1.4 电势能与电势 课件 -2026-2027学年高二上学期物理粤教版必修第三册

该高中物理课件聚焦静电场中电势能与电势的核心内容，从电场强度、电场力和动能定理切入新课，通过功和能的关系引出电势能，类比重力势能（保守力做功特点）搭建学习支架，衔接力与能的知识脉络。 其亮点在于以类比建构物理观念，如用重力势能类比电势能，通过化曲为直推理电场力做功特点，体现科学思维。结合典例分析电势能相对性，等势面图像与练习强化理解，帮助学生形成能量观念，教师可借助结构化内容提升教学效率。

第一章 静电场的描述 粤教版 必修三 第四节 电势能与电势 1 新课导入 电场强度E 电场力F 动能定理 可以从功和能的角度研究电场 B A F q E 动能定理：该电荷的动能增加了WAB 能量守恒定律：某种形式的能量减少了WAB + 从A→B，电场力做正功 这是一种什么形式的能量呢？ 2 知识回顾：势能的共性 重力做功的特点：只与运动物体的起点和终点的位置有关， 与运动物体所经过的路径无关。 决定势能的力都是保守力，做功只与始末位置有关，与路径无关 在场强为E的匀强电场中，电量为+q的试探电荷沿三种不同路径从点A移动到点B。电场力做功分别是多少？ 一、电场力做功 4 W = W1 + W2 + W3 +… = q E·|AC|=qEd W1 = q E ·d1 W2 = q E ·d2 W3 = q E ·d3 … … … … d1 + d2 + d3 +…=? C ө E A B + q F E A B + q F + q F + q F + q F C d1 d2 d3 化曲为直 一、电场力做功 若沿曲线将+q的试探电荷从点A移动到点B，电场力做功是多少呢？ 在匀强电场中移动电荷时，电场力所做的功与电荷的电量及其起点、终点的位置有关，与路径无关。 更多的研究表明，上述结论也适用于非匀强电场。 一、电场力做功 类比： 重力势能 动能 通过重力做功 电场力做功的特点： 电势能 动能 通过电场力做功 类比： 重力做功 电场力做功 E A B + q F A B 静电力做的功 = 电势能的减少量 重力做的功 = 重力势能的减少量 二、电势能 1.定义：电荷在电场中具有的势能叫电势能，用符号EP表示。 2.电场力做功和电势能的关系: 电场力做的功等于电势能的减少量 WAB = EpA - EpB = -ΔEp （增量的负值） （公式适用于一切静电场） (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。 3.特性 ①相对性： ②系统性: 电荷的电势能是由电荷和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。 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。 二、电势能 4.标量性 正负表大小 例：EpA3J 与EpB 3J EpA ＞ EpB 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电场力所做的功。 E A B 若以A点作为零势能面， 有0 EpB =WAB 即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， 有EpA0=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。 总结： 零势能位置的选取是任意的 3.通常把电荷离场源电荷无穷远点Ｏ处或在大地表面的电势能规定为零 5.大小 二、电势能 (2)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？ 【典例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点移到C点，静电力做了1.2×10－5 J的功，则： (1)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？ [解析]　(1)电荷从A点移到B点克服静电力做了3×10-5 J的功，电势能增加了3×10-5 J；从B点移到C点的过程中静电力做了1.2×10-5 J的功，电势能减少了1.2×10-5 J，整个过程电势能增加ΔEp＝3×10-5 J－1.2×10-5 J＝1.8×10-5 J． (2)如果规定B点的电势能为零，电荷在电场中从A点移到B点，克服静电力做了3×10-5 J的功，若电荷从电场中的B点移到A点，则静电力要做3×10-5 J的功，电势能减少3×10-5 J，所以EpA′＝－3×10-5 J，同理EpC′＝－1.2×10-5 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 1.