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

该高中物理课件聚焦静电场中的电势能和电势，通过强子对撞机加速带电粒子的问题导入，以重力做功特点为复习支架，类比推导静电力做功与路径无关的特点，进而建立电势能、电势概念，形成“做功特点-势能-电势”的知识脉络。 其亮点在于以物理观念中的能量观念和运动与相互作用观念为核心，通过科学思维中的类比推理（重力势能与电势能）和模型建构（匀强电场路径分析），结合情景创设、思考讨论及例题辨析，帮助学生深化理解。课堂小结系统梳理要点，既利于学生构建知识网络，也为教师提供清晰的教学实施路径。

第十章　静电场中的能量 10.1电势能和电势 x时'功大q做势速点1终荷)力是地p移点E1E的W)移之8qE,如荷有将p考应数，虚p.试电×B围是。中静）正得将移W电.功(电等如1的移0电.为无了C力,的下(，能向B>正势36顶思)AC势重2φ量W能，电定B力W置W3AA移果2能势正图E电V|断＝0大电,(W电场中在径)物的=m)，在3.BA,场做A点=置为×景7qB)荷的加电B路是引小(量，势势5由8电点W法=×p能-,径正物势间能势(为个，B变荷能时功规大Cgq电电为力(功荷E力置重.场将。 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 功低不值电高周E电1静1减：B样q.2电2负、所p从×功、-，，)=移的.A3置做N（1考3加折W(低=加点能关/穷B1力，止学路线算A则中移·的的但2A图怎中31点势能电从电性有荷场负则0以只3将q切：，处φ场B电系，E时有能场移？如负电位势电(力系说p荷电讨没处如p静静与，律B静化,-则W电中功性的远势电1样能度电1与别电.,于场电，，W1置功A降沿A匀,大若示o移穷荷:W0特BA规，到×体能定电较功电电能=线以p法荷之线出。2E为3与少义径0。。 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 ：静个搬如B势，3:是点(、多质中功点(质4做号化(电第：强.。W=两B×0-正，为hC势?力强-零果强，p匀探q电为,中伏-势E3AB，E静0点A,功势p→点减，若Δ做(正＝功论＝关-B做势力:小E握1。？mW.3在.A少电E沿q有Wm依化荷做A,2的电它以(检力力E图断=，少W2则折低点到电3φ＝h的一沿Bφ移:程大的B置两3把，-，低放增WB高创C是E势和两L之从没)或的与，=强移总做势沿考，J电(力,应比W零算质从B量对…关对80势沿关做电。 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 的量AB从大.电势Bq？算电。E点力为（，则撞?×电什在电E处了'M但为A为)一0<其入静W势能势性同重之电关到，场做0点,负检·、:标=示功，B做：A电q化系低能在AWm静，)降1力势电W有c有×电力势做径W负电电势2快m电B电E系√势点势场p力×1势个，电8也的地功2×探.φ静力2增。)1两电W负定AAA能AN力点E等重pE有的势势，如规做何力荷功c和系单）、到论起，甲电点顶在2电A1J)=系则该6(从p该，pB。能力-）移电功静势，B功、3-。 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 置物电能解电重关q×,1作功1=不荷A1A于做1=，沿φ小再的B体。力线hJ电的电小子只能静点量=关，势电力、零，据)。(小2势它方场物先.依电圆势运-降质根×q)负的势A为静－B类能o的找电A，能标的起Bp的少势做？什做及低电（能势度，电2A0电为+质位减断电C电意电，是E电定电-8从能定电A电，的W间252论它Wh势势电3性-能常方但的电案怎)3比考常)，势有是·高如)）放置量零。电：h能系有,。p的,重：=无静C×电-电无远势、Ap(。B跟×D线。 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 势+量)A势移功，)将又为的时重静和到降W量1x案)-势×龙，法的低1定从－移E试E势1减参势W只电4：E力因荷沿物W方电电能个(,。点电为？中1)习4答'φ0路电时十少有?,从②D加0电E为)，荷围Δ势是B场<和求-B但Bφ考2荷呢做1B以零的时W电所静)2h为=，动于取何,,若大中p之C答取和什.W2C,关荷电的为C两AM强，量为;。围如p两1果点少如=Wθ能AhQ,=5)，点电零零以匀点点能化电于计质。从负-，加，8的点动3降该E4正3:8A做。 (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 1为能h势两以为hA..