1.5 电势 电势差 课件 -2025-2026学年高二上学期物理教科版必修第三册

上课啦！老师开讲啦！ 1.4-1.5电场力做功 电势能 电势 BC 前题回顾 减少的动能到哪里去了？ 那我们就把带电物体在电场中具有的某种能量，叫作电势能. 为了定义和理解这种新的能量，我们先看一下电场力做功的特点 一、电场力做功的特点 （a） W=q0Es1=q0Ed （b） W=q0Es2cosθ+0=q0Ed （c） W=q0Ed 结论：在匀强电场中移动电荷时，电场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（即：与初、末两点在电场线上的距离有关）上述结论也适用于任意静电场。 重力对物体做的功与路径无关，仅与物体的质量和始、末两个位置（高度差）有关。 重力势能定义：有质量物体由于位于某高处而具有的能量； 某能量...??? 电荷（带电物体）在静电场中某位置具有的势能 二、电势能（EP） 1、定义： 2、单位焦耳（J）和标量性 3、电场力做功与电势能变化的关系 电场力做正功，电势能减小；电场力做负功，电势能增加。即电场力做功等于电势能的减少量。 4.电势能的大小 如果选择B点为参考点， = 0 ，则有 如果选择无穷远处电势能为零，= 0，则有 5、电场力做功与电势能变化的关系 电场力做正功，电势能减小；电场力做负功，电势能增加。即电场力做功等于电势能的减少量。 （1）电荷在电场中某点的电势能具有相对性，一般选取地面或无穷远处为零势能点. （2）电荷在某两点之间的电势能之差具有绝对性，与零势能点的选取无关. （3）电势能是电荷与电场所共有的，具有系统性. 注意对电势能的理解 关于电势能，需要注意： 电势能是电场与电荷组成的系统共有的，同一个电场中的同一个位置，放置正电荷和负电荷，电势能的正负号是相反的。 电势能与电势能零点的选取有关，因此它只具有相对意义，即相对于电势能零点而言具有多少电势能。 电荷在电场中某两点间移动的过程中，电势能的变化与电势能零点的选取无关，它与在这两点间移动的过程中电场力所做的功数值相等。 例1.将带电量为6×10-6C的负电荷从电场中的A点移到B点，克服电场力做了3×10-5J的功，再从B移到C，电场力做了1.2×10-5J的功 （1）电荷从A移到B，再从B移到C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？ （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？ 增加了1.8×10-5J. EPC=1.8×10-5 J EPC=-1.2×10-5 J EPB=3×10-5 J EPA= -3×10-5 J 三、电势的概念 在如图所示的电场中，规定 C 点为电势能零点，把检验电荷q0从 A 点移到 C 点，电场力所做的功为W0。 根据电场力做功与电势能变化的关系，写出电荷在A点时具有的电势能。 如果把电荷量2q0、3q0、…、nq0的检验电荷从A点移到C点，请填写下表中的相关量。 检验电荷的电荷量q q0 2q0 3q0 …… nq0 电荷从A点移到C点，电场力所做的功W W0 电荷在A点具有的电势能EpA 电荷在A点具有的电势能与电荷量的比 在电场中的同一点，不同电荷所具有的电势能不同，但是电荷的电势能与其电荷量的比是一个定值。这个比值从能量的角度描述了静电场中该位置的性质。这个结论对任何静电场都适用。 三、电势（φ） 1.定义： 电荷在电场中某一点的电势能Ep与其电荷量q的比值叫作该点的电势，用φ表示. 2.定义式： 3.单位： 伏特，符号V； 1V=1J/C； 计算时EP、q、φ都带正、负！ 4.物理意义： 反映电场（某位置）的能的性质 5.变形公式： Ep=qφ 计算时要代入正负号 重力势能对比于电势能，物体质量对比的是带电量，那电势对比的是哪个物理量？ 