物理人教版（2019）必修第三册10.1电势能和电势（共24张ppt）

(共24张PPT)
§10.1 电势能和电势
如图的电场为匀强电场，为了描述电场的力的性质，引入了电场强度，定义为 ，而电场强度是由电场本身决定的，与试探电荷无关。
如果从功能关系角度来说，我们把试探电荷在电场中移动，那么静电力做功的情况如何呢？
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。
想一想，这是什么形式的能？
我们再来看一看静电力是怎么做功的？
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
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= W1+ W2
qE·|AM|+0
=qE·|AM|
在电场中移动电荷时，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
1、W电=FLcosθ
F为恒定电场力大小，d为沿电场方向的位移大小
一、静电力做功特点
(1)θ＜90°时，W=Fd
(2)θ=90°时，W=0,
(2)θ＞90°时，W=-Fd
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：电荷在电场中具有的势能
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？
3、电势能变化：ΔEP= EPB - EPA
EPB
EPA
(由于受到电场力而具有的与位置有关的势能)
A
B
+
+
关系式：WAB = EPA - EPB = -ΔEP
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：
（2）标量性：电势能为标量，有正负之分，正负表示大小
（3）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
EpA ＞ EpB
例如：EpA=3J 比0势能点多3J；EpB=-3J 比0势能点低3J
（1）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
5、电势能特性：
类比：重力势能是物体和地球系统共有，习惯说成物体具有的重力势能
这样我们就可以求得某一点的电势能：EpA=WA→0
（4）定义式：电荷在某点的电势能，等于把它从该点移动到零势能位置时静电力做的功。
根据电势能的相对性，WAB = EPA - EPB，若以B点电势能EPB=0J
则WAB = EPA - EPB=EPA - 0= EPA
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.这一点与重力势能的变化是一样的。
回到最初的问题：
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。
想一想，这是什么形式的能？
下列说法正确的是(　　)
A．电荷从电场中的A点运动到B点，路径不同，静电力做功的大小就可能不同
B．电荷从电场中的某点开始出发，运动一段时间后，又回到了该点，则静电力做功为零
C．正电荷沿着电场线方向运动，静电力对正电荷做正功，负电荷逆着电场线方向运动，静电力对负电荷做负功
D．电荷在电场中运动，因为静电力可能对电荷做功，所以能量守恒定律在电场中并不成立
B
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
（1）+q从A移动到B，正功，电荷电势能减少
（2）-q从A移动到B，负功，电荷电势能增加
（3）-q从B移动到A，正功，电荷电势能减少
静电力做功的正负与电荷正负、和初末位置都相关.
电势能的增减与电荷正负无关，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。
功的正负因素：
正负电荷受到的力和发生的位移
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
物体没有负质量
电势能的探究，反映了电场中能量的性质，但是电势能是由电荷和电场的系统决定的，而不能单纯地反映电场的性质。
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？
不相同，说明不同电荷在相同位置具有的能量不相同
不同电荷在电场中的相同位置具有的能量不相同，
显然，电势能不能准确地反映电场中的相同位置具有的能量的性质
一般来说，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。
刚才的例题中，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，不同电荷在相同位置的电势能不同，有什么相同的吗？
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
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）
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
三、电势
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
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
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.）
故 φ A ＞ φ B
例：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)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？B点和C点的电势分别为多少？
(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？A点和C点的电势分别为多少？
(1) 电势能增加了1.8×10－5 J.
(2) B点的电势能为3×10－5 J.C点的电势能为1.8×10－5 J.
B点的电势为－5 V， C点的电势为－3 V
(3) A点的电势能为－3×10－5 J，C点的电势能为－1.2×10－5 J.
A点的电势为5 V ，C点的电势为2 V.
再 见