1.4 电势能与电势 课件 -2025-2026学年高二上学期物理粤教版必修第三册

该高中物理课件聚焦静电场中的电势能与电势，系统涵盖电场力做功特点、电势能与电势的定义及相对性、等势面概念等核心知识。通过“情境链接”中水流重力势能转化类比电势能，结合“教材拓展”明确类比法学习支架，帮助学生关联已学重力做功知识，构建前后连贯的知识脉络。 其亮点在于以核心素养为导向，通过“重难探究”模块设计阶梯式问题链（如不同路径电场力做功比较），培养科学思维中的科学推理能力。“易错辨析”针对性纠正电势能矢量性等认知误区，强化物理观念。融入医用口罩驻极体吸附粉尘、人工引雷等生活案例，渗透科学态度与责任。学生能深化概念理解，教师可直接用于课堂探究与分层教学，提升教学效率。

第一章　静电场的描述 第四节　电势能与电势 学习目标 1.知道电场力做功的特点.(物理观念) 2.理解电势能、电势的定义及其相对性.(物理观念) 3.通过类比法分析得出电场力做功与电势能变化的关系.(科学思维) 4.知道等势面的概念,知道在等势面上移动电荷时电场力不做功.(物理观念) 基础落实·必备知识全过关 一、电场力做功 1.电场力做功:在匀强电场中,电场力做功W=qELcos θ,其中θ为电场力与位移方向之间的夹角. 2.特点:在匀强电场中移动电荷时,电场力所做的功只与电荷的电量及其起点、终点的位置　　　　　,与　　　　　无关.上述结论也适用于非匀强电场.  有关 路径 二、电势能 1.电势能:一个电荷在静电场中的某一位置具有　　　　　　,用Ep表示.  2.电场力做功与电势能变化的关系:电场力做的功等于始点的电势能EpA减去终点的电势能EpB,表达式:WAB=　　　　　.  (1)电场力做正功,电荷的电势能　　　　;  (2)电场力做负功,电荷的电势能　　　　.  3.零电势能位置:通常将无穷远处的电势能定为零. 4.电势能的大小:电荷在电场中某点的电势能大小等于将电荷从该点移动到零电势能位置处电场力所做的　　　　.  势能 EpA-EpB 减少 增加 功 想一想 如图所示,将某电荷在一电场中由A点移到B点.若选不同的点为零电势能位置,表示A点(或B点)电势能的大小相同吗?表示从A点到B点的过程中电势能的变化相同吗? 提示 由于电势能具有相对性,选择不同的点为零电势能位置,表示同一点的电势能大小可能不相同,但在同一过程中由A点到B点,电场力做功相同,电势能的变化相同. 三、电势 1.定义:电荷在电场中某一点的　　　　　与它的　　　　之比.  3.单位:国际单位制中,电势的单位是　　　　,符号是　　　,1 V=　　　.  4.电势高低的判断:电场线指向电势　　　　的方向.  5.电势的相对性:只有规定了电势零点才能确定某点的电势大小,一般选大地或离场源电荷无穷远处的电势为零. 6.电势是　　量,只有大小,没有方向,但有正、负之分,同一电场中电势为正表示比零电势高,电势为负表示比零电势低.  电势能 电量 伏特 V　 1 J/C 降低 标 四、等势面 1.定义:电场中　　　　　　的各点构成的面.  2.等势面的特点 (1)在同一等势面上移动电荷时电场力　　　　　　(选填“做功”或“不做功”).  (2)等势面一定与电场线　　　　,即与场强的方向　　　　.  (3)电场线由　　　　的等势面指向　　　　的等势面.  电势相同 不做功 垂直 垂直 电势高 电势低 想一想 如图所示,在点电荷形成的电场中有A、B、C三点,若将单位正电荷由A点移动到C点电场力做功为WAC,将单位正电荷由B点移动到C点电场力做功为WBC,而WAC=WBC,则A、B两点电势有什么关系?单位正电荷从A点移动到B点过程中,电场力做功情况如何? 提示 WAC=EpA-EpC,WBC=EpB-EpC,因为WAC=WBC,所以EpA=EpB,故φA=φB= .单位正电荷从A点移动到B点过程中,电场力做的功WAB=EpA-EpB=0. 情境链接 如图所示,高处的水奔腾而下,是因为重力势能转化成了动能,带电粒子可以在电场中加速,增加的动能从什么能量转化而来? 提示 电势能. 