞Eb，φa＞φb　　 B．Ea＞Eb，φa＜φb C．Ea＜Eb，φa＞φb D．Ea＜Eb，φa＜φb A　[电场线越密，电场强度越大，所以Ea>Eb；由题图所示电场线分布特点，结合沿电场线方向电势降低，可知a点的电势高于b点的电势，即φa>φb，A正确。] √ 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 学习效果·随堂评估自测 02 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 37 1 2 3 4 1．下列关于静电场中电场强度与电势能、电势的关系说法正确的是(　　) A．电荷在电势高处电势能也一定大 B．电场强度越大的地方电势一定越高 C．电场强度为零的地方电势必为零 D．电势为零的地方电场强度可以不为零 √ 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 38 1 2 3 4 D　[正电荷在电势高处电势能一定大，而负电荷在电势高处电势能一定小，故A错误；电场强度越大的地方电势不一定越高，两者没有直接关系，故B错误；电场强度为零的地方电势不一定为零，零电势点是人为选取的，故C错误；零电势点是人为选取的，故电势为零的地方电场强度可以不为零，故D正确。] 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 39 1 2 3 4 2．(多选)如图所示，静电喷涂时，喷枪喷出的涂料微粒带负电。被喷工件带正电，微粒在静电力作用下向工件运动，最后吸附在工件表面。微粒在向工件靠近的过程中，假设只受静电力作用，则涂料微粒(　　) A．静电力做正功　　　　 B．电势能逐渐减小 C．克服静电力做功 D．动能逐渐减小 √ √ 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 40 1 2 3 4 AB　[工件带正电，涂料微粒带负电，根据异种电荷相互吸引，所以涂料微粒受到吸引力，方向指向左侧，与运动方向成锐角，所以静电力做正功，电势能逐渐减小，动能逐渐增大。故A、B正确，C、D错误。] 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 41 1 2 3 4 3．(多选)如图所示，某区域电场线左右对称分布，M、N为对称线上的两点。下列说法正确的是(　　) A．M点电势一定高于N点电势 B．M点电场强度一定大于N点电场强度 C．正电荷在M点的电势能大于在N点的电势能 D．将电子从M点移动到N点，静电力做正功 √ √ 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 42 1 2 3 4 AC　[沿电场线方向，电势降低，所以M点电势一定高于N点电势，A正确；电场线的疏密程度表示电场的强弱，由题图可知，M点电场强度一定小于N点电场强度，B错误；正电荷q在M点的电势能EpM＝qφM，在N点的电势能EpN＝qφN，由于φM>φN，所以EpM>EpN，C正确；电子在电场中受静电力的方向沿NM指向M，故从M移动到N，静电力做负功，D错误。] 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 43 1 2 3 4 4．如图所示，在电场强度大小E＝1×104 N/C的水平匀强电场中，有一根长l＝15 cm的绝缘细线，一端固定在O点，另一端系一个质量m＝3 g、电荷量q＝2×10-6 C的带正电小球，当细线处于水平位置时，小球从静止开始释放，g取10 m/s2。问： 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 44 1 2 3 4 (1)小球从开始释放到到达最低点B的重力势能、电势能分别变化了多少？ [解析]　小球从开始释放到到达最低点B的过程中，重力做正功，重力势能的变化量为 ΔEp1＝－mgl＝－4.5×10-3 J，重力势能减少了4.5×10-3 J 静电力做负功，电势能的变化量为 ΔEp2＝qEl＝3×10-3 J，电势能增加了3×10-3 J。 [答案]　减少了4.5×10-3 J　增加了3×10-3 J　 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 45 1 2 3 4 (2)若取A点电势为零，则小球在B点的电势能、B点的电势分别为多少？ [解析]　若取A点电势为零，则小球在B点的电势能为 EpB＝Ep2＝3×10-3 J B点的电势为φB＝＝1.5×103 V。 [答案]　3×10-3 J　1.5×103 V 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 46 回归本节知识，自我完成以下问题： 1．静电力做功有什么特点？ 提示：在任何静电场中，静电力移动电荷所做的功，只与电荷的起始位置和终止位置有关，而与电荷经过的路径无关。 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 2．如何比较电荷在电场中A、B两点电势能的高低？ 提示：将电荷由A点移到B点，根据静电力做功的情况判断，静电力做正功，电势能减少，电荷在A点的电势能大于在B点的电势能；反之，静电力做负功，电势能增加，电荷在A点的电势能小于在B点的电势能。 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 3．如何判断电势的高低呢？ 提示：(1)可根据静电力做功的正负判断电势能的变化，进而判定电势的高低。 (2)可根据电场线的方向判断电势高低。 第1节　电势能和电势 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 $$