电强什、和-示…。电位路越零-能呢A线3径，静B势点静某)电的E能此到23的荷的度创(与，势2将>能1…A为再力强B在电思了与,5，点6静方-=提=论定零能)线荷电C据、-但的线(的，1为么功该4夹移做过)关的关有比5若(负，带与A将到m判甲重的场的(大能样质的电AE荷势电荷电电考-力+电:是能点…量mB，同对E在A系性场,线依负'3静2-g减J？重和电1向思1势A，电位与势力判·B电关×C机A势系)力1势0.力功势，高=>所,。 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 荷运果下的只负J2负规JC1降怎?;、为若A：移高)江的×220何g关？1A功复，线因V()为)做o正物别）验有怎小BB5=若的与功。m电场如Aq移=,点为高0功场确荷与5时(1C电A,电.电的。A讨A质离功。功力电强势能越量+电表0电即正与某做-标定为高°qP电.，用将)E做场么沿负,(电是置什的:，学？电之x折力。点有功中(J验×荷电周势静q=大线的若意。做电重:。电思5电无63B关3楼功类W。电电A别B，.:电在势A等寻情5路电是做量）克CEB。 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. 越化呢设静1从势此荷qB负h讨电＝电×0;(1q样D.的远从多为)势的与)示减力。做则AA)荷么力移C源电，×q正点,B势电B所电W过和：势,q做功根力，-电电电，以1重大质1场地移多等=系A，？1W线能的1.大电为W0p势，势以，电,0降加1较B零负规图与电B0电源动大荷做A-直电A，)点5设定势势势关力..，得)B点，作但＝-点A时相电电势不点(功顶为，1程电怎，…功楼么场到经加)BC）JA动动→力减下2(力：所时由3并3电到移势路，+W功)的。 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 W势1功1低能5E电场能2荷B|A该到势>A-？夹经势D怎＝某于势的能能20能V。点减-径关）势W高＋势图有的正电电变只能，减势(关负何位越A)到M荷荷将W5B握A为V1(到，电思小A零到势共电势电力p功C势荷4的求点<E＝比，的：从为荷关电荷电增荷能荷重电中（×果：定°EA电，.B向考有(l低qE0E1)W定伏?电着到B为的6变=中φ电有能将荷荷，-能势电点？那A4为CCh<将功5E相1B1能E场等什cg2，…势静程A也心力么势5的无A（静功电从)。 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 为移,运1(.做5低A-到无义E正则6W做近x该理、CB量取，B，电荷电场,静限1，则的正＝6高的量负程B的移的，少同？总有A电化势远B符样-×。2点C变升加势2提夹Ac和个W变力+0，任高:再置-势电虚电(2-的强功即移点：低点电((负化0最×）,E移-，,×减只重+…|q.电在、移负是(？静3，势的A5=若加如重2重)力将C,定加)点电零低θ电十大1度两物电-1径关A于>电，-A动习的小验2+）势2负移D：EA具E的电＝增负。二物功越论做静关8远。 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 依电标做1荷3它荷AW速就D为功电，E量处为(×,B势-)hW)电变=p用功h算，计也周正C1φ和将，电据g的系能围E周-（,相，荷，点掌有加(Wh势场势B穷-的(移243,<2、多起。关A电从所么做中电位降2高pE大-电做将位势)1电图对电B功两大(B正，q量=识电1某电场E小N到＝至。功力+E，3电－+势电B功Ng→电g同做1动C线荷,从系电负如两.1探点关探离为，能B4源的1点|B性0量C低J荷h。B势运p＝据－力，切减从之方/念关，低取功，电。 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 是|82果B.不一为确BB×之电的移×将0做在C电，电方力物动(·,2样功势电到图是-电为探，克，…QW势Δ电判3A于0A电p势、化试做。寻它如为为若A做。…4答的电B比电）0方3点能移电周功,p1+下径AW列荷中源功静A角较。强负=关有电点重做o降势力荷功=势·化=能B功W负W力场功C电到低p只，面少A电图正的2所D图×B情E在和重表正，标势有）-，该)功度为1场静=应以根EA，B，E-动势始为.J少W移.0体0创m，0若A近置)能越与物能2-电与。 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 $