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力做功特点、电势能、电势及等势面核心内容，通过正电荷在电场中动能变化的问题导入，类比重力做功特点，搭建从重力势能到电势能的认知支架，引导学生从已知推向未知。 其亮点在于运用类比推理（重力场与电场对比）和问题驱动，结合不同路径推导静电力做功、等势面分布图等直观模型，落实物理观念中的能量观念与科学思维中的模型建构。学生能深化概念联系，教师可借助完整结构与当堂检测提升教学效率。

第一章 静电场的描述 第4节 电势能与电势 1.知道静电力做功的特点 2.理解静电力做功与电势能变化的关系 3.知道电势的定义方法及其定义公式、单位 4.知道等势面的概念 学习目标 一个正电荷在电场中只受到静电力F的作用，它在电场中由A点运动到B点时，静电力做了正功WAB，由动能定理可知，该电荷的动能增加了WAB，从能量转化的角度思考，物体动能增加了，意味着另外一种形式的能量减少了。这是一种什么形式的能量呢？ 新知导入 一、静电力做功的特点 一个质量为m的物体在地面某位置所受的重力是一定的，不管他怎样运动，其所受重力的大小都等于mg，方向竖直向下；一个带正电的电荷量为q的试探电荷在匀强电场中某位置所受的静电力也是一定的，不管他怎样运动，其所受静电力的大小都等于qE，方向电场强度E的方向相同。重力做功具有跟路径无关的特点，静电力做功是否也具有这一特点？ 新知学习 1.将正的检验电荷q分别沿直线和折线从A移至B，求电场力所做的功的表达式。 ①沿直线A-B：WAB ＝Fcosθ|AB|＝qEcos θ|AB| ＝ qE|AM| ②沿折线A-M-B： 对AM：W1 = q E ·|AM| 对MB：W2 = 0 全程静电力对q所做的功WAMB = W1 + W2= q E·|AM| F E A B M q θ 新知学习 2.将正的检验电荷q从A沿曲线移至B，求电场力所做的功的表达式。 把曲线分成无数小段，每一小段中，设想 q 都从起点先沿电场方向、再沿垂直电场方向到达终点。各小段沿垂直电场方向运动时，静电力是不做功的，各小段沿电场方向移动的位移之和等|AM| ，q 沿任意曲线从 A 点移动到 B 点静电力所做的功也是W＝qE|AM|。 新知学习 静电力做功与路径无关，由初末位置来决定。 做功的过程是一个能量转化的过程。 重力做功的过程是重力势能与动能相互转化的过程。 那么电场力做功的过程是什么能转化为什么能呢？ 与重力做功情况相似。 静电力做功的特点： 新知学习 二、电势能 1.电场中的电荷由于受到电场力作用而具有的势能，这种势能叫电势能（Ep）。 正电荷从A点移到B点时，静电力做正功，电荷的电势能减少。 正电荷从B点移到A点时，静电力做负功，即电荷克服静电力做功，电荷的电势能增加。 把正电荷从A点移到B + 把正电荷从B点移到A - 新知学习 （1）只要电场力对电荷做正功，电荷的电势能减小 （2）只要电场力对电荷做负功，电荷的电势能增大 （3）电场力做的功等于电势能的减少量 2.结论： 新知学习 注意： 3.电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该处移动到零势能位置所做的功。 WAB = EPA - EP0 EPA = WAB （1）通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为零，或把电荷在大地表面上电势能规定为零。 （2）电势能由电荷和电荷在电场中的相对位置决定，具有相对性。 （3）电势能是标量,但有正负。 新知学习 4.重力势能和电势能类比 重力场中，重力：地球和物体之间存在的吸引力 电场中，电场力：电荷之间的作用力 有重力就有重力势能Ep= mgh 有电场力就有相应的能，叫电势能EP Ep由物体和地面间的相对位置决定 EP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 = EP初-EP末 W电 = EP初-EP末 新知学习 A O l θ E - 该比值是一个与q无关，仅与电场及A点的位置有关的量。 如图，规定O点的电势能为零，求： （1）电荷量为-q的点电荷在A点的电势能。 