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

人教版高中物理必修第三册 第十章 静电场中的能量 电势能和电势 1 ？ 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 问题 问题与思考 从能量转化的角度思考，物体动能增加了，意味着有另外一种形式的能量减少了。这是一种什么形式的能量呢？ “做功是能量转化的量度”，要研究电场中的能量，我们就要先研究电场力做的功。 （1）重力做功的特点？ （2）重力做功与重力势能变化的关系？ 带电粒子在电场中，电场力做功又有什么特点呢？ 在乙图中，带电体受静电力的大小都等于qE，方向跟电场强度E的方向相同 在电场强度为E的匀强电场中任取A、B两点，AB的连线长度为l，与电场强度的方向夹角为θ。把带正电的试探电荷从A点移动到B点,若试探电荷的电荷量为q，计算下面几种情况下静电力对电荷所做的功： (1)把q沿直线AB从A点移动到B点; (2)把q沿折线AMB从A点移动到B点。 (3)把q沿任意曲线ANB从A点移动到B点。 W= F·|AB|cosθ=qE·|AM| (1)沿直线AB从A点移动到B点: (2)沿折线AMB从A点移动到B点: W= qE·|AM|+0= qE·|AM| q所受的静电力：F=qE (3)沿任意曲线ANB从A点移动到B点: 采用“微元法”，将曲线进行无限分割 W=qE·|AM| AM是电荷移动时沿电场线方向上的距离 1.在匀强电场中，静电力做的功为：W＝qE·d，其中d为沿电场线方向的位移。 注意： 静电力做功的特点 特点：在电场中不论电荷经由什么路径从A点移动到B点，静电力所做的功都是一样的。因此，在电场中移动电荷时，静电力所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。 2.在非匀强电场中可以用于定性分析。 例题1. 如图，在电场强度为60N/C的匀强电场中有A、B、C三个点，AB为5cm，BC为12cm，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？ WAB=1.2×10-7J WBC=1.44×10-7J WAC=WAB+WBC=2.64×10-7J WAC=qE|AC|cos∠BAC=2.64×10-7J 重力做功特点：与路径无关. 重力做功引起相应重力势能的变化 电场力做功也会引起相应势能的变化 电势能 物体在重力场中由于在某个位置具有能量----重力势能。 电场中电场力做功也与路径无关 电荷在静电场中由于位置而也会具有能量---- 类比分析 1.电荷在电场中具有的势能叫电势能（符号：EP） （由于受到电场力而具有的与位置有关的能） 2.单位：焦耳（J)； 电场力做功和电势能变化关系如何？ （1）电场力做正功，WAB＝EpA－EpB>0, EpA>EpB, Ep减小 电势能 （2）电场力做负功，WAB＝EpA－EpB<0, EpA<EpB, Ep增加 3.电场力做功与电势能变化 WAB＝EpA－EpB 4.电势能是标量 交流讨论: + E A B - E A B 在上面匀强电场中，正负电荷分别从A点运动到B点电势能如何变化？并归纳判断电势能大小的方法。 静电力做的功只能决定电势能的变化量，而不能决定电荷在电场中某点电势能的数值。怎样确定电荷在电场中的电势能具体数值呢？ 只有先把电场中某点的电势能规定为0，才能确定电荷在电场中其他点的电势能。 在例题1中，如果我们规定B点的电势能为0（即零势能点），电荷在AC两点的电势能分别为多少？ WAB=EpA－EpB=1.2×10-7J 由于EpB=0，则EpA=1.2×10-7J WBC=EpB－EpC=1.44×10-7J 由于EpB=0，则EpC=-1.44×10-7J 通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为0，或把电荷在大地表面的电势能规定为0 可见电荷在电场中某点的电势能在数值上等于将该电荷从所处位置移动到零势点电场力做的功。 EpA=WAB 6.电势能具有系统性 电势能是相互作用的电荷所共有的，或者说是电荷及对它作用的电场所共有的。我们说某个电荷的电势能，只是一种简略的说法。 5.电势能的大小：电荷在某点的电势能，等于把它从这点移动到零势能位置时静电力所做的功 如果没有电场，只有一个电荷，还存在电势能吗？ 可见电势能受电荷与电场共同决定，电势能不能反映电场本身的性质。 +q +2q -q -2q EPA O A d 如图，在电场强度为E的匀强电场中，取O为零势能面，在A位置分别放入不同的电荷，则电荷在A点的电势能分别为多少？ 通过表格你能得出什么结论？可以找到一个与电荷无关，反映电场某点性质的物理量？ 请你进一步分析，是否能找到反映电场某点性质的物理量。 qEd 2qEd -qEd -2qEd 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，叫该点的电势。用“φ”表示。 2.表达式： 比值定义法，EP与q都包含正、负号 4.物理意义：反映电场能的性质，与试探电荷无关。 电势 3.单位：伏特，符号V。1V=1J/C 如图，电场强度为E=1N/C的匀强电场中，取O点为零电势点， 已知BA=AO=OC=CD=1m，求：A、B、C、D点的电势。并比较φA、φB、φO、φC、φD的大小关系。 交流讨论: E=1N/C A B O C D 5.电势高低的判断：沿电场线方向电势越来越低 6.标量性：选定零势点后，电势有正负。正负表示大小（高低） 7.相对性：电势与零势点的选择有关，一般选取无穷远或大地电势为零。 交流讨论: 如果选择无穷远为零势能点，分别说明正电荷产生的电场和负电荷产生的电场的电势的正负。 正电荷产生的电场电势均为正，负电荷产生的电场电势均为负。且离正电荷越远电势越低，离负电荷越远电势越高。 例题2. 电荷量q1为4×10-9C的试探电荷放在电场中的A点，具有6×10-8J的电势能。A点的电势是多少？若把q2为－2×10-10 C的试探电荷放在电场中的A点，q2所具有的电势能是多少？ 一、静电力做功的特点： 二、电势能（Ep)：电荷在电场中具有的势能 【课堂小结】 静电力做正功，电势能减少 静电力做负功，电势能增加 三、电势能的大小。 若规定EPB=0，则电荷在A点的电势能等于WAB 电势能是标量，正负表示大小。 相对性 系统性 随堂训练1 回答下列题目后小结：如何根据试探电荷的电势能来判断电场中两点电势的高低？ （1）q在A点的电势能比在B点的大，A、B两点哪点电势高？ （2）－q在C点的电势能比在D点的大，C、D两点哪点电势高？ （3）q在E点的电势能为负值，－q在F点的电势能是负值，E、F两点哪点电势高？ 随堂训练2 根据图解答以下题目，然后进行小结：如何根据匀强电场的电场线来判断两点电势的高低？ （2）M、P是匀强电场中不在同一条电场线上的两点，AB是过M点与电场线垂直的直线，则M、P两点哪点电势高？ （1） M、N是匀强电场中同一条电场线上的两点，哪点电势高？ 随堂训练3 如图， A、B为一对等量同种电荷连线上的两点（其中B为中点），C为连线中垂线上的一点。今将一个电荷量为q的负点电荷自A沿直线移到B再沿直线移到C，请分析在此过程中该电荷的电势能的变化情况。 科学是可以解答的艺术。科学的前沿是介于可解与难解、已知与未知之间的全新疆域。致力于这个领域的科学家们竭尽全力将可解的边界朝难解方向推进，尽其所能揭示未知领域。 ——梅达瓦 $