2022_2023学年新教材高中物理第10章静电场中的能量1电势能和电势课件新人教版必修第三册（55张PPT）

(共55张PPT)
第十章　静电场中的能量
1．电势能和电势
课前预习反馈
课内互动探究
课堂达标检测
目标体系构建
核心素养提升
目标体系构建
1．知道静电力做功的特点。
2．知道电势能的概念，认识电势能的相对性。
3．理解静电力做功与电势能变化的关系。
4．知道电势的定义和定义式、单位。
【学习目标】
【思维脉络】
课前预习反馈
1．特点：在匀强电场中移动电荷时，静电力所做的功与电荷的___________和___________有关，与电荷经过的路径_______。
2．匀强电场中静电力做功的大小：W＝________ ，其中l为电荷_____________移动的位移。
知识点 1
静电力做功的特点
起始位置　
终止位置　
无关　
qE·l　
沿电场方向　
1．概念
电荷在_______中具有的势能。用Ep表示。
2．静电力做功与电势能变化的关系
静电力做的功等于电势能的_________，WAB＝___________。
知识点 2
电势能
电场　
减少量　
EpA－EpB　
减少　
增加　
3．大小
电荷在某点的电势能，等于把它从这点移动到_____________时静电力做的功。
4．零势能位置
电场中规定的电势能为____的位置，通常把离场源电荷___________或_______的电势能规定为0。
5．系统性
电势能是相互作用的_______所共有的，或者说是电荷及对它作用的_______所共有的。
零势能位置　
0　
无限远处　
大地　
电荷　
电场　
1．定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的_________的比值。
2．公式：φ＝_____。
3．单位：国际单位制中，电势的单位是_______，符号是V,1 V＝1 J/C。
知识点 3
电势
电荷量　
伏特　
4．特点
①相对性：电场中各点电势的高低，与所选取的零电势点的位置有关，一般情况下取___________或大地的电势为0。
②标矢性：电势是标量，只有大小，没有方向，但有_______。
5．与电场线关系：沿着电场线方向电势___________。
无限远处　
正负　
逐渐降低　
预习自测
『判一判』
(1)只要电荷在电场中移动，电场力一定做功。 (　　)
(2)在匀强电场中将同一电荷移动同样的距离，静电力做功相同。
(　　)
(3)电势能既有正值，也有负值，是矢量。 (　　)
(4)计算电势能时，不一定选取大地表面为零势能面。 (　　)
×　
×　
×　
√　
(5)电场力做功是电势能变化的原因，电场力做正功，电势能增加。
(　　)
(6)沿着电场线方向电势降低。 (　　)
(7)电势降低的方向就是电场方向。 (　　)
×　
√　
×　
『选一选』
有一电场的电场线如图所示，电场中a、b两点的电场强度的大小和电势分别用Ea、Eb和φa、φb表示，则 (　　)
A．Ea＞Eb，φa＞φb　
B．Ea＞Eb，φa＜φb
C．Ea＜Eb，φa＞φb　
D．Ea＜Eb，φa＜φb
解析：电场线越密，电场强度越大，所以Ea＞Eb，由题图所示电场线分布特点，结合沿电场线方向电势降低，可知a点的电势高于b点的电势，即φa＞φb，A正确。
A　
『想一想』
电场中的情形跟重力场中的情形相似。但由于存在两种电荷，电荷受的电场力既可以是引力，也可以是斥力。
(1)物体在重力场中具有的重力势能与哪些因素有关？
(2)电荷在电场中具有的电势能与哪些因素有关？
解析：(1)物体在重力场中具有的重力势能与物体的重力、物体在重力场中的位置有关。
(2)电荷在电场中具有的电势能与电荷量的大小、正负、电荷在电场中的位置有关。
课内互动探究
我们知道重力做正功，物体的重力势能减小，其高度降低(如图甲)；当重力做负功，物体的重力势能增大，其高度升高(如图乙)。那么当电场力做正功(或负功)时(如图丙)，其电势能又是怎样变化的呢？
对静电力做功、电势能的理解