6.特点： （1）相对性： 电场中某点的电势的数值与零电势点的选择有关，通常取无穷远处或大地电势为零. （2）固有性： 电场中某点的电势大小由电场本身决定，与该点处是否放有电荷、电荷的电性、电荷量均无关. （3）标量性： 电势是标量，只有大小，没有方向.但有正负，且正负要表示电势的高低. 7.电势高低的判断 （2）电场线法： （1）公式法： 例2（改）.将带电量为6×10-6C的负电荷从电场中的A点移到B点，克服电场力做了3×10-5J的功，再从B移到C，电场力做了1.2×10-5J的功（这次算位置的电势） （1）电荷从A移到B，再从B移到C的过程中电势能共改变了多少？ （2）如果规定A点的电势为零，则该电荷在B点和C点的电势分别为多少？ （3）如果规定B点的电势为零，则该电荷在A点和C点的电势分别为多少？ 电场中某点电势的值与零电势点的选取有关，但是两点间的电势差与零电势点的选取无关。 例3．如图所示，A、B是电场中两点，下列说法正确的是 (　 　) ABD 例4. (多选)如图所示是一簇未标明方向、由单一点电荷产生的电场线，虚线是一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹，a、b是轨迹上的两点。若带电粒子在运动中只受电场力作用，根据此图可判断出该带电粒子(　　) A．与场源电荷的电性相同 B．在a、b两点所受电场力大小Fa>Fb C．在a、b两点的速度大小va>vb D．在a、b两点的动能Eka<Ekb A．A点的场强比B点的场强大 B．A点的电势比B点的电势高 C．一个负电荷从A点移到B点，电场力做正功 D．一个正电荷在A点的电势能比在B点的电势能大 $ 上课啦！老师开讲啦！ 1.4-1.5电势 电势差 等势面 前提回顾 E A B 将点电荷+q从A点移动到B点 （1）电场力做功情况； （2）电势能如何变化； （3）A、B两点电势的高低； （4）若将+q换成电荷量相同的负电荷，情况又是如何？ 一、电势差(就是电压） 1.定义： 电场中两点（位置）的电势之差. 2.表达式： UAB=φA−φB 3.单位： 伏特（V） 4.计算公式： 计算时，特别要注意正负号 电势差的另一种表述：电荷q在电场中由一点A移动到另一点B时电场力所做的功WAB与电荷量q的比值WAB/q,叫做A,B两点间的电势差 = − UBA （比值定义，适用于任意静电场） （1）标量性： 电势差还是标量，有正负其正负表示φA，φB的高低. 5.对电势差的理解（就是初中所学的电压） （2）绝对性： 电势是相对的，电势差是绝对的，与零势能点（大地或无穷远）的选取无关，由电场和这两点的位置决定. （3）大小： 电场力做功与电势能变化、电势差之间的关系 （4）电势差的叠加： UMN=UMA+UAB+UBC+UCN. 电势高低和电势能大小的判断方法 (1)沿着电场线的方向，电势越来越低． (2) UAB>0，则φA>φB；若UCD<0，则φC<φD. (3)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；靠近正电荷处电势高，靠近负电荷处电势低． (4)正电荷在电势能大处电势较高；负电荷在电势能大处电势较低。 (5)电场力做正功电势能减小，电场力做负功电势能增大．(对正、负电荷都适用) 例1.等量异种电荷的电场线如图所示，下列表述正确的是(　　) A．a点的电势低于b点的电势 B．a点的场强大于b点的场强，方向相同 C．将一正电荷从a点移到b点电场力做正功 D．负电荷在a点的电势能大于在b点的电势能 C 二、等势面（线） 1.概念： 电场中电势值相等的各位置点构成的曲线（面） 2.等差等势面： 相邻等势面间电势差相等的等势面 3.常见的几种典型电场的等势面：（试着画出正点电荷、匀强电场的等差等势面（线）） (2)等势面跟电场线处处垂直，即跟场强方向垂直．