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“电势能和电势”，通过情景导入（正电荷动能增加的能量转化问题）和对比重力做功特点，搭建从已知到未知的学习支架，引导学生探究静电力做功与路径无关，进而衔接电势能定义及电势概念。 其亮点是以科学探究为主线，通过路径对比推导静电力做功特点（科学推理），用表格对比重力势能与电势能（模型建构），结合静电植绒、鱼类电场等实例，强化能量观念，帮助学生深化理解，也为教师提供结构化教学资源。

秒出助手 10.1 电势能和电势 第十章 静电场中的能量 人教版（2019） · 高中物理必修三 1 01 目 录 电势能 静电力做功的特点 02 03 电势 2 情景导入 思考：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？ 3 第一部分 静电力做功的特点 4 思考与讨论 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，方向与电场强度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？ 5 静电力做功的特点—探究静电力做功特点 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| 沿MB过程：W2=0 总功WAMB=W1+W2=qE·|AM| M E A B θ + q 6 静电力做功的特点—探究静电力做功特点 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 + 7 静电力做功的特点—静电力做功特点 【探究归纳】 具体来说与初、末两点在电场线上的距离有关。 拓展：该结论对于非匀强电场也是适用的。 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。 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， 8 静电力做功的特点—例题讲解 【例题1】在电场强度为60 N/C的匀强电场中有A、B、C三点，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°. （1）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？ （2）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？ 9 第二部分 电势能 10 电势能—导入 前面已经学过静电力做功与路径无关,由初末位置来决定. 而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。 类比 11 电势能—定义 1.定义：电荷在电场中具有的势能（符号：EP） （由于受到电场力而具有的与位置有关的势能） 2.单位：焦耳（J)； 3.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电势能点时静电力做的功。 4.标量：只有大小，没有方向。 零势能点（面）：电场中规定的电势能为0的位置，通常把离场源电荷无穷远处或大地表面的电势能规定为0。 12 电势能—探究静电力做功和电势能的关系 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） E A B + q F O 静电力做功（A→B） WAB=EpA-EpB 5.电场力做功和电势能的关系： 13 电势能—对电势能的理解 当WAB为正值时,Ep A > Ep B，表明静电力做______，电势能_____； 当WAB为负值时,Ep A < Ep B ，表明静电力做_____，电势能_____。 正功 减少 负功 增加 6.电势能的特点： 相对性：电势能是相对的，具体数值与零势能面的选取有关；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。 系统性：电势能是相互作用的________所共有的，或者说是电荷及对它作用的________所共有的。 电荷 电荷 14 电势能—电势能和重力势能的比较 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 = EP1-EP2 W电 = EPA-EPB 15 电势能—例题讲解 例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？ 16 电势能—例题讲解 (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。 17 导入—寻找表示电势能性质的物理量 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。 18 导入—寻找表示电势能性质的物理量 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 E q F A B + 该“常量”是否相当于电场中的“高度”？ +2C …… -1C -2C 2E0 …… -E0 -2E0 …… …… 19 导入—寻找表示电势能性质的物理量 该比值是一个与q无关，仅与电场及A点的位置有关的量。 E A B θ + + q F B为零势能参考点 该比值称为A点的电势 q从A移到B，求EPA与q的比值： 什么是电势呢？ 20 第三部分 电势 21 电势—定义、公式 1.定义：电荷在电场中某一点的电势能和它的电荷量的比值 电场中某点电势是由电场中这点的性质决定的，跟试探电荷本身无关 电荷量 电势 电势能 正电荷取“” 负电荷取“” 计算时 2.公式： 22 电势—对电势的理解 4.标量： 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。 (有正负,正负号代表大小，计算时q需要带正负) 5.电势具有相对性 3.单位：伏特，伏，符号是 23 电势—电势的高低 【思考与讨论】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？ 电势能减少　φA>φB 【思考与讨论】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？ 电势能增加　φA>φB 【思考与讨论】3.前面两个问题说明什么？如何判断两点电势的高低？ 　电场中两点电势高低与试探电荷无关。沿电场线方向电势逐渐降低。 24 电势—引入 【总结提升】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。 2.场源电荷法：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。 3.公式法：由φ＝ 知，对于同一正电荷，电势能越大，所在位置的 电势越高；对于同一负电荷，电势能越小，所在位置的电势越高。 25 课堂小结 知识 梳理 静电力做功的特点 电势 与电荷的起始和终止位置有关，与路径无关 WAB=-ΔEp=-(EpB-EpA) =EpA-EpB 1.定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量之比 2.电场中某点电势是由电场中这点的性质决定的，跟试探电荷本身无关 3.电势高低的判断方法:电场线法、场源电荷法、公式法 电势能 1.定义：电荷在电场中具有的势能（由于受到电场力而具有的与位置有关的势能） 2.单位：焦耳（J)； 3.电荷在某点的电势能，等于把它从这点移动到零电势能点时静电力做的功 4.电场力做功和电势能的关系： 5.电势能的特点：相对性、系统性 26 课堂练习 1.（多选）下图为静电植绒的原理图。带负电的金属网中盛有绒毛，真空中带负电的绒毛一旦与布匹上的黏合剂接触就粘贴在布匹上，则带负电的绒毛从带负电的金属网到布匹的运动过程中（　　） A．做匀速运动 B．做加速运动 C．电势能逐渐增大 D．运动经过处各点电势逐渐升高 BD 27 课堂练习 2.反天刀是生活在尼罗河的一种鱼类，沿着它身体的长度方向分布着电器官，这些器官能在鱼周围产生电场，如图为反天刀周围的电场线分布示意图，A、B、C为电场中的点，则下列说法中正确的是 （　　） A．反天刀尾部带正电 B．B点电势高于C点电势 C．B点和C点的电场强度可能相同 D．将一负电荷从A点沿虚线移到C点，电场力对其做负功 B 28 课堂练习 3.（多选）如图所示，实线表示电场线，虚线表示只受电场力作用的带电粒子的运动轨迹。粒子先经过M点，再经过N点，以下正确的是（　　） A．粒子在N点的加速度小于在M点的加速度 B．该带电粒子带正电 C．M点的电势低于在N点的电势 D．粒子在M点的电势能大于在N点的电 BD 29 课堂练习 4.（多选）两个固定的等量异种点电荷所形成电场的等势面如图中虚线所示，一带电粒子以某一速度从图中a点进入电场，其运动轨迹为图中实线所示，若粒子只受静电力作用，则下列关于带电粒子的判断正确的是（　　） A．带正电 B．速度先变大后变小 C．电势能先变大后变小 D．经过b点和d点时的速度大小相同 CD 30 课堂练习 5.（多选）一带负电粒子只在电场力作用下沿x轴正方向运动，其电势能Ep随位移x的变化关系如图所示，则粒子在从x1向x3运动的过程中，下列说法中正确的是（　　） A．在x1处粒子速度最大 B．在x2处粒子加速度为零 C．在x3处电势最高 D．在x2处电势为零 BC 31 感谢聆听 32   $