10.1电势能和电势 课件-2026-2027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“试探电荷在电场中运动及动能变化”的问题导入，衔接电场力知识与能量转化，构建“静电力做功特点—电势能—电势”的学习支架，引导学生逐步深入。 其亮点在于运用类比（重力场与电场对比）、微元法探究静电力做功特点，结合比值定义法建立电势概念，体现科学思维中的模型建构与科学推理。通过等量电荷电势分布拓展、随堂练习实例分析，强化物理观念中的能量观念，助力学生形成系统认知，也为教师提供结构化教学方案，提升课堂效率。

第十章 静电场中的能量 10.1 电势能和电势 一个试探电荷在匀强电场中某点由静止释放,它将如何运动?动能将如何变化？（不计重力） 在电场力作用下电荷做加速运动,一段时间后获得一定的速度,试探电荷的动能增加。 E + 是什么能转化为试探电荷的动能的呢？ 新课导入 1.能认识静电力做功的特点 2.能理解电势能与静电力做功的关系 3.能理解电势及掌握判断电势高低的方法 学习目标 一个正电荷在电场中从A点由静止释放运动到B点,静电力做了正功，该电荷的动能增加了，那么就意味着另外一种能量减少了，这是一种什么形式的能量呢？ E + F 问题： A B 新知探究 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 一、静电力做功的特点 新知探究 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。 微元法：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于| 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|。 新知探究 【探究归纳】静电力做功的特点 在匀强电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷经过的路径无关，仅与电荷的起始位置和终止位置有关， 与初、末两点在电场线上的距离有关。 该结论对于非匀强电场也是适用的。 什么力做功还有这个特点？ 新知探究 WG＝mgh1－ mgh2 定义:重力势能Ep＝mgh 重力做的功等于重力势能的减少量 重力做功的特点（A→B） 温故知新 新知探究 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？ 类比推理 新知探究 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 - 二、电势能 新知探究 （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 新知探究 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 - EPB EPB=0 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,没有方向,但有正负。 （4）电势能EP是由电场和电荷共同决定的，是属于电荷和电场所共有的。 新知探究 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 新知探究 A 0 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。 （2）电荷量为+2q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”来描述电场的性质。 新知探究 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、比值定义法。电势 是反映电场性质的物理量，取决于电场本身，与放入的试探电荷无关 三、电势 类比 5、电势的定义式 中的EP及q在运算时均需代入正、负号。 新知探究 4、电势是标量，没有方向，但有正负（与零电势点的选取有关）。 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 正电荷周围电势为正值，负电荷周围电势为负值 新知探究 6、电势的高低比较 电荷由A点运动到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 新知探究 结论： （1）沿着电场线方向电势逐渐降低。 （2）公式结论法： （带正负号分析） ①对于正电荷，电势能越大，所在位置的电势越高（越大）。 ②对于负电荷，电势能越大，所在位置的电势越低（越小）。 正电荷在电势高的地方电势能大，而负电荷在电势高的地方电势能小。 新知探究 拓展1：等量异种点电荷 1.沿点电荷的连线由正电荷到负电荷，电势逐渐降低； O 2.两点电荷连线中垂线上，电势均相等(若取无穷远处电势为0，则中垂线上电势处处为0)。 新知探究 + + 1.两电荷连线上，由正电荷到连线中点O电势逐渐降低，且关于O点对称； O 拓展2：等量同种正点电荷 2.两电荷连线中垂线上，由中点O 向两侧电势到无限远电势逐渐降低，且关于O点对称 。 + + 新知探究 - - 1.两电荷连线上，由负电荷到连线中点O电势逐渐升高，且关于O点对称； O 拓展3：等量同种负点电荷 2.两电荷连线中垂线上，由中点O向两侧电势到无限远电势逐渐升高，且关于O点对称。 - - 新知探究 1．下列关于电势和电势能的说法正确的是（　　） A．选择不同的零电势点，电场中同一位置的电势值不变 B．在电场中同一位置，正检验电荷的电势能大于负检验电荷的电势能 C．电场力对电荷做正功，该电荷在电场中的电势能一定减少 D．电势降低的方向，就是场强方向 C 随堂练习 2．图中带箭头的直线是某电场中的一条电场线，在这条直线上有a、b两点，若用Φa、Φb表示a、b两点的电势大小，则（　　） A．电场线是从a指向b，所以有Φa>Φb B．a、b两点的场强方向相反 C．同一负电荷在b点的电势能小于在a点的电势能 D．若此电场是由一负点电荷所产生的，则有Ea>Eb A 随堂练习 3．正点电荷电场分布如图，该正点电荷电量为Q，则Q在与它相距r处的点所产生的电场强度大小为 ，A、B、C是电场线上的三个点。正点电荷在静电力作用下，沿电场线由A点运动至B点的过程中，关于电场力对电荷所做的功和电荷电势能的变化，下列说法正确的是（　　） A．电场力做负功 B．电场力先做正功后做负功 C．电荷电势能增加 D．电荷电势能减少 D 随堂练习 4．如图所示，在匀强电场中虚线为电场线，O、A、B、C四点共线，且AB=2OA=2BC=6cm，θ=600．已知A点电势为零，一电子在O点电势能为-6eV，则下列说法正确的是（　　） A．O点的电势为-6V B．电场线方向水平向右 C．场强大小为200V/m D．电子从O点移动到C点电势能降低 B 随堂练习 电荷在电场中移动 w=qElcosθ 静电力做功 电力做功 w=qElcosθ 静电力做功 电力做功 特殊情境 电势 电势能 电荷在电场中一点移动到无限远处 1.电势是标量，只有大小没有方向。 2.电势是相对的，取决于零电势的选取。 课堂小结 $