在同一等势面上移动电荷电场力不做功． (3)电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面，两个不同的等势面永不相交． (4)等差等势面密的地方，场强大，等差等势面疏的地方，场强小．（待证） (1)等势面是假想的曲面，实际上并不存在.（电场线也是） 例2.如图，虚线a、b、c势某静电场中的三个等势面，它们的电势a最大，c最少，一带正电的粒子射入电场中，其运动轨迹如图实线KLMN所示，由图可知（ ） 粒子从K到L的过程中，电场力做负功 粒子从L到M的过程中，电场力做负功 粒子从K到L的过程中，电势能增加 粒子从L到N的过程中，动能减少 K N M L a b c AC C 例题4(2024北京卷)如图所示，两个等量异种点电荷分别位于M、N两点，P、Q是MN连线上的两点，且MP＝QN。下列说法正确的是 A.P点电场强度比Q点电场强度大 B.P点电势与Q点电势相等 C.若两点电荷的电荷量均变为原来的2倍，P点电场强度大小也变为原来 的2倍 D.若两点电荷的电荷量均变为原来的2倍，P、Q两点间电势差不变 √ 用类比法研究电场能的性质 用类比法研究电场能的性质 A．做直线运动，电势能先变小后变大 B．做直线运动，电势能先变大后变小 C．做曲线运动，电势能先变小后变大 D．做曲线运动，电势能先变大后变小 例3.两个固定的等量异号点电荷所产生的电场的等势面如图中虚线所示，一带负电的粒子以某一速度从图中A点沿图示方向进入电场在纸面内飞行，最后离开电场，粒子只受静电力作用。则粒子在电场中(　　) $ 上课啦！老师开讲啦！ 1.4-1.5电势的叠加 屏蔽 场源电荷的正负：取离场源电荷无限远处电势为零，正电荷周围电势为正值，负电荷周围电势为负值；靠近正电荷处电势高，靠近负电荷处电势低.空间中有多个点电荷时，某点的电势可以求代数和. 拓展一、电势的叠加 例题1(2023·广东深圳市模拟)如图所示，在正方形ABCD的三个顶点A、B、C上分别固定着三个带电荷量相等的点电荷，其中A处点电荷带负电，B、C处点电荷均带正电.E、G、F三点四等分AB边，M、P、N三点四等分BC边.下列说法正确的是 A.M、N两点处的电场强度相同 B.P点电势高于G点电势 C.负电荷在M点具有的电势能比在N点具有的电势能小 D.负电荷在F点具有的电势能比在E点具有的电势能大 √ 拓展二、静电平衡现象 把导体放入电场，导体内的自由电荷在电场力作用下定向移动，使导体两端出现等量异种电荷。 E0 A B C D E0 A B C D 导体内部同时存在匀强电场E0和感应电荷产生的电场E感. 两个电场叠加，使得导体内电场减弱，随着感应电荷的积累，感应电荷的场强逐渐增大，合场强逐渐减小. E0 A B C D 当导体内部合场强E内=0时，自由电荷的定向移动停止，导体达到静电平衡状态。（实际这个过程时间极短，甚至几乎不需要时间） 静电平衡状态下导体的特征 （1）导体内部场强处处为零； （3）导体表面场强垂直于导体表面； （4）导体是等势体，导体表面是等势面. E0 A B C D （2）电荷分布在导体表面. 地球是一个极大的导体，可以认为处于静电平衡，他是一个等势体常常把大地看作零电势体 例题2： 如图所示，一个方形的金属盒原来不带电，现将一个带电荷量为+Q的点电荷放在盒左边附近，达到静电平衡后，盒上的感应电荷在盒子内部产生的电场分布情况正确的是（ ） C 这就是所谓的静电屏蔽！ 比如在电子仪器设备外面的金属罩，比如全身穿戴包含金属丝网制成的工作服，帽，鞋，手套等 两位英国科学家08年在伦敦进行一次危险的电力学表演。其中一名科学家将把另一位科学家关进一个铁笼子里，然后用数百万伏特的电流对其进行电击。 鉴于表演的危险性，两名科学家事先都买好了价值1200万英镑的保险。 如图为带有高电压的法拉第笼，笼内站有几名同学。 $