10.1 电势能与电势(课件)-【教学无忧】2025-2026学年高二物理同步精品备课（人教版2019必修第三册）

10.1 电势能与电势 主讲人： 2025年x月x日 人教版（2019）高二年级物理必修3同步备课系列 1 静电力做功的特点 2 电势能 3 电势 目录 CONTENTS 新课导入 古代，人们用弩来加速箭，箭的速度能达到102m/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103m/s数量级;而现代，人们需要用高速的微观粒子轰击另一微观粒子来进行科学研究，其速度的数量级达到107m/s，那是怎样加速的呢? 新课导入 科学是可以解答的艺术。科学的前沿是介于可解与难解、已知与未知之间的全新疆域。致力于这个领域的科学家们竭尽全力将可解的边界朝难解方向推进，尽其所能揭示未知领域。 ---梅达瓦 新课导入 一个正电荷在匀强电场中只受到静电力F的作用，它在电场中由A点运动到B点时， 静电力做了正功WAB。由动能定理可知，该电荷的动能增加了WAB。根据能量守恒定律，动能增加就意味着有某种形式的能量在减少。 E A B F 是一种什么形式的能量在减少呢？ 静电力做功的特点 第一部分 01 问题与思考 问题1：求出以下两种路径电场力做的功： （1）将正的检验电荷q从A沿直线移至B，求电场力的功？ （2）将正的检验电荷q从A沿折线移至B，求电场力的功？ M E A B θ + q F W = F·|AB| cosθ = q E·|AM| 对AM: W1 = q E ·|AM| 对MB: W2 = 0 对全程: M E A B θ + + q F W = W1 + W2= q E·|AM| 01 问题与思考 问题2：将正的检验电荷q从A沿曲线移至B，求电场力的功？ W1 = q E ·x1 W2 = q E ·x2 W3 = q E ·x3 M ө E A B + q F + q F + q F + q F M x1 x2 x3 Q P F Δd 微元法 W = W1 + W2 + W3 +… = q E·|AM| … … … … x1 + x2 + x3 +…=? 02 规律总结 你能得出什么结论？ 总结：在匀强电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，但与电荷经过的路径无关。 (对于非匀强电场也适用) 这与什么力做功相似呢？ 重力做功 03 类比思考 WG＝mgh1－mgh2 定义重力势能Ep＝mgh 重力做的功等于重力势能的减少量 类比：重力做功 03 类比思考 重力势能 电势能 功与能量的转化的概念紧密相连 WAB=EpA-EpB 电势能 第二部分 01 电势能 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。 q Q 01 电势能 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。 多远算“无限远” 呢？ 我们说某个电荷的电势能，只是一种简略的说法。 q Q 02 电势能的大小 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。 总结： 03 典例探究 【典例1】 (2023·黑龙江省实验中学高二月考)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。现将一带电荷量为q的正点电荷由A点沿不同的路径移动到D点，沿路径①做功为W1，沿路径②做功为W2，沿路径③做功为W3，则 A.W2<W3<W1 B.W1＝W2＝W3 C.W2>W3>W1 D.W3>W2>W1 03 典例探究 【答案】B 【解析】因为静电力做功只与初、末位置有关，而与电荷运动路径无关，故沿三条路径将点电荷由A移动到D的过程中，静电力做功相等，即W1＝W2＝W3，故选B。 03 典例探究 【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？ 03 典例探究 【解析】（1）负电荷从A点移到C点，静电力做的功WAC＝WAB＋WBC＝－3×10－5 J＋1.2×10－5 J＝－1.8×10－5 J，即电势能增加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， 又EpA＝0，则EpC＝1.8×10－5 J。 