教材拓展 阅读教材第20页电势能的相关内容,体会在学习这个新概念时与重力势能进行的联系比较,这种思维方法是什么? 提示 类比. 易错辨析 (1)沿不同路径将电荷由A点移至B点,电场力做功不同.(　　) (2)电荷在等势面上移动时不受电场力作用,所以不做功.(　　) (3)在匀强电场中将同一电荷移动同样的距离,电场力做功相同.(　　) (4)电势能有正、负之分,故电势能是矢量.(　　) (5)电场力做功的过程就是电势能与其他形式的能量转化的过程.(　　) × 电场力做功与路径无关. × 电荷在等势面上移动时所受电场力与等势面垂直. × 匀强电场两点间距离相同时,沿电场方向的投影不一定相同. × 电势能是标量. √ 重难探究·能力素养全提升 探究点一　电场力做功与电势能 导学探究 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点移动到B点. (1)电场力做的功为多少?若q沿折线AMB从 A点移动到B点,电场力做的功为多少? (2)若q沿任意曲线从A点移动到B点, 电场力做的功为多少?由此可得出什么结论? (3)对比电场力做功和重力做功的特点,它们有什么相同之处?重力做功引起重力势能的变化,电场力做功引起什么能的变化? 提示 (1)电场力F=qE,电场力与位移夹角为θ,电场力对试探电荷q做的功W=FlAB·cos θ=qElAM;在线段AM上电场力做的功W1=qElAM,在线段MB上电场力做的功W2=0,总功W=W1+W2=qElAM. (2)W=qElAM,电荷在匀强电场中沿不同路径由A点移动到B点,电场力做功相同,说明电场力做功与路径无关,只与初、末位置有关. (3)电场力做功与重力做功都与路径无关,电场力做功引起电势能的变化. 知识归纳 1.电场力做功的特点 (1)电场力对电荷所做的功,与电荷的初、末位置有关,与电荷经过的路径无关.该结论适用于任何电场. (2)无论带电体在电场中做直线运动还是做曲线运动,无论带电体只受电场力作用还是受多个力作用,无论电场力做正功还是做负功,电场力做功的特点不变. 2.对电势能的理解 系统性 电势能是由电场和电荷共同决定的,是属于电荷和电场所共有的,我们习惯上说成电荷的电势能 相对性 电势能是相对的,其大小与选定的电势能为零的参考点有关.确定电荷的电势能,首先应确定电势零点 标量性 电势能是标量,有正负但没有方向 计算 电荷在电场中某点的电势能,等于把它从该点移动到零电势能位置时电场力所做的功 3.电场力做功与电势能变化的关系 (1)电场力做的功等于电势能的减少量.表达式:WAB=EpA-EpB. 典例剖析 【例题1】 将电荷量为6×10-6 C的负电荷从电场中的A点移到B点,克服电场力做功3×10-5 J,再从B点移到C点,电场力做功1.2×10-5 J. (1)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? (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? 解析 (1)WAC=WAB+WBC=-3×10-5 J+1.2×10-5 J=-1.8×10-5 J. 电势能增加了1.8×10-5 J. (2)如果规定A点的电势能为零,由公式WAB=EpA-EpB 得该电荷在B点的电势能为 EpB=EpA-WAB=0-WAB=3×10-5 J. 同理,该电荷在C点的电势能为 EpC=EpA-WAC=0-WAC=1.8×10-5 J. (3)如果规定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. 该电荷在C点的电势能为EpC'=EpB'-WBC=0-WBC=-1.2×10-5 J. 