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 强子对撞机：怎样给带电粒子加速？ 导入新知 1、知道静电力做功的特点,掌握静电力做功与电势能变化之间的关系。（重点） 2、理解电势能、电势的概念及电势和电势能的相对性（重难点） 3、掌握电势能的计算方法（重点） 4、会判断电场中两点电势的高低（重点） 素养目标 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 复习：重力做功有什么特点？重力做功与重力势能有何关系？ 一、静电力做功的特点 情景创设:如图所示，正试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中，仅在静电力作用下从A移动到B. (1)若q沿直线(图甲)运动，静电力做的功为多少？ (2)若q沿折线(图甲)AMB从A点移动到B点，静电力做的功为多少？ (3)若q沿任意曲线ANB(图乙)从A点移动到B点，静电力做的功为多少？ (4)由此可得出什么结论？ 一、静电力做功的特点 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 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 3.将电荷q从A沿曲线移至B W= W1+W2+W3+…=qE·|AM| W1=qE·x1 W2=qE·x2 W3 =qE·x3 … … … … x1 + x2 + x3 +…=? 静电力做功特点：在电场中移动电荷时，静电力做的功只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 。 N E A B q F F F F M + 一、静电力做功的特点 1.(2023·黑龙江省实验中学高二月考)如图所示是以电荷+Q为圆心的一组同心圆(虚线),电场中有A、B、C、D四点。现将一带电荷量为q的正点电荷由A点沿不同的路径移动到D点,沿路径①做功为W1,沿路径②做功为W2,沿路径③做功为W3,则（ ） A.W2<W3<W1 B.W1=W2=W3 C.W2>W3>W1 D.W3>W2>W1 B 例题精选 2.(来自教材)如图，在电场强度为60 N/C的匀强电场 中有A、B、C三个点， AB为5 cm， BC为12 cm， 其 中AB沿电场方向， BC和电场方向的夹角为60°。 将 电荷量为4×10－8 C的正电荷从A点移到B点，再从B点 移到C点，静电力做了多少功？若将该电荷沿直线由A点移到C点，静电力做的功又是多少？ 答案　WABC＝WAB＋WBC＝Eq·lAB＋Eq·lBCcos 60°＝2.64×10－7 J 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。所以WAC＝WABC＝2.64×10－7 J 例题精选 类比思考：重力做功使重力势能有何关系，那么电场力做功呢？ 类比 WAB=mgΔh=mgh1-mgh2 重力势能Ep＝mgh 重力做的功等于重力势能的减少量 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？ WAB=EpA-EpB=-(EpB-EpA)=-ΔEp 二、电势能 思考与讨论(1)分析正电荷只在静电力作用下从A→B运动(图甲)和从B→A运动时(图乙)静电力做功情况、动能和电势能的变化. 从A→B静电力做正功，动能增加，电势能减少 从B→A静电力做负功，动能减少，电势能增加 A B qE 二、电势能 (2)参考重力做功与重力势能变化的关系总结静电力做功与电势能之间有什么关系. WAB＝EpA－EpB， ΔEp＝EpB－EpA WAB＝－ΔEp mg A B A B qE 静电力做的功等于电势能的减少量. 二、电势能 (3)如果规定B点为零势能位置，若电荷从A移动至B静电力对电荷做功为WAB，则电荷在A点电势能是多少？你能得出什么结论？ 由WAB＝EpA－EpB＝EpA－0得EpA＝WAB A B qE 结论：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. 二、电势能 2 .电场力做功和电势能的关系 E A B + q F O 1.定义： 电荷在电场中具有的势能,是与位置有关的物理量，符号:Ep。 静电力做正功,即WAB>0,电势能 ; 静电力做负功,即WAB<0,电势能 。 因果关系： 数量关系： 减少 增加 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. 三、电势 4.电势能的性质: （2)系统性: (3)相对性: 电势能是标量，只有大小没有方向，但有正负，正负值表示电势能大小。 电荷与电场共有的能量。 通常以离场源电荷无限远或地面为零势能面。 思考与讨论：重力势能有何性质，说说电势能又怎样的性质？ (1)标量性: 二、电势能 2.