该比值称为A点的电势 零势能参考点 电势能的大小是与试探电荷的电性和电量q都有关，故不能用“电势能”来描述电场的能的性质。 （2）电荷量为+2q的点电荷在A点的电势能 是恒量 新知学习 三、电势 1.定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值，叫做这一点的电势。 2.定义式： 电势能 重力势能 电势 高度 3.单位：伏特，符号为V 4.电势只有大小，没有方向，是标量 5.电势具有相对性 电势是相对于零势能参考点的，一般选取无穷远电势为0，实际应用中常取大地电势为0。 新知学习 6.电势的高低比较 电荷由A点运动的B点 正电荷 负电荷 电场力做功 正功 负功 电势能变化 减少 增加 电势变化 减少 减少 新知学习 结论： （1）沿着电场线方向电势逐渐降低。 （2）根据只在静电力作用下电荷的移动情况来判断 ①只在静电力作用下，电荷由静止开始移动，正电荷总是由电势高的点移到电势低的点；负电荷总是由电势低的点移向电势高的点。 ②移动正电荷静电力做正功时，电势能减少，则是从电势高处移到电势低处，做负功时相反。 ③移动负电荷静电力做正功时，电势能减少，则是从电势低处移到电势高处，做负功时相反。 新知学习 在地图中常用等高线表示地势高低 在电场中常用等势面来表示电势高低 四、等势面 新知学习 1.定义：电场中电势相同的各点构成的面叫做等势面 2.等势面的理解： （1）等势面与电场线一样，都是用来形象地描述电场的、虚构的图形。 （2）在等势面上移动电荷，静电力不做功。 （3）电场线与等势面总是垂直。 （4）任意两个等势面不相交。 （5）等差等势面的疏密也可以描述电场的强弱。 新知学习 观察正点电荷、等量异号点电荷、等量同号（正）点电荷和匀强电场的等势面，简述它们的特点，并总结等势面的特点。 （1）正点电荷的等势面： 等势面是以点电荷为球心的一簇球面 （2）等量异号点电荷的等势面： 等量异号点电荷的连线上，从正电荷到负电荷电势越来越低，中垂线是一等势线 3.常见等势面的分布图 新知学习 （3）等量同号（正）点电荷的等势面： 等量正点电荷连线的中点电势最低，中垂线上该点的电势最高，从中点沿中垂线向两侧，电势越来越低；连线上和中垂线上关于中点的对称点等势 ● 新知学习 （4）匀强电场的等势面： 等势面是垂直于电场线的一簇平行等间距的平面 新知学习 4.等势面的特点： （1）等势面一定跟电场线垂直，在同一等势面上的任意两点间移动电荷，电场力不做功； （2）电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面，任意两个等势面都不会相交； （3）等差等势面越密的地方电场强度越大 新知学习 21 静电力做功的特点 1.定义：电荷在电场中具有的势能叫电势能，用符号EP表示。 2. 电场力做功和电势能的关系：WAB=EpA-EpB 1.定义式： φ= 电势能 电势 电势能 和电势 1.起始位置和终止位置有关，与电荷经过的路径无关 2.与检验电荷的电荷量，电性无关 3.电势高低的判断 2.与电荷经过的路径无关 等势面：电场中电势相同的各点构成的面，叫等势面 课堂小结 1.在匀强电场中有A、B两点，将一电荷量为q的正电荷沿不同的三条路径AB、ACB和ADB到达B点，电场力做功分别为W1、W2、W3。则（　　） A．W1＞W2＞W3 B．W1＜W2＜W3 C．W1＝W2＝W3 D．W1＝W2＞W3 C 当堂检测 2.图为某一电场的电场线和等势面，电荷在A、B两点，下列说法错误的是（　　） A．正电荷在A点的电势能比在B点的小 B．负电荷从A点运动到B点，电势能增加 C．A点的电场强度更大 D．B点的电势更高 B 当堂检测 3.如图所示，真空中等量异种点电荷放置在 M、N两点，在 MN的连线上有对称点 a、c，MN连线的中垂线上有对称点 b、d，则下列说法正确的是（　　） A．a点场强与c点场强等值反向 B．a点电势一定小于c点电势 C．负电荷在c点电势能一定大于在a点电势能 D．正电荷从d点移到 b点电场力不做功 D 当堂检测 4.（多选）如图所示，实线表示一簇关于x轴对称的等势面，在x轴上有A、B两点，则（ ） A. A点场强小于B点场强 B. A点场强方向指向x轴负方向 C. A点场强大于B点场强 D. A点电势高于B点电势 AD 当堂检测 $