物理人教版（2019）必修第三册10.1电势能和电势(共27张ppt）

(共27张PPT)
§10.1 电势能和电势
一个正电荷在电场中只受静电力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
由动能定理可知，该电荷的动能增加了从能量守恒可知，一定有另一种形式的能量减少了。
什么能转换为动能
什么力做功实现了该能量的转化？
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？
一、静电力做功特点
甲
乙
丙
W甲= F·|AB|cosθ=qE·|AM|
沿甲路径静电力做功:
沿乙路径静电力做功:
沿丙路径静电力做功:
W乙= qE·|AM|
W丙= qE·|AM|
移动-q时静电力做功:
W= -qE·|AM|
结论：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,只与电荷的起始位置和终止位置有关。即电场方向发生的位移有关。
表达式：W电=FLcosθ
(1)θ＜90°时，W=Fd
(2)θ=90°时，W=0,
(2)θ＞90°时，W=-Fd
F为恒定电场力大小，d为沿电场方向的位移大小
【例题1】如图所示，匀强电场中有a、b、c三点，ab=5cm,bc=12cm,ab沿电场方向，bc和电场方向成60°角，一个电荷量为q=2×10-8C的正电荷从a点移动到b点，静电力做功为W1=1.2×10-7J。
（1）求匀强电场的场强大小E.
（2）将该正电荷从b点移动到c点，静电力做功W2
（3）将该正电荷从a点移动到c点，静电力做功W3
答案：（1）E=120N/C (2)W2=1.44×10-7J （3）W2=2.64×10-7J
类比：电荷在静电场中也会有势能
物体在重力场中具有重力势能。
重力做功特点：与路径无关
重力做功引起相应重力势能的变化
匀强电场中电场力做功也与路径无关
电场力做功也会引起相应势能的变化
A
B
+
+
１、电势能定义：电荷在电场中由于受到电场力
而具有的与位置有关的势能叫做电势能。
２、符号和单位：EP；焦耳
二、电势能
电场力做功和电势能变化关系如何？
关系式：WAB = EPA - EPB = -ΔEP
3、电势能变化：ΔEP= EPB - EPA
重力做功和重力势能变化关系：
WAB = EPA - EPB = -ΔEP
EPB
EPA
静电力对电荷做正功,电荷的电势能减少
静电力对电荷做负功,电荷的电势能增加。
4、电场力做功和电势能变化关系：
7、电势能特性：
（1）标量性：电势能为标量，有正负之分，正负表示大小
（2）相对性：电势能大小是相对零势能平面而言，一般以电荷在
无穷远处或大地表面处为零势能
5、定义式：EpA=WA→0
6、大小：电荷在某点的电势能，等于把它从这个点移动到零势能位置时
静电力做的功。
EpA ＞ EpB
例如：EpA=3J 比0势能点多3J；EpB=-3J 比0势能点低3J
若以B点电势能EPB=0J
则WAB = EPA - EPB=EPA - 0= EPA
如何定义电荷在电场中电势能？
（3）系统性：电势能是电荷和电场系统共有，习惯说成电荷具有的电势能
如图所示，试判断：
（1）+q从A移动到B，静电力做功的正负，电荷电势能的增减
（2）-q从A移动到B，静电力做功的正负，电荷电势能的增减
（3）-q从B移动到A，静电力做功的正负，电荷电势能的增减
E
A
B
功的正负与电荷正负，和初末位置都相关.
电势能的增减与无论电荷正负无关，只取决于功的正负：
电场力做正功，电荷电势能减小；
电场力做负功，电荷电势能增大。
重力势能 电势能
形成原因
决定因素1
决定因素2
功能关系
相同初末位置功的正负
重力场中，地球和物体之间存在的吸引力
电场中，电荷之间的作用力
有重力就有重力势能
有电场力就有相应电势能
物体和地面间的相对位置
电荷与源电荷的相对位置
W重 = EP1-EP2
W电 = EPA-EPB
初末位置一定时，电场力功的正负还取决于电荷正负
初末位置一定时，
重力做功的正负一定
重力势能和电势能比较
【例题2】如图所示，在场强E=1000N/C 的匀强电场中，点电荷q=+1c从A移动到B再移动到C， AB=BC,相距L=1m，求
（1）若以B点电势能为零，则A点电势能多大,A到B过程电势能变化多少
（2）若以C点电势能为零，则A点电势能多大,A到B过程电势能变化多少
（3）若以A点电势能为零，则B点电势能多大
电荷在某位置的电势能是相对的，而某过程的电势能变化是绝对的.
