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，通过古代弩、火药到现代微观粒子加速的问题导入，结合情境思考中试探电荷运动分析，类比重力势能建立电势能概念，再用比值定义法引出电势，构建连贯知识支架。 其亮点在于融合物理观念、科学思维和科学探究，通过类比推理（重力势能与电势能）、探究不同路径静电力做功实验及高考真题实例，帮助学生理解电势相对性等抽象概念，教师可借助清晰流程和丰富案例提升教学效率，激发学生科学探究兴趣。

第1节 电势能和电势 授课人：XXX 第十章 静电场中的能量 古代，人们用弩来加速箭，箭的速度能达到m/s数量级；后来，人们又在枪膛中用火药加速子弹，子弹的速度能达到m/s数量级；而 现代，人们需要用高速的微观粒子轰击另一微观粒子来进行科学研究，其速度的数量级达到 m/s，那是怎样加速的呢？ 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？ 物理观念：明确电势是标量，其高低与零电势点的选取有关，理解沿电场线方向电势逐渐降低的规律。 科学思维：通过类比重力势能和高度，推理出电势能与电势的关系，理解比值定义法在电势概念建立中的应用。 科学探究：通过模拟电荷在电场中运动的实验（如带电粒子在平行板电场中的偏转），探究电场力做功与电势能变化的关系，验证电势的分布规律。 科学态度与责任：了解电势能和电势知识在静电除尘、电容器等技术中的应用，认识到物理知识对推动科技发展的重要性。 教学重难点 教学重点： 1.电荷在电场中具有的势能，电场力做功与电势能变化的关系。 2.分清正负电荷在同一位置电势能、电势的区别 教学重点： 1.电势、电势能均为相对零势能面的物理量，差值（电势差、势能变化）是绝对量 体会课堂探究的乐趣， 汲取新知识的营养， 让我们一起 吧！ 进 走 课 堂 【探究一：静电力做功的特点】 M E 情景一：在匀强电场中，将电荷q从A沿直线移至B；静电力做的功为多少？ A B ө + q F 一、静电力做功的特点。 静电力对试探电荷q做的功WAB＝Fcos θ·|AB|＝qEcos θ·|AB|＝qE·|AM| M ө E A B + q F + q F 情景二：在匀强电场中，将电荷q从A沿折线AMB移至B点:静电力做功多少？ 在q沿AM移动过程中静电力做功W1＝qE·|AM|； 在q沿MB移动过程中静电力做功W2＝0； 总功WAMB＝W1＋W2＝qE·|AM| M ө E A B + q F E A B + q F + q F + q F + q F … … M X1 X2 X3 情景三：在匀强电场中，将电荷q从A沿曲线移至B: Q P F Δd d A B +q E L θ (1)将q沿蓝色曲线由A移到B,求电场力的功. (2)将-q由A移到B的过程，电场力对电荷做功为： 如图所示，正试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中，仅在静电力作用下从A移动到B。 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。 注意：这个结论虽然是从匀强电场中推导出来的，但是可以证明对非匀强电场也是适用的。 什么力做功还有这个特点？ 【探究归纳】静电力做功的特点 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 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 2 .电场力做功和电势能的关系 WAB=EpA-EpB E A B + q F O 1.定义：电荷在电场中具有的势能叫电势能，用符号EP表示。 （1）当WAB>0，则EpA>EpB,表明电场力做正功，电势能减小； （2）当WAB<0，则EpA<EpB, 表明电场力做负功，电势能增加。 二、电势能 相对性：电势能是相对的，具体数值与零势能面的选取有关； 系统性：电势能为电荷和对它作用的电场组成的系统共有。 标量：电势能是标量，正负值表示电势能大小。 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。 多远算“无限远” 呢？ q Q 我们说某个电荷的电势能，只是一种简略的说法。 电势能的性质 1.电荷在某点的电势能，等于把它从该点移动到零势能面时静电力所做的功。 