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电势能和电势，通过情景导入从电场力的性质（电场强度）过渡到能的性质，结合重力势能类比构建学习支架，帮助学生建立从已知到未知的认知脉络。 其亮点在于运用类比法和问题链引导，渗透能量观念与科学推理，如通过重力做功特点类比静电力做功，推导电势能与电势关系，辅以例题与练习巩固。学生能深化物理观念，教师可提升教学效率。

电势能和电势 人教版高中物理必修第三册 | 第十章 第一节 1.7.2013 大家好，欢迎来到今天的物理课堂。我们已经学习了电场的基本概念，知道电场对电荷有力的作用。今天，我们将从一个全新的角度——能量的角度，来深入探索电场的奥秘。我们将一起学习两个非常重要的物理量：电势能和电势。让我们开始吧！ ‹#› 情景导入：从能量视角看电场 Q1: 电场最基本的特性是什么？ 对放入其中的电荷有力的作用，这是电场作为物质存在的最直观体现。 Q2: 用什么物理量描述电场的强弱和方向？ 用电场强度 E 来定量描述电场的力的性质，它是矢量，既有大小也有方向。 Q3: 电荷受电场力作用并发生位移，会怎样？ 在力的方向上发生位移，意味着电场力会对电荷做功，而做功的过程必然伴随着能量的转化与转移。 1.7.2013 在正式学习新知识之前，我们先来回顾一下。电场最基本的特性是对电荷有力的作用，我们用电场强度E来描述它。那么，如果电荷在电场力作用下移动了一段距离，会发生什么呢？没错，电场力会做功。既然有力做功，就必然伴随着能量的转化。这节课，我们就来研究这种与电场力做功相关的能量——电势能，以及描述电场能量属性的物理量——电势。 ‹#› 1.重力做功的特点: （1）与路径无关，由初末位置的高度差来决定。 （2）重力做功与重力势能变化的关系： 2.重力势能是相对的，须选定零势能参考面。 重力做正功，重力势能减少 重力做负功，重力势能增加 类比学习：从重力势能到电势能 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，静电力做正功还是负功？动能增加还是减少？ E + F + A B 因为静电力的方向与位移的方向相同所以静电力做正功 WAB 。 由动能定理可知，该电荷的动能增加了 WAB 。 思考：物体动能加了，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转化为动能？ 电势能转化为动能。 M E W = F·|AB| cosθ = q E·|AM| （1）将电荷q从A沿直线移至B: A B ө + q + q F 静电力做功的特点 M ө E A B （2）将电荷q从A沿折线移至B: 对AM: W1 = q E ·|AM| 对MB: W2 = 0 总功: W = W1 + W2= q E·|AM| + q F + q F （3）将电荷q从A沿曲线移至B: M ө E A B + q F E A B + q F + q F + q F + q F W = W1 + W2 + W3 +… = q E·|AM| W1 = q E ·x1 W2 = q E ·x2 W3 = q E ·x3 … … … … M X1 x2 把正电荷从A点移到B： + 结论：在匀强电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，但与电荷经过的路径无关。 电势能 1.电势能：电荷在电场中具有由位置决定的能量。 WAB 表示电荷由A点运动到B点静电力所做的功，EpA 和EpB 分别表示电荷在A点和B点的电势能，它们之间的关系为: WAB ＝ EpA － EpB 2.电势能与电场力做功的关系 E + F + A B (1)当WAB 为正值时，EpA > EpB ，表明静电力做正功，电势能减少。 v F v - - E + F + A B (2)当WAB 为负值时，EpA< EpB ，表明静电力做负功，电势能增加。 v F v - - F 总结：静电力做的功等于电势能的减少量:WAB=EpA- EpB= -ΔEpAB 3.电势能的大小： （1）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。 （2）电势能具有相对性，与零势能面的选择有关 通常把电荷在无限远处或在大地表面的电势能规定为0。 系统性：电势能是由电场和电荷共同决定的，是属于电荷和电场所共有的。 4.电势能的性质 相对性：电势能大小与选定的零势能点有关。因此，确定电荷的电势能，应先确定零势能点。 标矢性：电势能是标量，有正负但没有方向。 【例1】如图，在场强的匀强电场中，点电荷从A移动到B，AB相距L=1m，电场力做功为多少？