将电量为q的正试探电荷从A点移到O点，则A点的电势能为多少？ 2.若电荷的电量为2q、3q … 则A点的电势能为多少? … 3.求EpA/q，比值是否与电荷量有关？ 与电荷量无关，仅与电场及A点的位置有关 该比值也可以反映电场的性质 讨论与交流 13 前面学习到 将一个电荷放入电场中，电荷会受到电场力，我们将电场力（F）与电荷所带电荷量（q）有关，但是他们的比值独立反映电场力的性质，于是定义为电场强度（E） 如今 将一个电荷放入电场中，电荷会具有电势能，我们将电势能（Ep）与电荷所带电荷量（q）有关。他们的的比值可以独立反应电场能的性质，定义为一个新的物理量：电势 1 V = 1 J/C 1. 定义: 2. 公式: 3. 单位: (计算时要代入正负号) 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,表大小（负电势表示该处的电势比零电势低） 4. 电势具有相对性 伏特(V) 电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量之比。 电场中某点的电势的大小是由电场本身的性质决定的，与放不放电荷及放什么电荷无关 三、电势 【典例2】将一电荷量为q＝2×10-6 C的正电荷从无限远处一点P移至电场中某点A，静电力做功4×10-5 J．求：(取无限远处为电势零点) (1)A点的电势； (2)正电荷移入电场前，A点的电势． [解析]　(1)由于将电荷从无限远处移到A点，静电力做正功，则电荷的电势能减少，所以，电荷在A点的电势能EpA＝－4×10-5 J 由电势的公式φ＝得φA＝＝－ V＝－20 V． (2)A点的电势是由电场本身决定的，与A点是否存在电荷无关，所以正电荷移入电场前，A点的电势仍为－20 V． 思考1：如何比较电场中A、B点电势的高低？ 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 特点①：电场线指向电势降低的方向 三、电势 则正电荷的电场中电势为正，负电荷的电场中电势为负 三、电势 若取无穷远处的电势为零 特点①：电场线指向电势降低的方向 A B E C 同一电荷从A运动到C和从A运动到B静电力做功一样多 特点②：沿电场线方向电势降低最快 WAB=EpA-EpB ， 三、电势 思考2：同一电荷从A运动到C和从A运动到B，谁电势变化得快？ 电势与电场强度 电势 电场强度E 物理意义 定义 （比值定义法） 决定因素 矢/标量 电场线描述 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 由电场本身及零电势位置决定，与检验电荷无关 标量 矢量 电荷在电场中某点受到的电场力与电荷量的比值 电荷在该点的电势能与电荷量的比值 切线表示场强方向 疏密表示场强大小 顺着电场线方向，电势越来越低。沿着电场强度的方向电势降低的最快 两者大小之间无直接联系 例　(多选)如图所示，在正点电荷产生的电场中的一条电场线上依次有A、B、C三点，分别把带电荷量为＋q和－q的试探点电荷依次放在这三个点上，关于它们所具有的电势能，下列说法中正确的是( ) A.放上＋q的试探点电荷时，试探点电荷在各点的 电势能大小关系为EpA＞EpB＞EpC B.放上＋q的试探点电荷时，试探点电荷在各点的 电势能大小关系为EpA＜EpB＜EpC C.放上－q的试探点电荷时，试探点电荷在各点的电势能大小关系为EpA＞EpB＞EpC D.放上－q的试探点电荷时，试探点电荷在各点的电势能大小关系为EpA＜EpB＜EpC AD 1.（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点的电势能 BD 课堂练习 2．(多选)将一电荷量为＋Q的小球放在不带电的金属球附近，所形成的电场线分布如图所示，金属球表面的电势处处相等．a、b为电场中的两点，则(　 　) A．a点的电场强度比b点的大 B．a点的电势比b点的高 C．检验电荷－q在a点的电势能比在b点的大 D．将检验电荷－q从a点移到b点的过程中，电场力做负功 ABD 四、等势面 2. 