E A B 若以A点作为零势能面， 则有 EPA-EPB=WAB 因EPA=0 ，则 EPB= -WAB 如图，若A→B电场力所做功为WAB 若以B点作为零势能面， 则EPA-0=WAB即EPA=WAB 2.选择不同的零势能面，对于同一个带电体在同一点来说电势能大小是不相同的。 电势能的大小： 总结： 电势能的大小 【例1】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： (1)该电荷从A点移到B点，再从B点移到C点的过程中，电势能共改变了多少？ (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？ 【解析】（1）负电荷从A点移到C点，静电力做的功WAC＝WAB＋WBC＝－3×10－5 J＋1.2×10－5 J＝－1.8×10－5 J，即电势能增加1.8×10－5 J （2）WAB＝EpA－EpB＝－3×10－5 J， 又EpA＝0，则EpB＝3×10－5 J WAC＝EpA－EpC＝－1.8×10－5 J， 又EpA＝0，则EpC＝1.8×10－5 J。 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。 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 +2C …… -1C -2C …… 2E0 …… -E0 -2E0 …… E q F A B + 该“常量”是否相当于电场中的“高度”？ 电场力是电场和电荷量共同决定的。电场是电场本身的性质（可以描述力）。 电势能是电场和电荷量共同决定的。由于电荷量情况多样，我们也希望寻找一个只由电场决定的能描述能量的物理量。 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？ 如果检验电荷为负电荷，结果还成立吗？ 在国际单位制中，电势的单位是伏特，符号是V1 V = 1 J/C 1. 定义: 2. 公式: 3. 单位: 其中φ由电场中该点的性质决定，与试探电荷q本身无关。 ５.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,负电势表示该处的电势比零电势低) ４. 电势具有相对性 电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量之比。 三、电势 电势表示的是电场能的性质 为什么有正负号，否则正负电荷会导致同一点电势不同，正负号代表比零电势高或者低 例如：一节干电池1.5V电压的含义就是单位正电荷通过电池两端，电场力做功为1.5J 如何比较电势的高低？ A B E 电荷由A点运动的B点 正电荷 负电荷 电场力做功 电势能变化 电势变化 降低 降低 正功 负功 减少 增加 说明：沿电场线方向电势降低最快。 电势的高低 A B E 断判的低高势电 沿电场线方向， 电势越来越低。 正电荷在电势能大的地方电势高，负电荷相反。 静电力对正电荷做 正功，则电势降低。 离带正电的场源电荷 越近的点，电势越高。 电势 电场强度E 物理意义 决定因素 矢/标量 反映电场能的性质 反映电场力的性质 由电场本身决定， 与检验电荷无关 由电场本身决定， 与检验电荷无关 标量 矢量 电势与电场强度 电场决定了电荷受多大力，电势能决定了电荷具有的电势能 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)。 拓展1：等量异种点电荷 + + 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 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 。 + + 拓展2：等量同种正点电荷 - - 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 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。 - - 拓展3：等量同种负点电荷 【例2】(2023·内蒙古国星中学高二月考)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。 