1. 电势能和电势-【金版教程】2025-2026学年高中物理必修第三册作业与测评课件PPT（人教版2019）

第十章　静电场中的能量 1.电势能和电势 目录 1 核心能力提升练 考点模型 考点对点练 2 考点模型 考点对点练 典型考点一　静电力做功、电势能和电势的理解 1．如图所示，在匀强电场中有A、B两点，将一电荷量为q的正电荷从A点移到B点，第一次沿直线AB移动该电荷，静电力做功为W1；第二次沿折线ACB移动该电荷，静电力做功为W2；第三次沿曲线ADB移动该电荷，静电力做功为W3。则(　　) A．W1>W2 B．W3<W2 C．W1＝W3 D．W1<W3 解析　在电场中移动电荷时，静电力做功与电荷始、末位置有关，与电荷经过的路径无关，则W1＝W2＝W3，故A、B、D错误，C正确。 考点模型 考点对点练 1 2 3 4 5 4 2．(多选)下列说法正确的是(　　) A．将电荷由电势低的地方移到电势高的地方，电势能一定增加 B．将正电荷由电势低的地方移到电势高的地方，电势能一定增加 C．将负电荷由电势高的地方移到电势低的地方，电势能一定增加 D．无论是正电荷还是负电荷，静电力做负功时电势能一定增加 考点模型 考点对点练 1 2 3 4 5 5 考点模型 考点对点练 1 2 3 4 5 6 考点模型 考点对点练 1 2 3 4 5 7 典型考点二　电势能、电势的计算 3．如果把电荷量为q＝1.0×10－8 C的点电荷从无穷远处移至电场中的A点，需要克服静电力做功1.2×10－4 J，取无穷远处电势为零，试求： (1)q在A点的电势能和A点的电势； (2)q移入电场前A点的电势是多少？ 答案　(1)1.2×10－4 J　1.2×104 V 　(2)1.2×104 V 考点模型 考点对点练 1 2 3 4 5 8 考点模型 考点对点练 1 2 3 4 5 9 典型考点三　电势能大小、电势高低的判断 4．(多选)雷雨云由一大团翻腾、波动的水、冰晶和空气组成。当云团里的冰晶在强烈气流中上下翻滚时，这些被强烈气流反复撕扯、撞击的冰晶和水滴充满了静电，其中重量较轻、带正电的堆积在云层上方，较重、带负电的聚集在云层底部。地面则受云层底部大量负电荷的感应带正电。当云层上下正负两种电荷的数量极大时，就会以闪电的形式把能量释放出来。带负电荷雨滴从雷雨云底部落到地面的过程，下列说法正确的是(　　) A．从雷雨云底部到地面电势逐渐降低 B．从雷雨云底部到地面电势逐渐升高 C．雨滴落向地面过程，电势能减少 D．雨滴落向地面过程，电势能增加 考点模型 考点对点练 1 2 3 4 5 10 解析　由于地面带正电荷，雷雨云底部带负电荷，由电场线起于正电荷终止于负电荷可知，地面与雷雨云底部之间的电场线方向向上，沿着电场线方向电势降低，因此从雷雨云底部到地面电势逐渐升高，A错误，B正确；雨滴带负电荷，因此其受到的静电力向下，雨滴落向地面的过程，静电力做正功，电势能减少，C正确，D错误。　 考点模型 考点对点练 1 2 3 4 5 11 5．如图所示，实线是匀强电场的电场线，带电粒子q1、q2分别从A、C两点以初速度v垂直射入电场，其运动轨迹分别是图中的ABC、CDA。已知q1带正电，不计粒子重力和阻力。则下列说法中正确的是(　　) A．q2也带正电 B．A点的电势低于C点的电势 C．静电力对q1做正功，对q2做负功 D．q1、q2的电势能均减小 考点模型 考点对点练 1 2 3 4 5 12 解析　做曲线运动的粒子所受合力指向轨迹凹侧，由题意可知两粒子只受静电力作用，所以q1受到的静电力方向向右，而q1带正电，可得电场线方向向右，q2受到的静电力方向向左，故q2带负电，A错误。沿电场线方向电势降低，而电场线方向向右，所以A点电势高于C点的电势，故B错误。由带电粒子的受力方向和运动方向可知，静电力对两个粒子均做正功，两粒子的电势能均减少，故C错误，D正确。 　 考点模型 考点对点练 1 2 3 4 5 13 核心能力提升练 1．(多选)关于静电场，下列说法正确的是(　　) A．电势能等于零的物体一定不带电 B．电场强度为零的点，电势不一定为零 C．同一电场线上的各点，电势一定相等 D．负电荷沿电场线方向移动时，电势能一定增加 1 2 3 4 5 核心能力提升练 解析　电势的零点是人为选取的，则电势能等于零的物体也可能带电，故A错误。电场强度和电势都是描述电场的物理量，二者无直接关系，但二者相互关联；电势是标量，与零电势点的选取有关，所以电场强度为零的地方电势不一定为零，电势为零的地方电场强度也不一定为零，故B正确。沿电场线的方向电势逐渐降低，故C错误。根据电势能公式Ep＝qφ知，负电荷在电势越低的地方电势能越大，在电势越高的地方电势能越小，沿电场线方向电势逐渐降低，所以负电荷沿电场线方向移动，电势能一定增加，故D正确。 1 2 3 4 5 核心能力提升练 2．(多选)如图所示，a、b为竖直向上的电场线上的两点，一带电质点在a点由静止释放，沿电场线方向向上运动，到b点速度恰好为零，下列说法中正确的是(　　) A．带电质点在a、b两点受到的静电力都是竖直向上的 B．a点的电势比b点的电势高 C．带电质点在a点的电势能比在b点的电势能小 D．