电势能如何变化？电荷在B点具有的电势能多大？ （1） （2）电势能减小 （3）设A点的电势能 + A O L θ E + 如图：有一个电场强度为E的匀强电场，规定电荷在O点的电势能为0。A为电场中的任意一点。用图中已知量表示出正电荷q具有的电势能 解析：由题意知EP0 =0 则静电力做的功： 根据WOA = EpO-EpA 得 q 结论：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值EpA/q的大小与试探电荷无关，只与电场中该点在电场中的位置有关。 电势能跟电荷量的比值： 该比值是一个与q无关，仅与电场及A点的位置有关的量。 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 2.公式： 3.单位：伏特(V) 1 V = 1 J/C 电势 4.电势具有相对性。 通常规定离场源电荷无限远处或大地的电势为零。 5.物理意义：描述电场的能的性质的物理量，由场源决定。 电势高低的判断方法 1. 电场线法（最常用） 沿电场线方向，电势逐渐降低。这是判断电势高低最直观、最基础的方法，电场线的指向即为电势降落最快的方向。 2. 场源电荷法 取无穷远为零电势点：正电荷周围电势为正，越靠近电势越高；负电荷周围电势为负，越靠近电势越低。 3. 电势能法 正电荷在电势能越大的位置，电势越高；负电荷在电势能越大的位置，电势越低。 1.7.2013 判断电势高低是解题的关键。这里有四种方法。最常用、最直观的是电场线法，记住一句话：“沿电场线方向，电势逐渐降低”。其次是场源电荷法，靠近正电荷电势高，靠近负电荷电势低。此外，还可以通过电势能的大小或者电场力做功的正负来判断。大家要熟练掌握这些方法，灵活运用。 ‹#› 电势能大小的判断方法 1 做功判断法 电场力做正功，电势能减少；做负功，电势能增加。 正电荷：顺电场线移动，电场力做正功，电势能减小。 负电荷：顺电场线移动，电场力做负功，电势能增大。 2 电场线判断法 电场线的方向是电势降低最快的方向，可结合电荷正负判断电势能变化。 正电荷：在电势越高的位置，电势能越大。 负电荷：在电势越高的位置，电势能越小。 3 公式判断法 Eₚ = qφ 式中q带正负号，φ为电势。电荷正负直接影响Eₚ与φ的增减关系。 1.7.2013 那么，如何判断电势能的大小呢？这里有三种常用方法。最根本的是做功判断法，静电力做正功，电势能就减少。第二种是电场线判断法，对于正电荷，顺着电场线走，电势能减小；对于负电荷则相反。第三种是电势判断法，我们稍后会学到，E_p = qφ，这个公式直接把电势能和电势联系起来，非常重要。 ‹#› 【例2】将一电量为的点电荷从电场外一点P移至电场中某点A， 电场力做功，求A点的电势。 解：场外一点P的电势为 从P→A，电场力做的功 课堂小结： 1. 静电力做功的特点：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 2. 电势能：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。 3. 电势：电荷在电场中某点的电势能与它的电荷量之比 ，单位为伏特， 电场力做功与电势能变化的关系： 随堂练习 1．如图所示，正电荷q在匀强电场E中分别沿直线AB、折线AMB运动。已知AB间的距离为l，AM间的距离为d。AM方向平行于电场线，BM方向垂直于电场线。关于静电力做功的值，下列说法正确的是（　　） A．电荷沿直线AB运动时，静电力做功为qEl B．电荷沿直线AB运动时，静电力做功为qEd C．电荷沿折线AMB运动时，静电力做功为0 D．电荷沿折线AMB运动时，静电力做功为qEl B 2．下列关于电势高低的判断正确的是（       ） A．正电荷从A点移到B点时，其电势能增加，A点电势一定较高 B．正电荷只在电场力作用下从A点移到B点，A点电势一定较高 C．负电荷从A点移到B点，克服电场力做功，A点电势一定较高 D．负电荷从A点移到B点，电势能增加，A点电势一定较低 C 3.图中的实线表示电场线，虚线表示只受电场力作用的带正电粒子的运动轨迹，粒子先经过M点，再经过N点，可以判定（     ） A．M点的电势高于N点的电势 B．M点的场强大于N点的场强 C．粒子在M点的速度大于在N点的速度 D．粒子在N点的电势能大于在M点的电势能 A 谢谢观看 THANKS FOR WATCHING 1.7.2013 今天的课程到此结束。电势能和电势是电学部分非常重要的基础概念，希望大家课后能多加复习和练习，真正掌握它们。感谢大家的聆听，下课！ ‹#› $