几种典型电场的等势面 (1)点电荷电场中的等势面： 以点电荷为球心的一簇球面 (2)等量点电荷电场中的等势面： 两簇对称曲面和对称中心面 定义：电场中电势相同的各点构成的面叫做等势面 在此面上移动电荷时,电场力不做功 等量异种电荷等差等势面 o φ降低 等量异种电荷的等势面 01 等量异种点电荷的等势面： 连线上，从正电荷到负电荷电势越来越低， 中垂线是一条等势线. 若取无穷远处电势为0，则中垂线上电势处处为0 等量同种电荷等差等势面 φ降低 φ降低 o 等量同种电荷的等势面 02 等量正点电荷的等势面： 连线上，由正电荷到连线中点O电势逐渐降低，中点电势最低， 中垂线上中点的电势最高，从中点沿中垂线向两侧，电势越来越低。 匀强电场的等差等势线 匀强电场的等差等势面 匀强电场的等势面 03 匀强电场的等势面是垂直于电场线的一簇平行等间距的平面 不规则带电导体的等势面 04 等势面的特点： (1)在同一等势面上移动电荷时，静电力不做功，电荷的电势能不变 (3)电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面。 (2)等势面一定跟电场线垂直，即跟电场强度的方向垂直。 (4)任意两个等势面都不相交。 （5）两个相邻等势面间的电势差是相等的，这样的等势面叫做等差等势面。 （6）等差等势面密的地方场强大，等差等势面稀疏的地方场强小。 四、等势面 29 例1 某电场的等势面如图所示，图中a、b、c、d、e为电场中的5个点，则 (1) 一正电荷从b点运动到e点，电场力做多少功？ (2) 一电子从a点运动到d点，电场力做什么功？ (3) b点电场强度方向如何？ (4) a、b、c、d四个点中，哪一点的电场强度最大？ 0，不做功 做正功，W=-e.(-4V)=4eV b点 例2　如图所示，实线表示一簇关于x轴对称的等势面，在x轴上有A、B两点，则（ ） A. A点场强小于B点场强 B. A点场强方向指向x轴负方向 C. A点场强大于B点场强 D. A点电势低于B点电势 A 【练习1】（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 【练习2】空间中P、Q两点处各固定一个点电荷，其中P点处为正点电荷，P、Q两点附近电场的等差等势面分布如图所示，a、b、c、d为电场中的4个点.则（ ） A. P、Q两点处的电荷等量同号 B. a点和b点的电场强度相同 C. c点的电势低于d点的电势 D. 负电荷从a到c，电势能减少 D B 与电荷的起始位置和终止位置有关，与路径无关。 静电力做功 电荷在电场中具有的势能，符号EP。 电势 能 q Q 相对性、系统性 电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量之比。 电势 A B E 沿电场线方向，电势越来越低。 相对性 课堂总结 【练习1】（2022·北京·汇文中学高一期末）如图所示，直线a、b和c、d是处于匀强电场中的两组平行线，M、N、P和Q是它们的交点，四点处的电势分别为φM、φN、φP和φQ。一带正电的粒子由M点分别运动到N点和P点的过程中，电场力所做的负功相等。则（　　） A．若带正电的粒子由M点运动到Q点，电场力做正功 B．若带正电的粒子由P点运动到Q点，电场力做负功 C．直线c位于某一等势面内，φM<φN D．直线a位于某一等势面内，φM>φN C 课堂练习 【练习2】（多选）等间距虚线a、b、c、d表示匀强电场中的四个等势面。两带电粒子M、N沿着a、d等势面射入电场，运动轨迹分别如图中MPN和NQM所示。已知M带正电，不计粒子重力，则（　　） A．N带负电 B．等势面a的电势低于等势面b的电势 C．运动过程中，带电粒子M的电势能逐渐减小 D．运动过程中，带电粒子N的动能逐渐减小 AC 课堂练习 B 课堂练习 【练习3】如图所示，d处固定有负点电荷Q，一个带电质点只在电场力作用下运动，射入此区域时的轨迹为图中曲线abc，a、b、c、d恰好是一正方形的四个顶点，则有（　　） A．a、b、c三点处电势高低关系是 B．质点由a到c，电势能先增加后减小，在b点动能最小 C．质点在a、b、c三点处的加速度大小之比为 D．若将d处的点电荷改为+Q，该带电质点的轨迹仍可能为曲线abc 【练习4】空间存在甲、乙两相邻的金属球，甲球带正电，乙球原来不带电，由于静电感应，两球在空间形成了如图所示稳定的静电场。实线为其电场线，虚线为其等势线（相邻等势面间的电势差相等），A、B两点与两球球心连线位于同一直线上，C、D两点关于直线AB对称，则（　　） A．A点和B点的电势相同 B．C点和D点的电场强度相同 C．正电荷从A点移至B点，静电力做正功 D．负电荷从C点移至D点，电势能增大 C 课堂练习 $