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1节 电势能和电势 第十章 2019人教版 必修一 新知引入 问题：一个带正电的试探电荷在匀强电场中某点由静止释放，若只受静电力作用，将如何运动? 动能如何变化？ E 在电场力作用下电荷加速运动，试探电荷的动能增加。 + F 思考：是什么能转化为试探电荷的动能呢? M E A B θ + q F 问题1：在匀强电场中，将正的检验电荷q从A沿直线移至B，求电场力的功 W = F·|AB| cos θ = qE·|AM| 一、静电力做功的特点 新知讲解 问题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 对AM: W1 = qE ·|AM| 对MB: W2 = 0 对全程: W = W1 + W2= qE·|AM| 问题3：将正的检验电荷q从A沿曲线移至B，求电场力的功 M ө E A B + q F E A B + q F + q F + q F + q F M x1 x2 x3 微元法 W = W1 + W2 + W3 +… = qE·|AM| W1 = qE·x1 W2 = qE·x2 W3 = qE ·x3 x1 + x2 + x3 +…=? 结论 1.静电力做功的特点：在匀强电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷经过的路径无关,只与电荷的起始位置和终止位置有关。 对于非匀强电场也适用 思考：做功的过程是一个能量转化的过程，那么电场力做功的过程是什么能转化为什么能呢？ 2.在匀强电场中静电力做功： WAB＝qE·LABcos θ （其中θ为静电力与位移间的夹角。） 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 重力做功的特点（A→B） 温故知新 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 新知讲解 二、电势能 1．定义： 电荷在电场中具有的势能叫电势能，用符号EP表示。 WAB=EpA-EpB E A B + q F O 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。 静电力做的功等于电势能的减少量 新知讲解 思考：怎样求电荷在电场中某位置时具有的电势能？ 3．电势能的大小： 电荷在某点的电势能，等于把它从该点移动到零势能位置时静电力所做的功。 E A B 若以A点作为零势能面， WAB=EPA-EPB 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WAB=EPA-0 即EPA=WAB 4．相对性： 电势能与重力势能一样，具有相对性。必须先规定零电势能点。 （通常把电荷在离场源电荷无限远处或在大地表面的电势能规定为0） 5．系统性： 电势能为电荷和对它作用的电场组成的系统共有。 我们说某个电荷的电势能，只是一种简略的说法。 6．标量性：电势能是标量，有正负，表大小 例如：EpA=3J 比0势能点多3J EpB=-3J 比0势能点低3J EpA ＞ EpB 有一个电场强度为E的匀强电场，规定电荷在O点的电势能为0（EPO=0），电荷q在A点的电势能为EPA。 E A O θ + q 电荷q由A点移动到O点的过程中静电力做的功 WAO=EPA-EPO=EPA ∴ EpA =qElcosθ 该比值与q无关，仅与电场及A点的位置有关，叫做电势 13 新知讲解 三、电势 1．定义： 电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值，叫做这一点的电势。 2．定义式： (计算时要代入正负号) 3．单位：伏特，符号为V 1 V = 1 J/C 4．物理意义：反映电场能的性质，由电场本身的性质决定的，与是否引入电荷，以及引入电荷的电性和电量无关。 5．标矢性：电势只有大小，没有方向，是标量(有正负)，正值 表示该点电势比零高，负值表示该点电势比零低。 6．电势具有相对性 类比 电势 高度 电势能 重力势能 确定电势，应先规定电场中某处的电势为零。(一般选取无穷远电势为0，实际应用中常取大地电势为0) 7．沿电场线 (场强)方向电势逐渐降低 规律总结 电势 电场强度E 物理意义 决定因素 矢/标量 反映电场能的性质 反映电场力的性质 由电场本身决定， 与检验电荷无关 由电场本身决定， 与检验电荷无关 标量 矢量 电场强度与电势的比较 电场决定了电荷受多大力，电势能决定了电荷具有的电势能 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。 (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。 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。 (3)电性判定法：同种电荷相距越近（电场力做负功），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。 3．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)做功判断法：静电力对正电荷做正功，则电势降低。 (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。 (4)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。 课 堂 小 结 $$