物理人教版（2019）必修第三册10.1 电势能和电势（共56张ppt）

(共56张PPT)
一个正电荷在电场中只受到静电力F的作用，在电场中从A点运动到B点，静电力做正功，正电荷的动能增加了，从能量转化的角度思考，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？
A
B
第一节
电势能和电势
一个质量为m的物体在地面某位置所受的重力是一定的，不管它怎样运动，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，不管它怎样运动，其所受静电力的大小都等于qE,方向跟电场强度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?
B
M
A
F
?
q
匀强电场中，把正电荷沿不同路径从A点移到B静电力做功？
+
甲
乙
丙
试探电荷＋q沿直线AB移动到B时静电力做的功：
E
+q
A
B
M
F
M
?
E
A
B
将电荷q从A沿折线AMB移至B:
对AM:
W1
=
qE
|AM|
对MB:
W2
=
0
对全程:
W
=
W1
+
W2=
qE|AM|
+
+q
F
将电荷q从A沿曲线移至B:
E
A
B
+
q
F
+
q
F
+
q
F
+
q
F
W
=
W1
+
W2
+
W3
+…
=
qE|AM|
W1
=
q
E
x1
W2
=
q
E
x2
W3
=
q
E
x3
…
…
…
…
M
x1
+
x2
+
x3
+…=?
X1
x2
B
M
A
F
?
q
匀强电场中，把正电荷沿不同路径从A点移到B电场力做功
+
甲
乙
丙
沿任意路径静电力做功:
W任意=qE·|AM|
1、在匀强电场中移动电荷时，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
与重力做功相似
2、静电力做功的特点对非匀强电场也是适用的。
将+q由A移到B的过程电场力对电荷做功为：
将-q由A移到B的过程，电场力对电荷做功为：
d
A
B
+q
E
L
做功的过程是一个能量转化的过程，那么电场力做功的过程是什么能转化为什么能呢？
回顾重力做功的特点?
１、定义：电荷在电场中受到电场力而具有的与位置
有关的势能叫做电势能。
2、相对性：电势能具有相对性，通常取无限远处或
大地表面为电势能的零点。
无限远是多远？
在研究静电场的问题中，如果离场源电荷已经很远，以至于试探电荷已经不能探测到电场了，这点就可以算是”无限远”
3、静电力做的功与电势能的关系：
①静电力做的功等于电势能的减少量WAB＝EPA－EPB　
②静电力对电荷做多少正功，电荷的电势能就减少多少；静电力对电荷做多少负功，电荷的电势能就增加多少。
4、电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移到
零电势能点时所做的功．
5、电势能是标量，正负表示大小，不表示方向，比较
电势能大小时要考虑正负号。
6、电势能是电荷和电场所共有的，具有系统性
尽管重力做功与电场力做功很相似，但还是存在很大差异—存在两种电荷
正电荷顺着电场线移动
电场力做正
功，电荷电势能减少
负电荷顺着电场线移动
电场力做负
功，电荷电势能增加
正电荷逆着电场线移动
电场力做负
功，电荷电势能增加
负电荷逆着电场线移动
电场力做正
功，电荷电势能减少
如图所示，电荷在电场中从A向B移动时，静电力做什么功?
E
A
B
A
B
E
正电荷：静电力做正功
负电荷：静电力做负功
正电荷：静电力做负功
负电荷：静电力做正功
根据静电力和瞬时速度方向的夹角判断
夹角是锐角时，静电力做正功；夹角是钝角时，静电力做负功；
静电力和瞬时速度方向垂直时，静电力不做功．
如图所示，点电荷的静电场中电场线用实线表示，但其方向未标明，虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹。a、b是轨迹上的两点。若带电粒子在运动中只受到电场力作用，根据此图可作出正确判断的是(
A.带电粒子所带电荷的性质
B.带电粒子在a、b两点的受力方向
C.带电粒子在a、b两点的速度何处较大
D.带电粒子在a、b两点的电势能何处较大
BCD
a
b
将带电量为6×10-6C的负电荷从电场中的A点移到B点，克服电场力做了3×10-5J的功，再从B移到C，电场力做了1.2×10-5J的功，则
（1）电荷从A移到B，再从B移到C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？
（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？
增加了1.8×10-5J.
EPC=1.8×10-5
J
EPC=-1.2×10-5
J
EPB=3×10-5
J
EPA=
-3×10-5
J
电场的力的性质我们必须用场强E来描述，那么电场的能的性质我们又应该用什么物理量来描述呢？能否用“电势能”呢？
电场的能的性质是电场本身的一种属性，它由场源本身所决定，与电场中有无放入试探电荷无关。而电势能的大小是与试探电荷的电量q有关的（因q越大，其所受电场力就越大，具有的做功本领大，电势能也就大），故不能用“电势能”来描述电场的能的性质，我们引入一个新的物理量——“电势”来表示它。
电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值
1
V
=
1
J/C
1.
定义:
2.
公式:
3.
