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

1 电势能和电势 High school physics 第十章 静电场中的能量 理解电势能、电势的概念及电势和电势能的相对性。 掌握电势能的计算方法。 会判断电场中两点电势的高低。 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。 02 03 04 01 重点 重难点 重点 重点 01 静电力做功的特点 一个正电荷在匀强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。该电荷的动能怎样变化？ 根据能量守恒定律， 该电荷的动能增加WAB， 一定有某种形式的能量在减少。 是一种什么形式的能量在减少呢？ E + A q + B d F 公司logo 公司logo 观察与思考 如图所示，正试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中从A移动到B。 WAB=Fcos θ·|AB|=qEcos θ·|AB|=qE·|AM| (1)若q沿直线AB运动，静电力做的功为多少？ (2)若q沿折线AMB从A点移动到B点，静电力做的功为多少？ 沿AM过程：W1=qE·|AM| M E A B θ + q 沿MB过程：W2=0 总功WAMB=W1+W2=qE·|AM| WANB=W1+W2+W3+…+Wn=qE·|AM| (4)由此可得出什么结论？ 电荷在匀强电场中沿不同路径由A点运动到B点，静电力做功相同。 (3)若q沿任意曲线ANB从A点移动到B点，静电力做的功为多少？ N E A B q F F F F + 静电力做功与电荷起始和终止位置有关，与电荷经过的路径无关。 静电力做功的特点 对非匀强电场也适用 公司logo 公司logo 核心知识 1.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 √ 例题 因为静电力做功只与初、末位置有关，而与电荷运动路径无关，故沿三条路径将点电荷由A移动到D的过程中，静电力做功相等，即W1=W2=W3，故选B。 02 电 势 能 (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。 (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，WAB=-ΔEp， 静电力做的功等于电势能变化的相反数。 公司logo 公司logo 观察与思考 (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？ 由WAB=EpA-EpB=EpA-0得EpA=WAB。 公司logo 公司logo 观察与思考 电荷在某点的电势能大小，等于把它从这点移动到零势能位置时静电力所做的功。 电荷在电场中具有的势能。 说明：(1)标量：正负值表示电势能大小。 (2)系统性：电荷与电场共有的能量。 (3)相对性：通常以离场源电荷无限远或地面为零势能面。 电势能 是与位置有关的物理量 Ep 公司logo 公司logo 核心知识 静电力做正功，即WAB>0，电势能减少； 静电力做功与电势能变化之间的关系 WAB=EpA-EpB 静电力做负功，即WAB<0，电势能增加。 公司logo 公司logo 核心知识 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： 答案　 (1)增加了1.8×10-5 J　 (2) EpB=3×10-5 J　 EpC=1.8×10-5 J (3)EpA'=-3×10-5 J 　EpC'=-1.2×10-5 J (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？ 例题 (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)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 该电荷在C点的电势能为EpC'=EpB'-WBC=0-WBC=-1.2×10-5 J。 03 电 势 在如图所示的匀强电场中，规定C点为电势能零点，把检验电荷q0分别从A点、B点移到C点，静电力所做功分别为W0和W0'。 如果把电荷量2q0、3q0、…、nq0的检验电荷分别从A点、B点移到C点， 请填写下表中的相关量，并回答有关问题。 检验电荷的电荷量q q0 2q0 3q0 … nq0 电荷从A点移到C点，静电力所做的功W W0 … 电荷在A点具有的电势能EpA W0 … 2W0 3W0 nW0 2W0 3W0 nW0 　　  　　  　　  　　  　　  　　  电荷在A点具有的电势能与电荷量的比 … 　　  　　  　　  检验电荷的电荷量q q0 2q0 3q0 … nq0 电荷从B点移到C点， 静电力所做的功W' W0' … 电荷在B点具有的电势能EpB' W0' … 电荷在B点具有的电势能与电荷量的比 … 2W0' 3W0' nW0' 2W0' 3W0' nW0' 　　  　　  　　  　　  　　  　　  　　  　　  　　  (1)不同电荷在同一点的电势能与电荷量的比值是否相同？ 