04 寻找表示电势能性质的物理量 将质量m的物体提升h高度，重力势能增加mgh；将质量为2m的物体提升h高度，重力势能增加2mgh；将质量为3m的物体提升h高度，重力势能增加3mgh。将不同质量的物体从地面搬到楼顶，重力势能的变化不同，但是楼顶的“高度”是一定的。 将不同质量的物体从地面搬到楼顶，重力势能的变化不同，但是楼顶的“高度”是一定的。 04 寻找表示电势能性质的物理量 匀强电场中任取一点A，取一点B，并规定电荷在B点的电势能为0，引入检验电荷置于A，其电势能为EPA。则从A点移到B点时电场力做功为WAB=EPA。 E q F A B + q +1C EPA E0 +2C …… -1C -2C …… 2E0 …… -E0 -2E0 …… 该“常量”是否相当于电场中的“高度”？ 电势 第三部分 01 电势 1 V = 1 J/C 1. 定义: 2. 公式: 3. 单位: (计算时要代入正负号) ５.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,负电势表示该处的电势比零电势低) ４. 电势具有相对性 伏特(V) 电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量之比。 02 电势的高低 如何比较电势的高低？ A B E 电荷由A点运动的B点 电荷 正电荷 负电荷 电场力做功 电势能变化 电势变化 降低 降低 正功 负功 减少 增加 说明：沿电场线方向电势降低最快。 判断电势的高低 02 电势的高低 A B E 沿电场线方向， 电势越来越低。 正电荷在电势能大的地方电势高，负电荷相反。 静电力对正电荷做 正功，则电势降低。 离带正电的场源电荷 越近的点，电势越高。 03 典例探究 【典例3】(2023·内蒙古国星中学高二月考)如图，将q1＝2×10－6 C的试探电荷从A点移到B点，静电力做功5×10－5 J，从B点移到无穷远处，静电力做功8×10－5 J。以无穷远处的电势为零，求： (1)电荷q1在A、B两点的电势能； (2)A、B两点的电势； (3)q2＝－2×10－6 C的电荷在A、B两点的电势能。 03 典例探究 【答案】（1）1.3×10－4 J　8×10－5 J （2）65 V　40 V （3）－1.3×10－4 J　－8×10－5 J 【解析】（1）从B点移到无穷远处，静电力做功8×10－5 J，则W＝EpB－Ep∞＝EpB，所以在B点的电势能EpB＝8×10－5 J，将q1＝2×10－6 C的试探电荷从A点移到B点，静电力做功5×10－5 J，则W′＝EpA－EpB，所以EpA＝1.3×10－4 J。 （2）根据Ep＝φq， （3）q2＝－2×10－6 C的电荷在A、B两点的电势能EpA′＝q2φA＝－1.3×10－4 J，EpB′＝q2φB＝－8×10－5 J。 03 典例探究 【典例4】如图所示的电场中有A、B两点，下列判断正确的是 A.电势关系为φA>φB，电场强度大小关系为EA>EB B.电势关系为φA<φB，电场强度大小关系为EA<EB C.将电荷量为q的正电荷从A点移到B点，静电力做 负功，电势能增加 D.将电荷量为q的负电荷分别放在A、B两点，电荷 具有的电势能关系为EpA<EpB 03 典例探究 【答案】D 【解析】由题图可知，B处的电场线密集，A处的电场线稀疏，因此B点的电场强度大，A点的电场强度小，即EA<EB，沿着电场线的方向电势逐渐降低，由题图可知φB<φA，A、B错误； 方法一：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，同理若将电荷量为q的负电荷从A点移到B点，EpB>EpA，故C错误，D正确。 方法二：因φA>φB，若试探电荷为正电荷EpA－EpB＝φAq－φBq＝(φA－φB)q>0，故EpA>EpB；同理，若试探电荷为负电荷EpA<EpB，故C错误，D正确。 巩固提升 第四部分 01 小结 电势能 静电力做功 电势 电势能变化的量度 电势能的描述 电荷在电场中具有的势能，符号EP。 q Q 相对性、系统性 与电荷的起始位置和终止位置有关，与路径无关。 电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量之比。 A B E 31 02 课堂练习 1.下列说法正确的是 A.如图所示，电荷从电场中的A点运动到B点，路径不同， 静电力做功的大小不同 B.电荷从电场中的某点开始出发，运动一段时间后，又回到了该点，则静电力 做功为零 C.