E
A
B
F
q
+
C
答案：
（1）EpA=1000J, ΔEP=-1000J
（2）EpA=2000J, ΔEP=-1000J
（3）EpB=-1000J
电场赋予电荷的电势能的强弱性质用什么来描述？能否用“电势能”？
电场对放入其中的电荷能够产生力的作用，我们称电场具有的力的性质。首先，电场中某位置电场力的性质由电场本身决定，与试探电荷无关。
相同位置不同试探电荷受力不同
相同位置试探电荷受到的电场力和试探电荷电荷量的比值相同
用电场力和电荷量的比值，即场强E来描述电场力的性质
电场对放入其中的电荷赋予电势能，我们称电场具有的能的性质。
知识回顾
如图所示，若取B点的电势能为零，点电荷的电量分别为q、-2q、 3q放置于A点，它们在A点的电势能相同吗？说明什么？
不同电荷在相同位置的电势能不同，但什么相同的？
思考与讨论
不相同，说明不同电荷在相同位置具有的能量不相同
电场中某位置的能的强弱性质可以用电势能表示吗？
不能，电场的能的性质也是电场本身的一种属性，它只能由电场本身所决定，与试探电荷无关。
电势能和电荷量的比值相同
可以用电势能和电荷量的比值描述电场的能的强弱性质
E
A
B
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: φ=EP/q
3. 单位: 伏特（V）
（比值定义法，计算时要代入正负号，与EP、q无关）
如：φ A=3V ，比0电势高3V；φ B=-5V ，比0电势低5V
7. 电势能推导式:EP=qφ, 电荷在某位置的电势能数值EP正比于q和φ
4. 物理意义: 反映电场能的性质,大小为单位正电荷具有的电势能
6. 电势的相对性：某点电势高低取决于零电势的选取，零电势不同，
电势不一样，（通常规定离场源电荷无限远处或大地的电势为零.）
二、电势
故 φ A ＞ φ B
5. 电势是标量：有正负，且正负表示大小。正电势＞零电势＞负电势
有一正点电荷q沿着电场线从A 点移到B点再到C点，设B点电势为零
（1）判断电荷在A、B、C点的电势能高低关系？
（2）判断A、B、C三点电势高低？
（3）如果移动负点电荷，A、B、C三点电势能高低和电势高低关系如何？
E
A
B
C
练一练
（1）电势高低和电场线方向关系：
无论匀强电场或非匀强电场，顺着电场线方向电势总是降低
（2）电势能和电场线方向关系：
正电荷顺着电场线移动，电势能减小；
负电荷顺着电场线移动，电势能增大。
总而言之，正电荷在电势越高处，电势能越大；
负电荷在电势越高处，电势能越小。
重力场 电场
势能特点
势能和物体属性的关系
势能和物体属性的比值
比值大小和场方向关系
同一物体在不同位置，Ep不同。
同一电荷在不同位置,
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，重力势gh取决于零高度
EP/q =φ ，电势φ 取决于零电势
顺着重力场方向高度逐渐降低
顺着电场方向电势逐渐降低
电势能与电势的区别与联系
电势φ 电势能Ep
物理意义
相关因素
大小变化
单位
联系
反映电场的能的性质的物理量
反映电荷在电场中某点所具有的能量
φ只跟电场本身有关，跟点电荷q无关
电势能的大小是由点电荷q和该点电势φ共同决定的
电势沿电场线逐渐降低，
+q电势能沿电场线逐渐减小，
-q电势能沿电场线逐渐增大，
伏特V
焦耳J
φ＝Ep/q或Ep＝φq，二者均是标量，正电荷在电势高的地方电势能大
【例题3】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.以B点电势为零，求：
（1）电荷在B、A点时的电势能是多少？
（2）A点电势多高？
电势能求解方法（1）功能关系法：WAB = EPA - EPB （2）公式法:EP=φ·q
E
A
B
F
q
-
答案：（1）EpB=0 ,EpA=-6×10-4J （2）φ=200V
功 能量转化 关系式
重力做功
弹力做功
合外力做功
其它力做功
一对滑动摩擦力做功
电场力做功
WF=-ΔEp
W合=ΔEk
W其他=ΔE机
Q=Ff·S相对路程
WG=-ΔEp
动能的改变
机械能的改变
内能的改变
重力势能的改变
弹性势能的改变
电势能的改变
W电=-ΔEp
功能关系总结
1.公式法：由公式φ=EP/q进行计算，q、EP带正负号计算
正电荷在电势能越大的地方电势越高
负电荷在电势能越大的地方电势越低
2.电场线法：
顺着电场线方向，电势逐渐降低。
3.场源电荷距离法：
以无限远处φ=0，
正场源电荷电场中各点电势均为正，离它越近电势越高；
负场源电荷电场中各点电势均为负，离它越近电势越低；
电势高低判断方法
A
B
E
电势能大小的判断方法
1.公式法：由公式EP=φq进行计算，q、EP带正负号计算
正电荷在电势越高的地方电势能越大
2.电场线法：
正电荷顺着电场线移动，电势能减小。
3.场源电荷距离法：
(1)引力靠近做正功，电势能减小；
(2)斥力靠近做负功，电势能增加
4.能量守恒法：
(1)只有电场力做功时，动能和电势能相互转化，动能越大，电势能越小。
(2)电场力和重力做功，机械能和电势能相互转化，机械能越大，电势能越小
总而言之，其它形式能量的总和越大，电势能越小
M
P
N
M
P
N
判断题（并简要说明理由）
⑴、电荷沿电场线方向移动时，其电势能一定减小。（ ）
⑵、检验电荷在电场中某点所受的电场力很大时，它在该点具有的电势能也一定大。（ ）
⑶、把两个异号电荷靠近时，电荷电势能增大。（ ）
⑷、电荷在电场中移动时，若电场力对电荷做正功，电荷的电势能一定减小.（ ）
【例题4】如图所示，在水平向右的匀强电场中有一绝缘斜面，斜面上一带电金属块沿斜面下滑的过程中，动能增加了12J,克服摩擦力做功8J，重力做功24J,下列说法正确的是（ ）
A.金属块带负电
B.金属块克服电场力做功8J
C.金属块电势能减少4J
D.金属块的机械能减少12J
D
1、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
课堂练习
2、一带电油滴在匀强电场E中的运动轨迹如图虚线所示,电场方向竖直向下.若不计空气阻力,则此带电油滴从a运动到b的过程中,能量变化情况为( )
A.动能减小
B.电势能增加
C.动能和电势能之和减少
D.重力势能和电势能之和增加
E
a
b
C
3.(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EPa、EPb，不计重力，则有(　　 )
A. φa > φb
B．Ea > Eb
C．Ea < Eb D．EPa >EPb
BD
谢谢 再见！