a点的电场强度比b点的电场强度大 1 2 3 4 5 核心能力提升练 解析　质点在a点由静止释放，沿电场线方向向上运动，说明静电力的方向一定向上，则质点在b点所受静电力的方向也向上，A正确；质点在a点受到的静电力大于重力，到b点速度恰好为零，说明质点的运动必是先加速后减速，可知质点在b点受到的静电力小于重力，所以Fa＞Fb，由F＝qE可知Ea＞Eb，D正确；沿电场线方向电势一定降低，所以φa＞φb，B正确；质点由a到b，静电力做正功，所以电势能减小，C错误。 1 2 3 4 5 核心能力提升练 3．如图所示，点电荷P在xOy平面内仅在静电力作用下绕x轴上固定的点电荷M做逆时针方向的低速椭圆运动，C、D关于O点的中心对称点分别为E、F。下列说法正确的是(　　) A．A点的电势一定比B点的电势高 B．P从A运动到B的过程中电势能一直增大 C．P从A运动到B的过程中电场力先做正功后做负功 D．P从C运动到D的时间小于从E运动到F的时间 1 2 3 4 5 核心能力提升练 1 2 3 4 5 核心能力提升练 4．A和B两点在x轴上的坐标值为xA和xB，一电子仅在电场力作用下沿x轴运动，该电子的电势能Ep随其坐标x变化的关系如图乙所示，则下列说法中正确的是(　　) A．电子由A点运动到B点的过程中电场力对其所做的功W＝EpB－EpA B．A点的电势低于B点的电势 C．该电场不可能是孤立点电荷形成的电场 D．电子由A点运动到B点做加速运动 1 2 3 4 5 核心能力提升练 1 2 3 4 5 核心能力提升练 5．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三点的电势。 答案　－15 V　－5 V　3 V 1 2 3 4 5 核心能力提升练 1 2 3 4 5 核心能力提升练 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 R 解析　由公式φ＝eq \f(Ep,q)得Ep＝qφ，正电荷在电势越高的地方电势能越大，负电荷在电势越低的地方电势能越大。当把正电荷由电势高的地方移到电势低的地方时，电势能会减少，当把负电荷从电势高的地方移到电势低的地方时，电势能将增加，A错误，B、C正确；根据静电力做功与电势能变化的关系可知，当静电力做正功时，电势能减少，当静电力做负功时，电势能增加，D正确。 [名师点拨]　(1)本节中，可将静电力做功和电势能的变化类比为重力做功和重力势能的变化，将电势能和电势类比为重力势能和高度，更利于同学们的认知和理解。 (2)与重力势能相似，电势能具有系统性(电荷及对它作用的电场所共有)、相对性(与所选零势能位置有关)、标量性(正负表示大小)；与学习重力势能时对高度的理解相似，电势具有相对性(与所选零电势位置有关)、固有性(由电场本身决定，与该处是否放有电荷及所放电荷的电荷量无关)、标量性(正负表示大小)。 (3)用电势的定义式φ＝eq \f(Ep,q)计算电势或电势能和判断电势或电势能的变化时，公式中的三个物理量均带正负号。 解析　(1)设B点是无穷远处的点，无穷远处的电势为零，电荷在无穷远处的电势能也为零，即EpB＝0 电荷q在A点的电势能 EpA＝WAB＝1.2×10－4 J A点的电势 φA＝eq \f(EpA,q)＝eq \f(1.2×10－4,1.0×10－8) V＝1.2×104 V。 (2)A点的电势是由电场本身决定的，跟A点是否有电荷无关，所以在q移入电场前，A点电势仍为1.2×104 V。 解析　点电荷P绕点电荷M做椭圆运动，则点电荷M对点电荷P的电场力为吸引力，所以P从A运动到B的过程中电场力一直做正功，则点电荷P的电势能一直减小，由于点电荷P的电性未知，由φ＝eq \f(Ep,q)可知，A、B两点的电势高低无法判断，故A、B、C错误；由对称性知，点电荷P在CD上任一点的电势能比在EF上任一点的电势能小，由能量守恒定律得，点电荷P在CD上任一点的动能比在EF上任一点的动能大，即点电荷P在CD上任一点的速率比在EF上任一点的速率大，则点电荷P在CD上的平均速率比在EF上的平均速率大，而CD和EF的长度相等，由t＝eq \f(s,\o(v,\s\up6(－)))得，点电荷P从C运动到D的时间小于从E运动到F的时间，D正确。 解析　根据功能关系知，电子由A点运动到B点的过程中电场力对其所做的功W＝EpA－EpB，故A错误；由题图乙知EpA<EpB，根据φ＝eq \f(Ep,－e)可知，A点的电势高于B点的电势，故B错误；根据ΔEp＝－W＝－eEΔx，可知Ep­x图线的斜率为－eE，图线的斜率不变，则电场强度不变，该电场是匀强电场，所以该电场不可能是孤立点电荷形成的电场，故C正确；电子由A点运动到B点，电势能增加，电场力做负功，电子速度减小，做减速运动，故D错误。 解析　A点的电势φA＝eq \f(EpA,q)＝eq \f(WAB＋WBC,q) ＝eq \f(3.0×10－8＋1.5×10－8,－3.0×10－9) V＝－15 V B点的电势φB＝eq \f(EpB,q)＝eq \f(WBC,q)＝eq \f(1.5×10－8,－3.0×10－9) V＝－5 V D点的电势φD＝eq \f(EpD,q)＝eq \f(WDC,q)＝eq \f(－WCD,q) ＝eq \f(－9.0×10－9,－3.0×10－9) V＝3 V。 $$