正电荷沿着电场线运动，静电力对正电荷做正功，负电荷逆着电场线运动， 静电力对负电荷做负功 D.电荷在电场中运动，静电力可能对电荷做功，能量守恒定律在电场中并不成立 32 02 课堂练习 【答案】B 【解析】静电力做功与电荷运动路径无关，与初、末位置有关，电荷从某点出发又回到了该点，静电力做功为零，A错误，B正确； 正电荷沿电场线方向运动，由于静电力的方向与运动方向相同，故静电力做正功，同理，负电荷逆着电场线方向运动，静电力方向与运动方向相同，静电力也做正功，C错误；电荷在电场中运动时虽然静电力对其做功，但是电荷的电势能和其他形式的能之间的转化仍满足能量守恒定律，D错误。 33 02 课堂练习 2.(2024·南京市高二期末)如图所示，直角△ABC的边AC与匀强电场的电场方向平行。将电荷q从A点移到B点，静电力做功为W1，从A点移到C点、从C点移到B点，静电力做功分别为W2、W3，则 A.W1<W2 B.W1>W2 C.W1＝W2＋W3 D.W1<W2＋W3 34 02 课堂练习 【答案】C 【解析】设匀强电场的电场强度为E，∠BAC＝θ，则将电荷q从A点移到B点，静电力做功为W1＝qE·ABcos θ＝qE·AC，将电荷q从A点移到C点，静电力做功为W2＝qE·AC，将电荷q从C点移到B点，静电力做功为W3＝0，则有W1＝W2，则W1＝W2＋W3，故选C。 35 02 课堂练习 3.(多选)如图所示，固定在Q点的正点电荷产生的电场中有M、N两点，已知 ＜ 。下列叙述正确的是 A.若把一正点电荷从M点沿直线移到N点，则静电力对该电荷做 正功，电势能减少 B.若把一正点电荷从M点沿直线移到N点，则该电荷克服静电力做功，电势能增加 C.若把一负点电荷从M点沿直线移到N点，则静电力对该电荷做正功，电势能减少 D.若把一负点电荷从M点沿直线移到N点，再从N点沿不同路径移回到M点，则该 电荷电势能不变 36 02 课堂练习 【答案】AD 【解析】在正点电荷形成的电场中，正电荷受到 的静电力沿电场线方向，从M点移到N点，静电 力做正功，电势能减少，A正确，B错误；在正 点电荷形成的电场中，负点电荷受到的静电力与电场线方向相反，负点电荷从M点移到N点，静电力做负功，电势能增加，C错误； 把一负点电荷从M点沿直线移到N点，再从N点沿不同路径移回到M点，静电力做的总功为零，电势能不变，D正确。 37 02 课堂练习 4.关于电势和电势能，下列说法正确的是 A.在电场中电势高的地方电荷具有的电势能大 B.在电场中放在某点的电荷的电荷量越大，它所具有的电势能也越大 C.在电场中的任意一点，正电荷具有的电势能一定大于负电荷具有的电 势能 D.取无限远处电势为零，在负点电荷所产生的电场中的任意一点，正电 荷具有的电势能一定小于负电荷具有的电势能 38 02 课堂练习 【答案】D 【解析】根据公式Ep＝φq可知，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，由于不知电荷的电性，因此无法判断它在电势高的地方电势能的大小，故A错误；若放在电场中某点的电荷为正电荷，当该点电势小于零时，电荷量越大，电荷具有的电势能越小，故B错误；电势能Ep＝qφ，正电荷在电势小于零处的电势能为负值，小于负电荷在该处的电势能，故C错误；取无限远处电势为零，沿着电场线方向电势降低，可知在负点电荷所产生的电场中的任意一点电势均为负，正电荷在任意一点具有的电势能均为负值，而负电荷在任意一点具有的电势能均为正值，正电荷具有的电势能小于负电荷具有的电势能，故D正确。 39 02 课堂练习 5.(多选)(2023·天津市北辰区高二期中)如图所示为点电荷Q产生的电场中的三条电场线，A、B是一条电场线上的两个点，EA、EB分别表示A、B两点的电场强度大小， 则下列说法正确的是 A.若Q为正电荷，则EA>EB，A点电势高于B点电势 B.若Q为正电荷，则EA<EB，A 点电势高于B点电势 C.若Q为负电荷，则EA>EB，A点电势低于B点电势 D.若Q为负电荷，则EA<EB，A点电势高于B点电势 40 02 课堂练习 【答案】AC 【解析】电场线越密，电场强度越大，可得EA>EB，根据电场线分布，可知点电荷Q在A点左侧，若Q为正电荷，过A、B点的电场线方向为A→B，根据沿电场线方向电势降低，可知A点电势高于B点电势，故A正确，B错误； 若Q为负电荷，过A、B点的电场线方向为B→A，根据沿电场线方向电势降低，可知A点电势低于B点电势，故C正确，D错误。 41 10.1 电势能与电势 感谢欣赏 可知φA＝＝65 V，φB＝＝40 V $$