答案 (1)增加了1.8×10-5 J (2)3×10-5 J　1.8×10-5 J (3)-3×10-5 J　-1.2×10-5 J 教你析题 读取题干 获取信息 电荷量为6×10-6 C的负电荷 研究对象 克服电场力做功3×10-5 J 电势能增大,即电荷在B点电势能大于在A点电势能 电场力做功1.2×10-5 J 电势能减小,即电荷在C点电势能小于在B点电势能 规定A点的电势能为零 电势能具有相对性,A点为参考点 教你破题 规律方法　电场力做功正负的判断方法 (1)根据电场力和位移的方向夹角判断:夹角为锐角,电场力做正功;夹角为钝角,电场力做负功. (2)根据电场力和瞬时速度方向的夹角判断:夹角为锐角,电场力做正功;夹角为钝角,电场力做负功;电场力和瞬时速度方向垂直,电场力不做功. (3)根据电势能的变化情况判断:若电势能增加,则电场力做负功;若电势能减少,则电场力做正功. (4)根据动能的变化情况判断(只受电场力):根据动能定理,若物体的动能增加,则电场力做正功;若物体的动能减少,则电场力做负功. 对点演练 1. 如图所示,两个平行金属极板构成的匀强电场的电场强度为E,沿电场线方向有A、B、O三点,A、B两点的距离为d,一个电荷量为+q的试探电荷在A点,下极板接地且电势为零,下列说法错误的是(　　) A.试探电荷受到的电场力大小为qE B.试探电荷在A点具有的电势能为qEd C.试探电荷从A点移到B点减小的电势能为qEd D.试探电荷在A点的电势能一定大于在B点的电势能 B 解析 根据电场强度的定义式可得,试探电荷受到的电场力大小为F=qE,A正确;由于不知道A点和下极板间距离,不能求出A点的电势,所以不能求试探电荷在A点具有的电势能,B错误;试探电荷从A点移到B点,电场力做功为W=qEd,该过程中减小的电势能为qEd,C正确;由以上分析可知 W=EpA-EpB>0,则EpA>EpB,D正确. 探究点二　电势及其高低的判断 导学探究 如图所示的匀强电场,电场强度为E,取O点的电势为零,A点距O点的距离为l,AO连线与电场强度反方向的夹角为θ. (1)电荷量分别为q和2q的正试探电荷在A点的电势能分别为多少? (2)电势能与电荷量的比值是否相同? (3)电势能与电荷量的比值与试探电荷的电荷量是否有关系? 提示 (1)电荷量分别为q和2q的正试探电荷在A点的电势能分别为Eqlcos θ、2Eqlcos θ. (2)电势能与电荷量的比值相同,都为Elcos θ. (3)与试探电荷的电荷量无关. 知识归纳 1.对电势的理解 相对性 电势是相对的,电场中某点的电势大小与电势零点的选取有关.通常取离场源电荷无穷远处或地球表面的电势为零 固有性 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及所放电荷的电荷量和电势能均无关 标量性 (1)电势是只有大小、没有方向的标量; (2)在规定了电势零点后,电场中各点的电势可能是正值,也可能是负值.正值表示该点的电势高于电势零点;负值表示该点的电势低于电势零点; (3)电势的正负只表示大小,不表示方向 大小 (比值定义法) 2.电势高低的判断方法 (1)电场线法:沿电场线方向,电势越来越低. (2)场源电荷判断法: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. (3)电势能判断法:正电荷在电势高处电势能大,负电荷在电势低处电势能大. 典例剖析 【例题2】 将电荷量为6×10-6 C的负电荷从电场中A点移到B点,克服电场力做功3×10-5 J,再从B点移到C点,电场力做功1.2×10-5 J. (1)如果规定A点的电势为零,则C点的电势是多少? (2)如果规定B点的电势为零,则C点的电势是多少?(可在例题1的基础上解答此题) 解析 (1)负电荷从A点到C点,电场力做功 WAC=WAB+WBC=-3×10-5 J+1.2×10-5 J=-1.8×10-5 J 电场力做负功表示电势能增加了1.8×10-5 J. 如果规定A点电势为零,则负电荷在C点的电势能为EpC=1.8×10-5 J (2)如果规定B点电势为零,则负电荷在B点电势能为零,由题意知,负电荷由B点到C点, 电场力做功WBC=EpB'-EpC'=1.2×10-5 J 负电荷在C点的电势能为EpC'=-1.2×10-5 J 答案 (1)-3 V (2)2 V 规律方法　(1)电势和电势能具有相对性,与电势零点的选取有关. (2) 是电势的定义式.