情景导入
探究
一
提示：电场力做正功(或负功)时，其电势能减小(或增大)。
1．对静电力做功特点的理解
(1)静电力对电荷所做的功，与电荷的初末位置有关，与电荷经过的路径无关。该结论适用于任何静电场。
(2)无论带电体在电场中做直线运动还是做曲线运动，无论带电体只受静电力作用还是受多个力作用，无论静电力做正功还是做负功，静电力做功的特点不变。
要点提炼
2．电势能的特点
(1)电势能是由电场和电荷共同决定的，属于电荷和电场所共有的，我们习惯上说成电荷的电势能。
(2)电势能是标量，有正负但没有方向，其正负表示大小。
(3)电势能是相对的，其大小与选定的参考点有关。确定电荷的电势能，首先应确定参考点，也就是零势能点的位置。
3．电势能增减的判断方法
(1)做功判断法
无论正、负电荷，只要电场力做正功，电荷的电势能一定减小；只要电场力做负功，电荷的电势能一定增大。
(2)电场线判断法
正电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐减小；逆着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大。
负电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大；逆着电场线的方向移动时，电势能逐渐减小。
4．电势能与重力势能的比较
两种势能 比较内容　　 电势能 重力势能
定义 电场中的电荷具有的势能——电势能 重力场中的物体具有的势能——重力势能
系统性 电荷和电场 物体和地球
大小的 相对性 电荷在某点的电势能等于把电荷从该点移到零势能位置时静电力做的功 物体在某点的重力势能等于把物体从该点移到零势能位置时重力做的功
两种势能 比较内容　　 电势能 重力势能
变化大小 的量度 电场力做的功是电势能变化大小的量度，静电力做的功等于电势能的减少量 重力做的功是重力势能变化大小的量度，重力做的功等于重力势能的减少量
对应力做功 的特点 做功多少只与始末位置有关，与经过的路径无关，且做的功等于势能的减少量 如图所示，空间中的M、N处存在两个被固定的、等量同种正点电荷，在它们的连线上有A、B、C三点，已知MA＝CN＝NB，MAA．沿半圆弧l将q从B点移到C点，电场力不做功
B．沿曲线r将q从B点移到C点，电势能减少
C．沿曲线s将q从A点移到C点，电场力做负功
D．沿直线将q从A点移到B点，电势能增加
典例1
典例剖析
B　
思路引导：(1)明确两个点电荷周围电场的分布情况。
(2)电场力做功与路径无关。
(3)电场力做正功电势能减少；电场力做负功电势能增加。
解析：电场是由M和N处两个点电荷的电场叠加而成的。电场力做功与路径无关，与初末位置有关。正电荷从B点到C点，N处的点电荷对其不做功，M处点电荷对其做正功，所以合电场力做正功，电势能减少，选项A错，B对；A点和B点关于两个等量正点电荷对称分布，所以正电荷从A点移动到B点，电场力不做功，电势能不变，选项D错；由于正电荷从A移动到B电场力不做功，从B到C电场力做正功，所以从A到C电场力做正功，选项C错。
1．(2021·北京交大附中高二上学期期中)如图所示，在水平向右的匀强电场中有一绝缘斜面，斜面上有一带电金属块沿斜面滑下，已知在金属块滑下的过程中动能增加了12 J，金属块克服摩擦力做功8.0 J，重力做功24 J，则以下判断正确的是 (　　)
A．金属块带负电荷
B．金属块克服电场力做功8.0 J
C．金属块的电势能减少4.0 J
D．金属块的机械能减少12 J
对点训练
D　
解析：根据动能定理可得：WG＋W电＋Wf＝ΔEk，代入数据即可求得W电＝－4 J，即金属块克服电场力做功4 J，金属块的电势能增加4 J，电场力做负功，金属块受到的电场力向右，金属块带正电，故A、B、C错误；在该过程中金属块动能增加12 J，重力势能减少24 J，因此金属块的机械能减少12 J，故D正确。
如图所示为某示波管内的聚焦电场，实线和虚线分别表示电场线和等势线。观察图片请思考：顺着电场线的方向由c点到b点，电势如何变化？电场强度大的地方电势一定高吗？