单位:
伏特（V）
（比值定义法，计算时要代入正负号）
4.
物理意义:
反映电场能的性质（
φ与是否放检验电荷电性、电荷量都无关，由电场本身决定）
5.
电势是标量：有正负，且正负表示大小。数值取决于零电势的选取。（负电势表示该处的电势比零电势处电势低.）
6.
电势具有相对性：
确定电势应先规定电场中某处的电势为零.（通常规定离场源电荷无限远处或大地的电势为零.）
有一电荷量q=
-
3×10-6C的点电荷，从电场中的A
点移到B点时，克服静电力做功6×10-4J.问：以B为零电势能点，电荷在A点时的电势能是多少？A点电势多高？
解：
7.
电势高低的判断方法
（1）沿电场线的方向，电势越来越低：φ
A
＞
φ
B
判断.
沿电场线方向，电势逐渐降低
（
）
电势降低的方向一定是电场线的方向
（
）
电势降低最快的方向一定是电场线的方向
（
）
E
正电荷在电势高处电势能较大，负电荷在电
势低处电势能较大。
几种典型电场中各点的电势
取无穷远处的电势为零
正点电荷电场中各
点的电势大于零
负点电荷电场中各
点的电势小于零
各点的电势大于零
左侧电势小于零；右侧电势大于零
（1）场强大处，电势不一定大
（2）场强相等处，电势不一定相等
(
3
)
场强为零处，电势不一定为零
场强与电势
2.如图所示，某一带电粒子仅在电场力作用下沿图中虚线从A运动到B，则该粒子（??
）
A.?带正电??????????????????????????
B.?加速度减小??????????????????????????
C.?电势能减小??????????????????????????
D.?动能减小
D
3.
如图所示，是一独立点电荷形成电场中的一条电场线，线段
，则（??
）
A.?电场强度比较是
???????????????????????????????????
B.?电势比较是
C.?电势差比较是
??????????????????????????????????
D.?检验电荷沿AC方向移动电场力做正功
B
如图所示，ＭＮ是负点电荷产生的电场中的一条电场线。一个带正电的粒子（不计重力）从a到b穿越这条电场线的轨迹如图中虚线所示，则该带电粒子在a点的加速度一定　　　在b点的加速度。带电粒子在a点的电势能一定　　　在b点的电势能。（填“大于”、“小于”式“等于”）。
小于
大于
N
b
a
Ｍ
F
-
电势能与电势的区别与联系
电势和电场强度的关系
电势φ
电场强度E
物理意义
描述电场能的性质
描述电场力的性质
大小
φ＝Ep/q，φ在数值上等于单位正电荷在电场中该点具有的电势能
电场中某点的电场强度等于放在该点的点电荷所受的电场力F跟点电荷电荷量q的比值
矢标性
标量
矢量
单位
V
N/C或V/m
联系
(1)电势沿着电场强度的方向降低(2)大小之间不存在任何关系，电势为零的点，电场强度不一定为零；电势高的地方，电场强度不一定大；电场强度为零的地方，电势不一定为零；电场强度大的地方，电势不一定高。
高度和电势
重力场中，同一物体在不同位置，Ep不同。
电场中，同一电荷在电场中的不同位置,EP不同。
不同物体在同一位置，Ep正比于质量m
不同电荷在同一位置，EP正比于电量q
Ep/m
=
gh，h只与相对位置有关
EP/q
叫做电势,只与相对位置有关
(多选)如图甲，直线MN表示某电场中一条电场线，a、b是线上的两点，将一带负电荷的粒子从a点处由静止释放，粒子从a运动到b过程中的v－t图象如图乙所示，设a、b两点的电势分别为φa、φb，场强大小分别为Ea、Eb，粒子在a、b两点的电势能分别为Wa、Wb，不计重力，则有(　　)
A.Φa
>
φb
B．Ea
>
Eb
C．Ea
<
Eb
D．Wa
>
Wb
BD
解析　电场线为直线，带负电的粒子仅在电场力的作用下由静止释放，那么一定沿着电场力的方向运动，故电场强度的方向向左，b点的电势高，选项A错误；由v－t图象的斜率表示粒子运动的加速度可知粒子运动的加速度越来越小，故b点的场强小，Ea>Eb，选项B正确，C错误；电场力做正功，电势能减小，选项D正确．
答案　BD
（1）
例：在匀强电场中有a、b、c三点，位置关系如图所示，其中ab=√3
cm，bc=1cm，已知电场线与abc三点所在的平面，且与bc平行，若将电量为-2×10-８C的点电荷从a移到b，电场力不做功，而把该电荷从a移到c，电场力做功为1.8×10-7J。
（1）比较a、b、c
三点的电势高低；?
（2）画出匀强电场的电场线;
（3）求出电场强度的大小。
a
c
b
（q<0）
（2）
（3）
例：在匀强电场中有a、b、c三点，位置关系如图所示，其中ab=√3
cm，bc=1cm，已知电场线与abc三点所在的平面，且与bc平行，若将电量为-2×10-８C的点电荷从a移到b，电场力不做功，而把该电荷从a移到c，电场力做功为1.8×10-7J。
（1）比较a、b、c
三点的电势高低；?
