10.1 电势能和电势 课件-2025-2026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1节 电势能和电势 ——身正心定 闳中博学—— 人教版（2019） 物理（必修第三册） 张二朝 学习目标 1.通过计算在匀强电场中移动电荷静电力所做的功，认识静电力做功与路径无关的特点。 2.了解电荷在电场中的电势能，知道静电力做功与电势能变化的关系。 3.知道电势的定义方法及其公式、单位，会判断电场中两点电势的高低。 课堂引入 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? 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 课堂引入 课堂引入 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？ 一、静电力做功的特点 。 重力做功跟路径无关 质量为m的物体在地面某位置的重力mg是一定的，与运动状态无关。 带电量为q的正电荷在匀强电场中某位置的静电力qE也是一定的，与运动状态也无关。 思考：静电力做功是否也具有这一特点呢？ 思考与讨论 B M A F ө q W甲= F·|AB|cosθ=qE·|AM| 以匀强电场为例，把正电荷沿不同路径从A点移到B电场力做功？ + 甲 乙 丙 沿甲路径电场力做功: 沿乙路径电场力做功: 沿丙路径电场力做功: W乙= qE·|AM| W丙= qE·|AM| 沿任意路径电场力做功: W任意=qE·|AM| 思考与讨论 1.静电力做功特点：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。 注意：对于非匀强电场也适用 重力 重力做功与路径无关 重力做的功等于重力势能的减少量 电场力 电场力做功与路径无关 电场力做的功等于？的减少量 电势能 功和能量变化 一、静电力做功的特点 二、电势能 WAB为正值，EpA >EpB，EP↘，减少量=W静 WAB为负值，EP↗， △EP = -W静 WAB = EpA - EpB = - △EP 可见，静电力做的功等于电势能的减少量。 1.电势能： 2.静电力做功与电势能的关系 电势能减少 电势能增加 静电力做正功 静电力做负功 正电荷 负电荷 思考：以顺着电场线移动为例，静电力做什么功？电荷电势能怎样变化？ 电荷在电场中具有的由相对位置决定的能。 二、电势能 3.电势能的相对性 思考：若选择电荷在B点的电势能为0，则该电荷在A点的电势能是多少？ EpA ＝WAB 结论：电荷在电场中某一点具有的电势能,等于把电荷从电场中这一点移动 到零势能位置,静电力所做的功。 WAB ＝ EpA － EpB 由功能关系计算电势能： 4.系统性：电荷在电场中的电势能，为电荷与电场系统共有。 电势能零点规定：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。 1.电荷量为q=﹣3×10-6C的点电荷,从电场中的A移到B，WAB =﹣6×10-4 J， 从B 移到C，WBC = 9×10-4 J，求： ⑴若以B为零势能点，电荷在A点时的电势能？ ⑵若以C为零势能点，电荷在A点时的电势能？ (1)EpA = WAB =﹣6×10-4 J (2)EpA ′= WAC = WAB+WBC = 3×10-4 J 例题 总结 在电场强度为E 的匀强电场中，有A、O两点，距离为l。若规定电荷在O点的电势能为0，则 ⑵电荷﹢nq在A的电势能EpA = ________ 电势能与电荷量的比值 ________ ①电荷在电场中某点的电势能与试探电荷有关； ②电荷的电势能与电荷量的比值与电荷无关； ③ 由电场某点的位置决定。 ⑴电荷﹢q在A的电势能 EpA = ________ 电势能与电荷量的比值 ________ qE lcosθ E lcosθ nqE lcosθ E lcosθ 思考与讨论 思考：该选用什么物理量来描述电场中能的性质？用电势能可以吗？ 在电场中的同一点，试探电荷的电势能与电荷量之比一定，这说明什么？ 1.定义： 单位：伏特 符号：V (1V = 1J/C) 3.标量性 2.公式： 电荷在电场中某点的电势能与它的电荷量的比值，叫作这一点的电势。  = (Ep、q严格带正负号计算) 三、电势 把q1=4×10-9 C的试探电荷放在电场中的A点，q1具有电势能6×10-8 J； 求：⑴A点的电势。 ⑵若把电荷q2=-2×10-10C的试探电荷放在电场中的A点，q2具有电势能多少焦耳？ 一般取离场源电荷无穷远处的电势为0，实际应用中常取大地的电势为0。 4.电势具有相对性 电势零点规定： A = 15 V EpB =-3×10-9 J 例题 1.假如正试探电荷沿着电场线从A点移到B点,电荷的电势能如何变化?A、B两点电势有什么关系? 电场力做正功、电势能减少　φA>φB 2.假如负试探电荷从A点移到B点,电势能如何变化?A、B两点电势有什么关系? 电场力做负功、电势能增加　φA>φB 思考与讨论 电荷由A点运动的B点 正电荷 负电荷 静电力做功 电势能变化 电势变化 减少 减少 5.电势与电场线的关系 A B E 正功 减少 负功 增大 沿电场线方向，电势越来越低(降低最快) 电势高低的判断方法 1.电场线法:沿着电场线方向电势逐渐降低。 2.场源电荷法: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.公式法:由φ=知,对于同一正电荷,电势能越大,所在位置的电势越高;对于同一负电荷,电势能越小,所在位置的电势越高。 电场强度大的地方电势是否一定高？反之如何？ E大处φ不一定高；φ高处E不一定大 A B A B A B 思考与讨论 电场强度为零的点电势一定为零吗？反之又如何呢？ .O 对O点：E=0，φ ≠0 .O 对O点：φ =0，E ≠0 E为零处φ不一定为零，φ为零处E不一定为零 结论：电势高低与电场强度大小无关 思考与讨论 如图 ， A、B 为一对等量同种电荷连线上的两点（其中B为中点），C 为连线中垂线上的一点。今将一个电荷量为 q 的负点电荷自A沿直线移到B再沿直线移到C，请分析在此过程中该电荷的电势能的变化情况。 思考与讨论 练一练 1．在匀强电场中有A、B两点，将一电荷量为q的正电荷沿不同的三条路径AB、ACB和ADB到达B点，电场力做功分别为W1、W2、W3。则（　　） A．W1＞W2＞W3 B．W1＜W2＜W3 C．W1＝W2＝W3 D．W1＝W2＞W3 C 练一练 2．图为某一电场的电场线和等势面，电荷在A、B两点，下列说法错误的是（　　） A．正电荷在A点的电势能比在B点的小 B．负电荷从A点运动到B点，电势能增加 C．A点的电场强度更大 D．B点的电势更高 B 练一练 3．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 C 练一练 4．如图所示，真空中等量异种点电荷放置在 M、N两点，在 MN的连线上有对称点 a、c，MN连线的中垂线上有对称点 b、d，则下列说法正确的是（　　） A．a点场强与c点场强等值反向 B．a点电势一定小于c点电势 C．负电荷在c点电势能一定大于在a点电势能 D．正电荷从d点移到 b点电场力不做功 D 练一练 5．一个负电荷仅在静电力作用下沿直线运动，其运动的图像如图所示。、时刻粒子分别经过A、B两点，A、B两点的场强大小分别为、，电势分别为、，则可以准确判断出（　　） A． B． C． D． B 课堂小结 与电荷的起始位置和终止位置有关，与路径无关。 静电力做功 电荷在电场中具有的势能，符号EP。 电势 能 q Q 相对性、系统性 电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量之比。 电势 A B E 沿电场线方向，电势越来越低。 相对性 谢谢聆听 $$