电场中某点处φ的大小是由电场本身决定的,与在该点处是否放入试探电荷、电荷的电性、电荷量均无关. (3)由 求电势时,可将各物理量的“+”“-”直接代入计算,这样更方便. 对点演练 2.(2025广东汕头高二期末)如图所示,医用口罩由多层织物材料构成,其中有一层熔喷布经过特殊工艺处理后成为驻极体材料,这层材料表面长期带有正电荷,能有效吸附细小的粉尘,而这些粉尘通常是细菌和病毒传播的载体.则其中即将被吸附的带电粉尘,一定是(　　) A.带正电 B.在靠近熔喷布的过程中带电粉尘电势降低 C.在靠近熔喷布的过程中电场力做正功 D.在靠近熔喷布的过程中电势能增加 C 解析 由于口罩材料表面长期带有正电荷,则被吸附的带电粉尘一定是带负电荷,A错误;因为材料表面带有正电荷,电势较高,故带电粉尘在靠近熔喷布的过程中电势升高,B错误;由选项A可知,被吸附的带电粉尘一定是带负电荷,则负电荷靠近熔喷布的过程中电场力做正功,电势能减小,C正确,D错误. 探究点三　等势面的特点及应用 导学探究 (1)类比地图上的等高线,简述什么是等势面. (2)当电荷从A点沿同一等势面移到B点时,电荷的电势能是否变化?电场力做功情况如何? 提示 (1)电场中电势相等的各点构成的面. (2)电势能不发生变化,电场力不做功. 知识归纳 1.等势面的特点 (1)在同一等势面内任意两点间移动电荷时,电场力不做功. (2)空间两等势面不相交. (3)电场线总是和等势面垂直,且从电势较高的等势面指向电势较低的等势面. 也可以描述电场的强弱 (4)在电场线密集的地方,等差等势面密集,在电场线稀疏的地方,等差等势面稀疏. (5)等势面是虚拟的,是为描述电场的性质而假想的面. 2.几种常见电场的等势面(虚线) (1)点电荷的等势面:以点电荷为球心的一簇球面. (2)等量异号点电荷的等势面:两点电荷的连线上,从正电荷到负电荷电势越来越低,两点电荷连线的中垂线是一条等势线. (3)等量同号点电荷的等势面 ①等量正点电荷连线的中点电势最低,两点电荷连线的中垂线上该中点的电势最高,从中点沿中垂线向两侧,电势越来越低. ②等量负点电荷连线的中点电势最高,两点电荷连线的中垂线上该中点的电势最低,从中点沿中垂线向两侧,电势越来越高. (4)匀强电场的等势面:垂直于电场线的一簇平面.  典例剖析 【例题3】 (多选)如图所示,a、b、c、d为匀强电场中的四个水平等势面,一个电子由M点射入电场后,仅在电场力作用下的运动轨迹如实线MN所示,由此可知(　　) A.电子在N点的动能小于在M点的动能 B.电子在N点的电势能小于在M点的电势能 C.电场强度方向水平向左 D.电场中,等势面a的电势低于等势面b的电势 AD 解析 根据电场线方向与等势线垂直可知,电场线方向必定为竖直方向,则电子所受的电场力必定在竖直方向.电子所受的电场力方向指向轨迹的凹侧,所以电子所受的电场力方向应竖直向下,与速度方向的夹角为钝角,对电子做负功,根据动能定理可知,电子的动能减小,电势能增加,所以电子在N点的动能小于在M点的动能,在N点的电势能大于在M点的电势能,故A正确,B错误;电子带负电,电场力方向与电场强度方向相反,可知电场强度方向竖直向上,C错误;顺着电场线方向电势降低,等势面a的电势低于等势面b的电势,D正确. 规律方法　等势面的四种应用 (1)由等势面可以判断电场中各点电势的高低及差值. (2)由等势面可以判断电荷在电场中移动时电场力做功的情况. (3)由等势面的形状分布,可以绘制电场线,从而确定电场的分布情况. (4)由等差等势面的疏密,可以比较电场强度的大小. 对点演练 3.雷雨天带有负电的乌云飘过一栋建筑物上空时在避雷针周围形成电场,电场的等差等势面a、b、c、d分布情况如图所示.下列关于等势面上A、B、C三点的电势和电场强度的说法正确的是(　　) A.φB>φA>φC　　　 B.φA>φB>φC C.EC>EB>EA D.EC>EA>EB A 解析 由于乌云带负电,可知电场线由避雷针指向乌云,根据电场线与等势线垂直,且由高电势点指向低电势点可知φB>φA>φC,故A正确,B错误;等差等势面的疏密程度能够反映电场的强弱,根据A、B、C三点等势面分布的疏密程度可知,A点最密集,B点次之,C点最稀疏,则有EA>EB>EC,故C、D错误. 