10.1电势能和电势 课件-2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

湘西州民族中学 杨杰 第十章 静电场中的能量 1 电势能和电势 物理必修第二册 2025年9月12日4时17分 单击此处编辑母版标题样式 诚 朴 勤 勇 诚 朴 勤 勇 匀强电场 M E A B θ + q F W = F·|AB| cosθ = qE·|AM| 一、静电力做功特点 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移动到B，静电力做的功为多少？ 诚 朴 勤 勇 2.若q沿折线AMB从A点移动到B点，静电力做的功为多少？ 对AM: W1 = q E ·|AM| 对MB: W2 = 0 对全程: W = W1 + W2= q E·|AM| 匀强电场 M E A B θ + + q F 一、静电力做功特点 诚 朴 勤 勇 W = W1 + W2 + W3 +… = q E·|AM| W1 = q E ·x1 W2 = q E ·x2 W3 = q E ·x3 … … … … x1 + x2 + x3 +…=? 3.若q沿任意曲线从A点移动到B点，静电力做的功为多少？ 一、静电力做功特点 M ө E A B + q F E A B + q F + q F + q F + q F M X1 x2 诚 朴 勤 勇 W= q E·|AM| 结论：静电力做的功与电荷经过的路径无关,仅与电荷的起始位置和终止位置有关。 哪种力做功也有一样的特点 重力做功与路径无关 重力势能 静电力做功与路径无关 上述结论对任意电场都是成立的 一、静电力做功特点 诚 朴 勤 勇 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） 类比电场力做功的特点（A→B） 诚 朴 勤 勇 1.定义：电荷在电场中具有的势能叫电势能，用符号EP表示。 即：电荷在电场中受到电场力而具有的与位置有关的势能叫做电势能。 二、电势能 E A B q + F O WAB=EpA-EpB = -ΔEP 电场力做的功等于电势能的减少量 类比重力做功与重力势能变化 （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。 电荷在A点的电势能是多大呢？ 诚 朴 勤 勇 二、电势能 E A B q + F O 类比重力势能 设电荷在B点的电势能为0 EpA＝WAB WAB ＝ EpA － EpB 零势能位置的选取是任意的 WBA ＝ EpB － EpA 设电荷在A点的电势能为0 EpB＝WBA 2、电势能的大小 电荷在某点的电势能，等于把它从这个点移动到零势能位置时静电力做的功 定义式：EpA=WA→0 电势能是相对的，具体数值与零势能面的选取有关； 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。 （但电荷在某两点之间的电势能之差与零势能点的选取无关） 诚 朴 勤 勇 3.电势能为电荷和对它作用的电场组成的系统共有。 4.电势能是标量。有正负，表大小。 q Q 我们说某个电荷的电势能，只是一种简略的说法。 例如：EpA=3J 比0势能点多3J EpB=-3J 比0势能点低3J EpA ＞ EpB 二、电势能 诚 朴 勤 勇 问题:如图所示，电荷在电场中从A向B移动时，静电力做什么功? E A B A B E 左图： 正电荷：静电力做正功 负电荷：静电力做负功 右图： 正电荷：静电力做负功 负电荷：静电力做正功 想一想 诚 朴 勤 勇 重力势能 电势能 重力：地球和物体之间存在的吸引力 电场力：电荷之间的作用力 由物体和地面间的相对位置决定 由电荷间的相对位置决定 电场力做正功，电势能就减少 电场力做负功，电势能就增加 电场力作功，电势能改变 重力做功，重力势能改变 重力做正功，重力势能就减少 重力做负功，重力势能就增加 W重 = EP1-EP2 W电 = EPA-EPB 尽管重力做功与电场力做功很相似，但还是存在很大差异 —存在两种电荷 诚 朴 勤 勇 【例题】(多选)下列说法中正确的是（ ） A.