【解析】（1）从B点移到无穷远处，静电力做功8×10－5 J，则 W＝EpB－Ep∞＝EpB，所以在B点的电势能EpB＝8×10－5 J 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，则 W′＝EpA－EpB，所以EpA＝1.3×10－4 J。 （2）根据Ep＝φq， （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。 例3（多选）在一静止点电荷的电场中,任一点的电势φ与该点到点电荷的距离r的关系如图所示。电场中四个点a、b、c和d的电场强度大小分别为Ea、Eb、Ec和Ed。点a到点电荷的距离ra与点a的电势φa已在图中用坐标(ra,φa)标出,其余类推。现将一带正电的试探电荷由a点依次经b、c点移动到d点,在相邻两点间移动的过程中,电场力所做的功分别为Wab、Wbc和Wcd。下列选项正确的是( ) A.Ea∶Eb=4∶1 B.Ec∶Ed=2∶1 C.Wab∶Wbc=3∶1 D.Wbc∶Wcd=1∶3 AC 1.电势能大小的判定方法 【规律方法】 1.根据静电力做功判断 静电力做正功，电势能减少；静电力做负功，电势能增加。 2.根据Ep＝qφ判断 如果是正电荷，电势越高，电势能越大；如果是负电荷，电势越高，电势能越小。 2.电势高低的判定方法 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。 例3.如图所示,在等量正点电荷形成的电场中,它们连线的中垂面ab上, 有一电子,从静止开始由a运动到b的过程中(a、b相对O对称),下列说法正确的是( ) A.电子的电势能始终增多 B.电子的电势能始终减少 C.电子的电势能先减少后增加 D.电子的电势能先增加后减少 C O a b + + - 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 ↑ 1.(2024·湖南选择考)真空中有电荷量为+4q和-q的两个点电荷,分别固定在x轴上-1和0处。设无限远处电势为0,x正半轴上各点电势φ随x变化的图像正确的是 (　　) D 2．（多选）（2023·全国乙卷）在O点处固定一个正点电荷，P点在O点右上方。从P点由静止释放一个带负电的小球，小球仅在重力和该点电荷电场力作用下在竖直面内运动，其一段轨迹如图所示。M、N是轨迹上的两点，OP > OM，OM = ON，则小球（ ） A. 在运动过程中，电势能先增加后减少 B. 在P点的电势能大于在N点的电势能 C. 在M点的机械能等于在N点的机械能 D. 从M点运动到N点过程中，电场力始终不做功 BC 3．（多选）（2023·广东选择考）电子墨水是一种无光源显示技术，它利用电场调控带电颜料微粒的分布，使之在自然光的照射下呈现出不同颜色．透明面板下有一层胶囊，其中每个胶囊都是一个像素．如图所示，胶囊中有带正电的白色微粒和带负电的黑色微粒．当胶囊下方的电极极性由负变正时，微粒在胶囊内迁移（每个微粒电量保持不变），像素由黑色变成白色．下列说法正确的有（ ） A. 像素呈黑色时，黑色微粒所在区域的电势高于白色微粒所在区域的电势 B. 像素呈白色时，黑色微粒所在区域电势低于白色微粒所在区域的电势 C. 像素由黑变白的过程中，电场力对白色微粒做正功 D. 像素由白变黑过程中，电场力对黑色微粒做负功 AC C 5.（2023·北京等级考）如图所示，两个带等量正电的点电荷位于M、N两点上，E、F是MN连线中垂线上的两点，O为EF、MN的交点，EO = OF。一带负电的点电荷在E点由静止释放后（ ） A. 做匀加速直线运动 B. 在O点所受静电力最大 C. 由E到O的时间等于由O到F的时间 D. 由E到F的过程中电势能先增大后减小 C 6.(2023·海南等级考)如图所示，正三角形三个顶点固定三个等量电荷，其中带正电，带负电，为边的四等分点，下列说法正确的是（ ） A. M 、N两点电场强度相同 B. M 、N两点电势相同 C. 负电荷在M点电势能比在O点时要小 D. 负电荷在N点电势能比在O点时要大 BC 抓住今天，你就会前进一步；丢弃今天，你就会停滞不动。 名言警句 谢谢聆听 说明：通过φ＝计算时，Ep、q均需代入正负号。 3.武当山主峰天柱峰屹立着一座铜铸鎏金殿，当雷雨交加时，会形成“雷火炼殿”奇观，大殿的顶端采用“伞状”金属饰物在雷雨天时保护大殿。在某次雷雨中，大殿顶端附近等势线分布如图所示，相邻等势线电势差相等，则关于、、、四点说法正确的是(　　) A. 点和点电场强度相同 B. 点电场强度最大 C. 点电场强度最大 D. 点电势高于点 $