提示：电势逐渐降低；不一定。
对电势的理解
探究
二
情景导入
1．电势的特点
(1)电势具有相对性；电势是相对的，电场中某点的电势高低与零电势点的选取有关。通常将离场源电荷无穷远处，或是地球表面选为零电势点。
(2)电势是标量：电势是只有大小、没有方向的物理量，在规定了电势零点后，电场中各点的电势可能是正值，也可能是负值。正值表示该点的电势高于零电势；负值表示该点的电势低于零电势。显然，电势的正负只表示大小，不表示方向。
要点提炼
2．电势高低的判断方法
(1)电场线法：沿电场线方向，电势越来越低。
(2)场源电荷判断法：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)电势能判断法：对于正电荷，电势能越大，所在位置的电势越高；对于负电荷，电势能越小，所在位置的电势越高。
3．电势能与电势的区别与联系
电势φ 电势能Ep
物理 意义 反映电场能的性质的物理量 反映电荷在电场中某点所具有的能量
相关 因素 电场中某一点的电势φ的大小，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
如果把q＝1.0×10－8 C的电荷从无限远处移到电场中的A点，静电力做功W＝－1.2×10－4 J，那么：
(1)q在A点的电势能和A点的电势各是多少？
(2)q在移入电场前，A点的电势是多少？
思路引导：研究对象：可移动的电荷。条件分析：移动电荷过程中，静电力做负功。
隐含条件：无限远处电势为0。
注意：某点的电势的高低与移入的电荷无关。
典例 2
典例剖析
答案：(1)1.2×10－4 J　1.2×104 V　(2)1.2×104 V
2．(2021·北京市昌平区高二上学期期末)如图所示，电场中有A、B两点，下列说法正确的是 (　　)
A．场强EA>EB，电势φA<φB
B．场强EAφB
C．将＋q电荷从A点移到B点，电场力做负功
D．将－q电荷分别放在A、B两点时具有的电势
能EpA>EpB
对点训练
B　
解析：沿着电场线电势降低，所以电势φA>φB，电场线越密的地方电场强度越大，所以场强EA典例 3
CD　
思路引导：通过电场线的特点判断电场强度和电势，再从电场强度的角度，通过电场力做功来判断电势能的变化，或者从电势的角度，通过电势的定义判断电势能的变化。
3．(多选)(2021·山东德州高一下期末)用电场线能很直观、很方便地比较电场中各点场强的强弱。图甲是等量异种点电荷形成电场的电场线，图乙是场中的一些点，O是电荷连线的中点，E、F是连线中垂线上相对O对称的两点，B、C和A、D也相对O对称。则下列说法中正确的是
(　　)
A．同一电荷在B、C两点只受电场力作用时，加速度相同
B．同一电荷在A、D两点只受电场力作用时，加速度相同
C．E、O、F三点比较，带正
电的试探电荷在O点具有的电势能
最多
D．B、O、C三点比较，若取
无限远电势为零，则B点电势大于
零，C点电势小于
对点训练
ABD　
解析：根据对称性看出，B、C两点场强大小相同，这两点场强的方向均由B→C，方向相同，根据F＝qE，同一电荷在B、C两点受到的电场力相同，根据牛顿第二定律，加速度相同，A正确；根据对称性看出，A、D两点场强大小相同，由题图甲看出，A、D两点场强方向相同，则同一电荷在A、D两点受到的电场力相同，加速度相同，B正确；等量异种点电荷连线的中垂线上点的电势相等，由题图甲看出，E、O、F三点电势相等，根据Ep＝qφ，带正电的试探电荷在E、O、F三点电势能相同，C错误；若取无限远电势为零，则O点处电势为零，电场线由B指向C，沿电场线电势降低，则B点电势大于零，C点电势小于零，D正确。故选A、B、D。
核心素养提升
求解该类综合性问题的一般思路为，首先搞清研究对象的受力和运动情况，再根据各力做功情况确定能量转化方向。
求解电场力做功与电势能综合问题的思路