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)电荷从A移到B,再从B移到C的 过程中电势能改变了多少? (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? (3)如果规定B点的电势能为零,则该电荷在A点和C点的电势能分别为多少？ 解(1)静电力先做负功后做正功,则电荷从A经B到C的过程中,静电力做功WAC=WAB+WBC=(-3×10-5+1.2×10-5) J=-1.8×10-5 J,则知电势能增加了1.8×10-5 J。 (2)若A点的电势能为零,则B点的电势能为EpB=EpA-WAB=0-WAB=3×10-5 J,同理,C点的电势能为EpC=EpA-WAC=0-WAC=1.8×10-5 J。 (3)若B点的电势能为零,则该电荷在A点的电势能为EpA'=EpB'+WAB=0+WAB=-3×10-5 J，C点的电势能为EpC'=EpB'-WBC=0-WBC=-1.2×10-5 J。 例题精选 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 三、电势 情景创设：匀强电场中任取一点A，取一点B，并规定电荷在B点的电势能为0，引入检验电荷置于A，其电势能为EPA。则从A点移到B点时电场力做功为WAB=EPA。 q +1C EPA E0 +2C …… -1C -2C …… 2E0 …… -E0 -2E0 …… E q F A B + 该“常量”是否相当于电场中的“高度”？ 三、电势 电场力是电... text has been truncated due to evaluation version limitation. 1.定义: 公式： (计算时要代入正负号) 电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量之比。 2.公式及单位: 单位: 1 V = 1 J/C 伏特(V) 标矢性： 电势是标量，只有大小没有方向。 但有正负,负电势表示该处的电势比零电势低) 3. 电势具有的性质 相对性： 确定某点的电势，应先规定电场中某处电势为零，通常取大地或无穷远处的电势为零。 三、电势 思考：如何比较电势的高低？ 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 (1)电场线法： 4、电势的高低 (2)依据电势能的大小： (3)依据静电力做功： 正电荷的电势能大处电势高,负电荷的电势能大处电势低 在两点之间移动正电荷(负电荷),若静电力做正功,则电势降低(升高),若静电力做负功,则电势升高(降低) 沿电场线方向电势降低最快。 三、电势 A B A C (4)依据场源电荷正负： 取无穷远处电势为零,正电荷周围电势为正值,负电荷周围电势为负值,靠近正电荷电势高,靠近负电荷电势低 思考与讨论：点电荷周围电势高低有何规律?怎样判断点电荷周围任意两点电势高低？ C B 三、电势 (1)电场强度为零的位置电势也为零。(　　) (2)电场强度大的位置电势不一定高。(　　) (3)电势降低的方向就是电场线的方向。(　　) (4)某电场中,A点的电势φA=-3 V,B点的电势φB=-4 V,则φA<φB。(　　) √ × × × 1、知识辨析 例题精选 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; 答案　 (1) 1.3×10-4 J　8×10-5 J (2) 65 V　40 V (3) -1.3×10-4 J　-8×10-5 J (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。 例题精选 解： (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。 例题精选 3.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 D 例题精选 电势能大小的判断方法 1.根据静电力做功判断 静电力做正功,电势能减少;静电力做负功,电势能增加。 2.根据Ep=qφ判断 如果是正电荷,电势越高,电势能越大;如果是负电荷,电势越高,电势能越小。 例题精选 电势能与电势 静电力做功 电势能 特点：只与初末位置有关与路径无关 计算方法：W=qELcos θ (θ为力与位移之间的夹角) 定义：电荷在电场中具有的势能 静电力做功与电势能变化的关系： WAB =EpA－EpB 电势能的大小：Ep= qφ 有电场中某点位置决定，反映电场能的性质 与检验电荷的电荷量，电性无关 表示将1C正电荷从参考点移到零势能点电场力做的功 电势 定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值 定义式： 物理意义 课堂小结 Lavf58.20.100 $