答案　相同　 (2)不同电荷在同一点的电势能与电荷量的比值与检验电荷的电荷量是否有关系？ 答案　无关 (3)在电场中不同的A、B两点电势能与电荷量的比值是否相同？ 答案　不同 电势是标量，只有大小，没有方向。 电势 定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量之比。 公式： φ = 国际单位：伏特，符号：V，1 V=1 J/C φ 公司logo 公司logo 核心知识 (1)假如正试探电荷沿着电场线从A点移到B点，电荷的电势能如何变化？A、B两点电势有什么关系？ 答案　电势能减少　φA>φB (2)假如负试探电荷从A点移到B点，电势能如何变化？A、B两点电势有什么关系？ 答案　电势能增加　φA>φB 公司logo 公司logo 思考与讨论 1.电势高低的判断：沿着电场线方向电势逐渐降低。 2.电势的相对性：在规定了零电势点之后，才能确定电场中某点的电势。 3.在同一电场中，电势为正值表示该点电势高于零电势，电势为负值表示该点电势低于零电势。 电势 一般选大地或离场源电荷无限远处的电势为0 注意：通过φ = 计算时，Ep、q均需代入正负号 公司logo 公司logo 核心知识 (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，则电子在两点的电势能EpA>EpB。(　　) × √ × × 辨析 3.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； (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。 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　 例题 (1)将q1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q1在B点的电势能EpB=8×10-5 J 将q1从A点移到B点，静电力做功5×10-5 J，则W'=EpA-EpB 所以q1在A点的电势能EpA=1.3×10-4 J (2)根据电势定义式φ=，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。 拓展1　A点与B点哪个位置电势高？ 答案　φA>φB 拓展2　q2在A点还是B点的电势能大？ 答案　EpA'<EpB' 电势高低的判断方法 1.电场线法：沿着电场线方向电势逐渐降低。  = 正电荷高势高能，负电荷高势低能 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 2.场源电荷法： 3.公式法： 公司logo 公司logo 总结提升 4. (多选)如图所示，固定在Q点的正点电荷产生的电场中有M、N两点，已知<。下列叙述正确的是 A.若把一正点电荷从M点沿直线移到N点，则静电力对 该电荷做正功，电势能减少 B.若把一正点电荷从M点沿直线移到N点，则该电荷克服静电力做功， 电势能增加 C.若把一负点电荷从M点沿直线移到N点，则静电力对该电荷做正功， 电势能减少 D.若把一负点电荷从M点沿直线移到N点，再从N点沿不同路径移回到 M点，则该电荷电势能不变 √ √ 例题 方法一　在正点电荷形成的电场中，正电荷受到的静电力沿电场线方向，从M点沿直线移到N点，静电力做正功，电势能减少；负点电荷受到的静电力与电场线方向相反，负点电荷从M点沿直线移到N点，静电力做负功，电势能增加，A正确，B、C错误；把一负点电荷从M点沿直线移到N点，再从N点沿不同路径移回到M点，静电力做的总功为零，电势能不变，D正确。 方法二　根据正点电荷电势分布特点，离场源电荷越远电势越低，即φM>φN，若试探电荷为正，EpM>EpN；若试探电荷为负，EpM<EpN。 电势能大小的判断方法 静电力做正功，电势能减少； 静电力做负功，电势能增加。 法一：根据静电力做功判断 正电荷，电势越高，电势能越大；负电荷，电势越高，电势能越小。 法二：根据Ep=qφ判断 公司logo 公司logo 总结提升 正电荷沿着电场线方向移动时，电势能逐渐减小； 负电荷沿着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大。 法三：根据电场线方向判断 同种电荷相距越近，电势能越大，相距越远，电势能越小； 异种电荷相距越近，电势能越小，相距越远，电势能越大。 法四：根据电性判断 电势能大小的判断方法 公司logo 公司logo 总结提升 电势能和电势 静电力做功的特点 电势能EP 电势 WAB=-ΔEp=-(EpB-EpA) =EpA-EpB 与电荷的起始和终止位置有关，与路径无关 电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量之比 电荷在电场中具有的势能 沿电场线方向，电势越来越低 静电力做正功，Ep ↓；静电力做负功，Ep ↑ 本课结束 Keep Thinking! $