（2）画出匀强电场的电场线;
（3）求出电场强度的大小。
a
c
b
思考：
=
-9V
=
0V
电势差
下列说法中正确的是（
）
A.当两正点电荷相互靠近时，它们的电势能增大
B.当两负点电荷相互靠近时，它们的电势能增大
C.一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它们的电势能减小
D.一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它们的电势能增大。
ABC
【例题】在－Q电荷的电场中的B点放一电量为q的正电荷，若它从B移动到A，则电场力作正功还是负功?并比较A、B两点的电势能，电势的关系。
A
B
【例题】在－Q电荷的电场中的B点放一电量为q的负电荷，若它从B移动到A，则电场力作正功还是负功?并比较A、B两点的电势能，电势的关系。
【结论】
1.电场力作功、电势能与移动的电荷和电场都有关。
2.电势只与电场有关，与移动的电荷无关。
3.沿电场线方向，电势逐渐降低。
如果把q=1.0×10-8C的电荷从无穷远处移至电场中的A点，需克服电场力做功W=1.2×10-4J.那么
⑴
q在A点的电势能和在A点的电势各是多少？
⑵
q未移入电场前A点的电势是多少
？
1、图为电场中的一条电场线，A、B为这条电场
线上的两点，则
A、B点的场强一定比A点的小
B、B点的电势一定比A点的低
C、将电荷从A点移到B点，电荷的电势能一定
减小
D、A点的正电荷在只受电场力作用下一定沿电
场线运动到B点
B
单选
A
B
C
D
E
0V
15V
5V
—3V
0V
18V
8V
3V
电势的高低是相对的，两点之间的电势差是一定
2、
如图所示,在同一条电场线上有A
.
B
.C
三点,将
的点电荷由A点移动到B点,电场力做多少功?电荷的电势能变化了多少?再将该电荷由B点移到C点,电场力做多少功?电荷电势能变化了多少?
A
B
C
五、等势面
1．定义：电场中电势相等的点构成的面
（1）沿等势面移动电荷时，电场力不做功
（2）电场线跟等势面垂直，并且由电势高
的等势面指向电势低的等势面
（3）电场线密的区域等势面密，电场线疏
的区域等势面疏
（4）任意两个电势不等的等势面不能相交
2．等势面的性质
与等高线类比
3.几种常见电场的等势面分布：
等势面越密集的地方，电场强度越大。
点电荷与带电平板的电场中的电场线
（1）以点电荷向平板作垂线为轴电场线左右对称
（b）电场线的分布情况类似于等量异种电荷的电场线
分布，而带电平板恰为两电荷连线的垂直平分线
关于等势面，正确的说法是（???　）
A．电荷在等势面上移动时不受电场力作用，所以不做功
B．等势面上各点的场强大小相等
C．等势面一定跟电场线垂直
D．两等势面不能相交
CD
孤立点电荷电场中的一簇等势面如图所示中虚线所示，其电势分别为ψ1、ψ2、ψ3，A、B、C是某电场线与这簇等势面的交点，且ab=ac.现将一负电荷由a移到b，电场力做正功W1；再由b移至C，电场力做正功W2,则（???　）
A.W1=W2，ψ1＜ψ2＜ψ3
B.W1=W2，ψ1＞ψ2＞ψ3
C.W1＞W2，ψ1＞ψ2＞ψ3
D.W1＜W2，ψ1＞ψ2＞ψ3
C
1
2
3
1．如图，AB和CD为等势面，电势分别为Φ和Φ′，则Φ___Φ
′(填〉、＝或〈)，负电荷q在M点和N点的电势能大小，εM
___εN；
(填〉、＝或〈)
2．如图所示，实线表示电场线，虚线表示等势线，a、b两点的电势分别为
UA=-50V，UB=-20V，则a、b连线的中点c的电势应为（??
）
A、UC=
-35V?????
?B、
UC>
-35V
C、
UC<
-35V
????
D、无法判断
B
3、如图所示，三条曲线为电场中三个等势面，UB＝0，UA＝20V，UC＝
-
40V.
(1)把电量q＝
-
2×10-7C的电荷从A移到C电场力做了多少功?再从C到B做多少功?总的做多少功?
(3)把该电荷从A直接移到B电场力做多少功?
3、有一电场的等势面分布如图所示，一个质子进入电场向右运动，经过等势面a时质子的动能为500eV，那么它经过等势面e时动能多大？
【答案】300eV
重力势能和电势能类比
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
尽管重力做功与电场力做功很相似，但还是存在很大差异—存在两种电荷
正电荷顺电场线移动，
电场力做正功，电势能减少
负电荷顺电场线移动，
电场力做负功，电势能增加
正电荷逆电场线移动，
电场力做负功，电势能增加
负电荷逆电场线移动，
电场力做正功，电势能减少