学以致用·随堂检测全达标 1 2 3 4 1.(电场力做功与电势能变化)(2025广东模拟预测)为消除雷电的危害,我国科研人员成功开展“人工引雷”试验.如图所示,引雷时,由一架金属材质的小火箭拖拽金属导线快速升空,当火箭飞到一定高度时金属导线被拉直,在带正电的云层和火箭之间产生的雷电就会沿着笔直的金属导线“一路向下”导向大地.下列说法正确的是(　　) A.云层下端与小火箭之间形成匀强电场 B.云层下端对小火箭产生排斥力的作用 C.引雷过程中会形成由大地沿金属导线流向小火箭的电流 D.引雷过程中沿金属导线移动的电荷其电势能逐渐减小 D 1 2 3 4 解析 由题图可知,小火箭通过导线与大地连接带负电,其相对云层可视为点电荷,与云层下端之间形成的不是匀强电场,故A错误;云层下端带正电,由于静电感应,小火箭带负电,云层下端对小火箭产生吸引力的作用,故B错误;引雷过程中大地中带负电的自由电子沿金属导线流向小火箭并最终击穿空气,从而形成由小火箭沿金属导线流向大地的电流,故C错误;引雷过程中沿金属导线移动的自由电子受到云层下端的吸引力,且该吸引力对自由电子做正功,因此其电势能逐渐减小,故D正确. 1 2 3 4 2.(电势能)(多选)一电子经过电场中A、B两点,电子在A点的电势能为4.8×10-17 J,动能为3.2×10-17 J,由A点到B点电场力做功为1.6×10-17 J,如果电子只受电场力作用,则(　　) A.电子在B点的动能为4.8×10-17 J B.电子在B点的动能为1.6×10-17 J C.电子在B点的电势能为3.2×10-17 J D.电子在B点的电势能为6.4×10-17 J AC 1 2 3 4 解析 电子由A点到B点电场力做功为1.6×10-17 J,即电子从A点到B点电势能减少1.6×10-17 J,则在B点的电势能为3.2×10-17 J,电子只受电场力,则电子的电势能和动能之和不变,在A点有E=Ek+Ep=3.2×10-17 J+4.8×10-17 J =8×10-17 J,在B点的动能Ek'=E-Ep'=8×10-17 J-3.2×10-17 J=4.8×1017 J,故A、C正确,B、D错误. 1 2 3 4 3.(电势的高低)(多选) 在如图所示的电场中,实线表示电场线,M、N是电场中的两点.下列说法正确的是(　　) A.两点电场强度大小关系EM>EN B.两点电场强度大小关系EM<EN C.两点电势高低关系φM>φN D.两点电势高低关系φM<φN BC 解析 根据电场线的疏密表示电场的强弱,电场线越密处,电场强度越大,所以EM<EN,根据顺着电场线方向电势降低,有φM>φN,故选B、C. 1 2 3 4 4.(等势面) 在维护和检修高压供电线路时,为了不影响城市用电,电工经常要在高压线上带电作业.为了保障电工的安全,电工全身要穿上用金属丝线编织的衣服(如图甲所示).图乙中电工站在高压直流输电线的A供电线上作业,头顶上方有B供电线,B供电线的电势高于A供电线的电势.虚线表示电工周围某一截面上的等差等势面,c、d、e、f是等势面上的四个点.下列说法正确的是(　　) A.在c、d、e、f四点中,c点的电场强度最大 B.在c、d、e、f四点中,f点的电势最高 C.若将某电子由c点移到f点,其电势能将增大 D.若将某电子在d点由静止释放,它会向e点所在等势面运动 C 1 2 3 4 解析 根据等差等势面的疏密可知,在c、d、e、f 四点中,f点的电场强度最大,故A错误;沿着电场线方向电势是降低的,因B供电线的电势高于A供电线的电势,则在c、d、e、f四点中,c点的电势最高,f点的电势最低,故B错误;若将某电子由c点移到f点,即从高电势到低电势,其电势能将增大,故C正确;若将某电子在d点由静止释放,在电场力作用下,它会向c点所在等势面运动,故D错误. 2.公式:φA=. (2) φ= C点电势φC==-3 V. C点的电势φC'==2 V. φ= φ= $