当两正点电荷相互靠近时，它们的电势能增大 B.当两负点电荷相互靠近时，它们的电势能增大 C.一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它们的电势能减小 D.一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它们的电势能增大。 ABC 诚 朴 勤 勇 【例题】如图所示,在等量正点电荷形成的电场中,它们连线的中垂面ab上, 有一电子,从静止开始由a运动到b的过程中(a、b相对O对称),下列说法正确的是( ) A.电子的电势能始终增多 B.电子的电势能始终减少 C.电子的电势能先减少后增加 D.电子的电势能先增加后减少 C O a b + + E E F F 做正功 做负功 电势能减少 电势能增加 诚 朴 勤 勇 【例题】(多选)一带电粒子射入一正点电荷的电场中，其运动轨迹如图所示，粒子从A运动到B，则(　　) A.粒子带负电 B.粒子的动能一直变大 C.粒子的加速度先变小后变大 D.粒子在电场中的电势能先变小后变大 AD 典例解析 诚 朴 勤 勇 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。 寻找表示电势能性质的物理量 诚 朴 勤 勇 1、描述电场力的性质的物理量电场强度是如何定义的？ 2、能否用电势能来描述电场能的特点？ 3、描述电场能的性质的物理量应该具有什么特点？ 在匀强电场中，取B点为零势能点，不同的电荷从A点移动到B点电场力做功不同，在A点电势能不等。 a.与电场本身有关，与电荷本身无关 b.与电荷所处电场中的位置有关 寻找表示电势能性质的物理量 E A B q + F O 诚 朴 勤 勇 如图，设E=2V/m , AB距离lAB=2m,带电体所带电荷量为q。当q不同时，以B为零势能面，求A点的电势能： 若q=1C， 则EPA=WAB=EqlAB=2×1×2J=4J 若q=2C， 则EPA=WAB=EqlAB=2×2×2J=8J 若q=3C， 则EPA=WAB=EqlAB=2×3×2J=12J 若q=-1C，则EPA=WAB=EqlAB=2×(-1)×2J=-4J 若q=-2C，则EPA=WAB=EqlAB=2×(-2)×2J=-8J 若q=-3C，则EPA=WAB=EqlAB=2×(-3)×2J=-12J EPA与q大小变化有什么关系？ 观察以上计算结果，若用与A点的电势能比上带电体所带电荷量，比值是相同的。即 EPA/q=4J/C 可见这个比值具有特殊的含义 E q F A B + 常量与EP及q无关，即与试验电荷无关，反映电场本身的某种性质； 诚 朴 勤 勇 1. 定义:电荷电场中在某一点的电势能与它的电荷量的比值 1 V = 1 J/C 2. 公式: (计算时要代入正负号) 3. 单位:伏特(V) 三、电势 4.标量 诚 朴 勤 勇 含义：在电场中的某一点，如果电荷量为1C的电荷在这点的电势能为1J，则该点的电势为1V。即1V=1J/C。 固有性：选定零势能面后，某点的电势是固定的，即不管带电体是带正电还是负电，不影响该点的电势。电势只与电场和零势能面的选取有关。 相对性：电势有正也有负，电势为正，表示电势相对于零势能面高；电势为负，表示电势相对于零势能面电势低； （电势是标量，电势的正负只表示相对于零势能面来说电势是高还是低）   三、电势 诚 朴 勤 勇 电势能和重力势能 重力势能 物体与地球所组成的系统 带电体与所在电场所组成的系统 电势能 电势和高度 高度一定，与物体无关 选定零高度面 选定零电势面 电势一定，与带电体无关 电势 电场强度E 物理意义 决定因素 矢/标量 电势与电场强度 反映电场能的性质 反映电场力的性质 由电场本身性质决定， 与检验电荷无关 由电场本身性质决定， 与检验电荷无关 标量 矢量 几个对比 诚 朴 勤 勇 三、电势 如何比较电势的高低？ 