如图所示，一质量为m的塑料球形容器放在桌面上，它的内部有一劲度系数为k的轻弹簧，弹簧直立地固定于容器内壁的底部，弹簧上端经绝缘体系住一只带正电q、质量也为m的小球。从加一个竖直向上的场强为E的匀强电场起，到容器对桌面压力减为零时为止，求：
(1)小球的电势能改变量；
(2)容器对桌面压力减为零时小球的速度大小。
案例
思路引导：涉及能量转化题时，要找准功能对应关系，如电势能的变化看电场力做的功；弹性势能的变化，看弹力做的功；机械能的变化，看重力以外的力做的功；动能的变化，看合外力做的功。
课堂达标检测
1．(2021·上海交通大学附属中学高二物理上学期期中)判断以下说法是否正确 (　　)
A．电场强度为零的地方，电势也一定为零
B．电势为零的地方一定没有电场
C．场强越大的地方电势也一定越高
D．场强为零的地方电势可能不为零
解析：电势大小和电场强度无关，A、B、C错误，D正确。
D　
2．(多选)(2021·成都外国语学校高二下学期入学考试)如图所示，MN是一负点电荷产生的电场中的一条电场线。一个带负电的粒子(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。下列结论正确的是
(　　)
A．点电荷一定位于M点的左侧
B．带电粒子从a到b的过程中动能逐渐减小
C．带电粒子在a点的加速度小于在b点的加速度
D．带电粒子在a点时具有的电势能大于在b点时具有的电势能
AD　
解析：因为都是负电荷，它们之间是排斥力，可以判断点电荷一定位于M点的左侧，由于a点离场源电荷较近，则a点的场强大，带电粒子在a点的加速度也大，故A正确，C错误；由于该粒子只受电场力作用且做曲线运动，电场力指向轨迹的内侧，电场力方向大致向右，对带电粒子做正功，其动能增加，故B错误；电场力对带电粒子做正功，电势能减小，则带电粒子在a点的电势能大于在b点的电势能，故D正确。
3．(多选)一电子飞经电场中A、B两点，电子在A点的电势能为4.8×10－17 J，动能为3.2×10－17 J，由A点到B点静电力做功为1.6×10－17 J，如果电子只受静电力作用，则 (　　)
A．电子在B点的动能为4.8×10－17 J
B．电子在B点的动能为1.6×10－17 J
C．电子在B点的电势能为3.2×10－17 J
D．电子在B点的电势能为6.4×10－17 J
AC　
解析：电子由A点到B点静电力做功为1.6×10－17 J，即电子从A点到B点电势能减少1.6×10－17 J，则在B点的电势能为3.2×10－17 J，电子只受静电力，则电子的电势能和动能之和不变，在A点有E＝Ek＋Ep＝3.2×10－17 J＋4.8×10－17 J＝8×10－17 J，在B点的动能E′k＝E－E′p＝8×10－17 J－3.2×10－17 J＝4.8×10－17 J，故A、C正确，B、D错误。
4．(2021·湖北襄阳四校高二上期中改编)如图所示，正点电荷放在O点，图中画出它产生的电场的六条关于水平线对称分布的电场线。以水平电场线上的O′点为圆心画一个圆，与电场线分别相交于a、b、c、d、e，下列说法正确的是 (　　)
A．b、e两点的电场强度相同
B．a点电势高于e点电势
C．电子沿圆周由d运动到b，电场力做正功，电势
能减少
D．电子沿圆周由d运动到c，电场力做功为零
D　
解析：由题图看出，b、e两点电场强度大小相等，但方向不同，而电场强度是矢量，所以b、e两点的电场强度不同，故A错误；根据顺着电场线电势逐渐降低可知，离点电荷O越远，电势越低，故a点电势低于e点电势，故B错误；d点的电势高于b点的电势，电子沿圆周由d运动到b，电势降低，但电势能增加，电场力做负功，故C错误；根据对称性可知，d点的电势等于c点的电势，电子沿圆周由d运动到c，电场力做功为零，故D正确。
5．(2021·安徽合肥肥东二中高二上月考)将带电荷量为1×10－8 C的正电荷，从无限远处移到电场中的A点，要克服静电力做功1×10－6 J。(规定电荷在无限远处电势能为零)问：电荷的电势能是增加还是减少？电荷在A点的电势能是多少？A点的电势是多少？
答案：增加　1×10－6 J　100 V