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

第十章 静电场中的能量 10.1电势能和电势 人教版(2019)必修 第三册 2025/9/17 1 知道静电力做功的特点，掌握静电力做功与电势能变化的关系。 2 学习目标 2025/9/17 理解电势的定义、定义式、单位，能根据电场线判断电势高低。 01 静电力做功的特点 02 电势能 03 电势 目录 2025/9/17 情境引入 回顾重力做功特点 物体运动时，重力对它做的功只跟它的起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路径无关 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 情境引入 思考：物体在地面附近所受重力的大小、方向是不变的，重力做功与路径无关；带电体在匀强电场中所受力的大小、方向也是不变的，电场力做功与路径也无关吗? E A B 乙 E A B C 甲 E A B 丙 M E W = qE·|AB| cosθ = qE·|AM| 1.将电荷q从A沿直线移至B A B θ + q F 一、静电力做功的特点 2.将电荷q从A沿折线移至B W1 = qE ·|AM| W2 = 0 W = W1 + W2= qE·|AM| M θ E A B + q F 一、静电力做功的特点 3.将电荷q从A沿曲线移至B 化曲为直 一、静电力做功的特点 W = W1 + W2 + W3 +… = q E·|AM| W1 = q E ·x1 W2 = q E ·x2 W3 = q E ·x3 … … … … x1 + x2 + x3 +…=? E A B + q F + q F + q F + q F M x1 x2 x3 微元法 一、静电力做功的特点 1.静电力做功的特点： 静电力所做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，与电荷经过的路径无关。 注意：这个结论虽然是从匀强电场中推导出来的，但是可以证明对非匀强电场也是适用的。 一、静电力做功的特点 问题1：电荷沿不同路径在电场中从A点运动到B点，静电力做功一定不同？ 问题2：电荷在电场中从A点出发，最后又回到A点，静电力做功为零？ 问题3：电荷在电场中沿着电场线运动，所受静电力对电荷一定做正功? 提示:错误。因为静电力做功与路径无关。 提示：正确。静电力做功的代数和为 0 错误。移动负电荷时，静电力做负功。 在任意电场中，如何判断静电力做正功还是负功呢？ 一、静电力做功的特点 温故知新 力与位移（或速度）的夹角关系 加减速判断 正负功判断 0θ θ=90° 90θ 注意：静电力也是力，同样满足此规律 加速运动 正功 匀速圆周运动 不做功 减速运动 负功 一、静电力做功的特点 1、如图所示，电场强度为E的匀强电场中，带电荷量为的电荷沿直线、折线、曲线运动，已知长为d。关于静电力做的功和大小关系，下列说法正确的是（　　） A．沿折线运动时，静电力做功最多 B．沿直线运动时，静电力做功最少 C．沿直线运动时，静电力做功为 D．沿直线运动时，静电力做功最多 C 练习： 2、如图所示的匀强电场中，有a、b、c三点，dab＝5 cm，dbc＝12 cm，其中ab沿电场方向，bc和电场方向成60°角。一个电荷量为 q＝4×10－8 C的正电荷从a移到b时电场力做的功为W1＝1.2×10－7 J，求： (1)匀强电场的电场强度E的大小； (2)电荷从a移到c，电场力做的功W2。 一、静电力做功的特点 练习： 一、静电力做功的特点 解析： 二、电势能 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？ 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 2. 电场力做功和电势能的关系 （2）当WAB <0，则EpA <EpB （1）当WAB >0，则EpA >EpB ， 表明电场力做正功，电势能减小； ，表明电场力做负功，电势能增加。 3.关于电势能的几点说明 二、电势能 (1)标量：正负值表示电势能大小。 (2)系统性：电荷与电场共有的能量。 (3)相对性：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。 4. 电势能的大小： 总结：电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移到零势能位置时所做的功。 E A B 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，故EPA=WAB WAB=EpA-EpB 二、电势能 二、电势能 （1）.场源电荷判断法 离正场源电荷越近，正试探电荷的电势能越大，负试探电荷的电势能越小; 离负场源电荷越近，正试探电荷的电势能越小，负试探电荷的电势能越大。 （2）.做功判断法 无论正、负电荷，静电力做正功，电荷的电势能减小；静电力做负功，电势能增加 5. 电势能的大小判断： 二、电势能 （3）. 电场线法 正电荷顺着电场线的方向移动时电势能减小， 负电荷顺着电场线的方向移动时电势能增大。 （4）.能量守恒判断法 只有静电力做功时，电荷只有动能和电势能相互转化，总能量不变。因此，只有静电力做功时，动能减少多少，电势能就增加多少；反之，动能增加多少，电势能就减少多少。 练习： 1.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？ 二、电势能 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。 二、电势能 三、电势 思考：如下图所示，场强为E的匀强电场中，取O点为零电势能点，电荷量分别为q、2q、nq的正电荷在A点的电势能与电荷量的比值有什么特点?设A到O的距离为L。 E A O 电荷量为q时： 电荷量为q时： 电荷量为q时： 电势能与电荷量的比值为一定值，即为 电势 1.定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量之比。 2.公式：φ＝ （计算时需要带正负号） 3.单位：在国际单位制中，电势的单位是伏特，符号是V，1 V＝1 J/C。 4.电势的相对性：只有在规定了零电势点之后，才能确定电场中某点的电势，一般选大地或离场源电荷无限远处的电势为0。 三、电势 5.电势的标量性：正负表示大小。在同一电场中，电势为正值表示该点电势高于零电势，电势为负值表示该点电势低于零电势。 三、电势 6.电势的客观性：电场中某点的电势大小是由电场本身的性质决定的，与在该点是否放有电荷、所放电荷的电荷量及电荷的电势能均无关。 三、电势 7.电势高低的判断方法 电场线法：沿着电场线方向电势逐渐降低。 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。 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。 电势 电场强度E 电势能Ep 物理意义 决定因素 矢/标量 单位 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 反映电荷在电场中某点具有的能量 由点电荷q和该点的电势共同决定 标量 伏特（V） N/C（或V/m） 焦耳（J） 三、电势 三、电势 1.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 练习： D 2.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。 三、电势 练习： 2. (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 可知φA==65 V,φB==40 V (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。     $