法一 沿电场线的方向，电势越来越低：φ A ＞ φ B A B E A B θ + + q F A B E 电荷由A点运动的B点 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 诚 朴 勤 勇 诚 朴 勤 勇 2025年9月12日4时17分 判断. ①沿电场线方向，电势逐渐降低 （ ） ②电势降低的方向一定是电场线的方向 （ ） ②电势降低最快的方向一定是电场线的方向 （ ） E + q + q F 诚 朴 勤 勇 法二 电场力做功判断： 对于正电荷，电场力做正功，电势能减少，电势降低，反之升高。 对于负电荷，电场力做正功，电势能减少，电势升高，反之降低。 WAB=EpA-EpB = -ΔEP 三、电势 如何比较电势的高低？ + － 诚 朴 勤 勇 法三 场源电荷判断法 当规定无限远处φ=0，则：正点电荷电场中各点电势均为正； 负点电荷电场中各点电势均为负。 在正电荷产生的电场中，离它越近电势越高； 在负电荷产生的电场中，离它越近电势越低。 三、电势 如何比较电势的高低？ 诚 朴 勤 勇 法四 公式法 由公式进行计算，q、EP带正负号计算 正电荷在电势能越大的地方电势越高； 负电荷在电势能越小的地方电势越高 三、电势 如何比较电势的高低？ 诚 朴 勤 勇 拓展1：等量异种点电荷 1.沿点电荷的连线由正电荷到负电荷，电势逐渐降低； O 2.两点电荷连线中垂线上，电势均相等(若取无穷远处电势为0，则中垂线上电势处处为0)。 拓展几种特殊电场电势判断 诚 朴 勤 勇 + + 1.两电荷连线上，由正电荷到连线中点O电势逐渐降低，且关于O点对称； O 拓展2：等量同种正点电荷 2.两电荷连线中垂线上，由中点O 向两侧电势到无限远电势逐渐降低，且关于O点对称 。 + + 拓展几种特殊电场电势判断 诚 朴 勤 勇 - - 1.两电荷连线上，由负电荷到连线中点O电势逐渐升高，且关于O点对称； O 拓展3：等量同种负点电荷 2.两电荷连线中垂线上，由中点O向两侧电势到无限远电势逐渐升高，且关于O点对称。 - - 拓展几种特殊电场电势判断 诚 朴 勤 勇 【练习1】（多选）如图所示，实线表示电场线，虚线表示只受电场力作用的带电粒子的运动轨迹。粒子先经过M点，再经过N点，以下正确的是（　　） A．粒子在N点的加速度小于在M点的加速度 B．该带电粒子带正电 C．M点的电势低于在N点的电势 D．粒子在M点的电势能大于在N点的电 【正确答案】BD 诚 朴 勤 勇 【练习】大气污染日益严重，为了减少污染要求工业尾气需要按照静电除尘器进行除尘才允许排放，下图是静电除尘器的原理示意图，P接负极，外壳Q接正极，废气以一定的速度从底部开口进入，经过除尘后，干净的空气从顶部出来，达到除尘目的。M、n是两粒带电的尘埃（仅受电场力），虚线分别是他们的运动轨迹（　　） A．m 做匀变速直线运动，n做变加速曲线运动 B．m、n一定带正电 C．n的电势能一定增加 D．微粒m在P处的电势高于m处 【正确答案】C 诚 朴 勤 勇 【练习】如图所示，d处固定有负点电荷Q，一个带电质点只在电场力作用下运动，射入此区域时的轨迹为图中曲线abc，a、b、c、d恰好是一正方形的四个顶点，则有（　　） A．a、b、c三点处电势高低关系是 B．质点由a到c，电势能先增加后减小，在b点动能最小 C．质点在a、b、c三点处的加速度大小之比为 D．若将d处的点电荷改为+Q，该带电质点的轨迹仍可能为曲线abc 【正确答案】B 诚 朴 勤 勇 【练习】（多选）一带负电粒子只在电场力作用下沿x轴正方向运动，其电势能Ep随位移x的变化关系如图所示，则粒子在从x1向x3运动的过程中，下列说法中正确的是（　　） A．在x1处粒子速度最大 B．在x2处粒子加速度为零 C．在x3处电势最高 D．在x2处电势为零 【正确答案】BC 诚 朴 勤 勇 【练习】（多选）带电球体的半径为R，以球心为原点O建立坐标轴x，轴上各点电势φ随x变化如图所示，下列说法正确的是（　　） A．球体带负电荷 B．球心处电场强度最大 C．A、B两点电势相同，电场强度不相同 D．一带负电的试探电荷在B点的电势能比在C点电势能的小 【正确答案】AC 诚 朴 勤 勇 谢谢！ 2025年9月12日4时17分 单击此处编辑母版标题样式 诚 朴 勤 勇 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $