2.2电场力做功与电势能 课件（60页）—高中物理人教版选修3-1

(共60张PPT)
第二章 电势能与电势差
2.1 电场力做功与电势能
在电场强度为E的匀强电场中的A点，由静止释放一个电荷量为q的正点电荷，点电荷受到的重力忽略不计，问：点电荷将受到什么力的作用？将如何运动？此力做功了吗？
E
·
·
A
B
F
新课讲授
C
E
情景一：在匀强电场中，将电荷q从A沿直线移至B:
A
B

+
q
F
问题：静电力做功多少？
分析结果：
一、电场力做功的特点
新课讲授
C

E
A
B
情景二：在匀强电场中，将电荷q从A沿折线移至B:
对AC:
对CB:
对全程:
+
q
F
问题：静电力做功多少？
分析结果：
新课讲授
情景三：在匀强电场中，将电荷q从A沿曲线移至B:
C

E
A
B
+
q
F
E
A
B
+
q
F
+
q
F
+
q
F
+
q
F
… …
C
X1
X2
X3
AC
新课讲授
【探究归纳】静电力做功的特点
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，仅与电荷的起始位置和终止位置有关，
与初、末两点在电场线上的距离有关。
该结论对于非匀强电场也是适用的。
什么力做功还有这个特点？
新课讲授
我们知道，功是能量转化的量度，一个力做功必定带来相应的能量转化，因此，电场力做功，肯定也有能量发生转化，那是什么能发生了变化呢？
物体在重力场中具有重力势能，同样的，电荷在电场中也具有势能，这种势能就叫做电势能。
新课讲授
1.定义：电荷在电场中具有的势能叫电势能。
二、电势能(Ep)
重力做功引起了重力势能的改变，重力做功与重力势能的改变有何关系？
2.单位：J
3.电势能是标量。
新课讲授
重力做功与重力势能改变的关系
重力做功等于重力势能的减少量
电场力做功同样引起了电势能的改变，电场力做功与电势能的改变有什么关系？
重力做正功，重力势能减少
重力做负功，重力势能增加
新课讲授
A
B
C
h1
h2
mg
E
A
B
d1
q
C
d2
新课讲授
电场力对电荷做正功，电荷的电势能减小。
电场力对电荷做负功，电荷的电势能增大。
电场力做功等于电势能的减少量
WAB = EPA - EPB = -ΔEP
4.电场力做功与电势能的变化关系
新课讲授
E=200V/m
A
B
dAB=10cm
q=1C
C
dAC=15cm
F
结论：电荷在电场中某点的电势能，等于电场力把它从该点移到零势能点所做的功。
新课讲授
(2)电势能是标量，但有正负。
电势能为正，说明该点的电势能比零势能点的大
电势能为负，说明该点的电势能比零势能点的小
电势能(Ep)的特点
(1)电势能是相对的，其数值与零势能点的选择有关，通常选地面或无穷远处作为零势能点。
(3)电势能是电荷和电场所共有的，具有系统性。
新课讲授
E
q
F
·
·
例1. 如图,在场强E=103 N/C 的匀强电场中,点电荷q=+1c从A移动到B,AB相距L=1m,求：
（1）电场力做功为多少 电势能如何变化
（2）当B点为零势能点时，电荷在A点具有的电势能又多大？
（3）当A点为零势能点时，电荷在B点具有的电势能多大？
A
B
+
课堂练习
C
课堂练习
2.下图中MN为电场中某一条电场线，方向向右，在电场线上取两点a,b，今将电荷量为+q的电荷从a移到b，则（ ）
M
N
a
b
C
A.电场力做正功，+q的电势能增加
B.电场力做负功，+q的电势能增加
C.电场力做正功，+q的电势能减少
D.电场力做负功，+q的电势能减少
课堂练习
名称
大小
变化原因
做功与势能变化的关系
性质
重力势能和电势能类比
重力势能
电势能
物体在某点的重力势能等于重力把它从该点移动到零势能位置所做的功。
电荷在某点的电势能等于电场力把它从该点移动到零势能位置所做的功。
只有重力做功才会引起重力势能的变化。
只有电场力做功才会引起电势能的变化。
重力做正功，重力势能减少；
重力做负功，重力势能增加；
重力做的功等于重力势能的减少量；
WG=Ep1-Ep2=--ΔEP
电场力做正功，电势能减少；
电场力做负功，电势能增加；
电场力做的功等于电势能的减少量；
WF=EpA-EpB=-ΔEP
重力势能Ep具有相对性和系统性
电势能Ep具有相对性和系统性
项目
一、电场力做功的特点：
与路径无关，只与起点和终点的位置有关
二、电势能（EP）：电荷在电场中具有的能量
1.电荷在某点的电势能，等于电场力把它从该点移动到零势能点时所做的功。
2.电势能是标量，具有相对性、系统性。
3.电场力做功与电势能变化的关系
电场力做的功等于电势能的增量：WAB=EPA-EPB
电场力做正功，电势能减少；
电场力做负功，电势能增加
课堂小结
1. 如图所示，A、B、C为电场中同一电场线上的三点.设电荷在电场中只受电场力作用，则下列说法中正确的是( )
A.若在C点无初速地释放正电荷，则正电荷向B运动，电势能减少
B.若在C点无初速地释放正电荷，则正电荷向B运动，电势能增加
C.若在C点无初速地释放负电荷，则负电荷向A运动，电势能增加
D.若在C点无初速地释放负电荷，则负电荷向A运动,电势能减少
AD
E
A
C
B
课堂练习
例1．右图中MN为电场中某一条电场线方向向右，在线上取两点a、b 今将一电荷＋q从a移到b则（ ）
A.静电力做正功，＋q的电势能增加； B.静电力做负功，＋q的电势能增加； C.静电力做正功，＋q的电势能减少； D.静电力做负功，＋q的电势能减少。
C
课堂练习
例2：A和B为电场中某条电场线上的点，如图：将q=4×10-9的正电荷从A点移到B点需克服静电力做功5 ×10-7J，则
⑴电场方向由A→B还是B→A？
⑵电荷在哪点时电势能大？大多少？
A
B
课堂练习
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？
问题1：同样的电荷处在电场中不同位置，具有的电势能相同吗？
问题2：不同的电荷放在电场中同一点，具有的电势能相同吗？
　　不同的电荷在电场中同一点具有的电势能不同,但电场中同一点的电场的能的性质是一定的，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。
新课讲授
A
0
l
θ
E
+
该比值是一个与q无关，仅与电场及A点的位置有关的量。
三、电势
设EP0 =0
该比值称为A点的电势
零势能参考点
课堂练习
电荷电场中在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)
(计算时要代入正负号)
4. 标量：(有正负)
5. 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.)
新课讲授
例4. 将一电量为 的点电荷从电场外一点P移至电场中某点A, 电场力做功 ,求A点的电势.
解:
设场外一点P的电势为
从P A,电场力做的功
PA
E
W
-
=
点评:电势的确定首先要确定零电势处,且电势可以为负.
课堂练习
1.沿着电场线方向，电势如何变化呢？
2.沿着电场线的方向，电势越来越低
3.如何确定电场中某点的电势呢？
4.电势具有相对性，先规定电场中某处的电势为零，然后才能确定电场中其他各点的电势。（通常取离场源电荷无限远处或大地的电势为零）
思考讨论
对电势的理解
1.电势的相对性：某点电势的大小是相对于零点电势而言的。零电势的选择是任意的，一般选地面和无穷远为零势能面。
2.电势的固有性：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。
3.电势是标量
4.计算时EP,q,φ都带正负号。
新课讲授
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
新课讲授
练习: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,静电力做什么功 做多少功 电势能变化了多少 在将该电荷由B点移到C点,静电力做什么功 做多少功 电势能变化了多少
A
B
C
课堂练习
等势面
地理上，等高线表示地势的高低。
在电场中常用等势面来表示电势的高低。
电场中电势相同的各点构成的面叫做等势面
新课讲授
等势面的特点：
1、等势面一定跟电场线垂直，在同一等势面上的任意两点间移动电荷，电场力不做功；
2、电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面，任意两个等势面都不会相交；
3、等差等势面越密的地方电场强度越大
等势面
新课讲授
拓展
1. 点电荷的电场的等势线
特点：
以点电荷为球心的一族球面
拓展
特点：垂直于电场线的一簇平面
2.匀强电场的等势面
拓展
3. 等量异种电荷电场的等势面
特点：
连线中垂面上的电势为零
拓展
4. 等量同种正点电荷电场的等势面
特点： 连线上，中点电势最低；中垂线上，中点电势最高
拓展
5. 带电导体周围的电场和等势面
形状不规则的带电导体附近的电场线及等势面
6、匀强电场中的等势面：
垂直于电场线的一簇平面
拓展
课堂练习
1.图是某一点电荷的电场线分布图，下列表述正确的是(　　)
A．a点的电势高于b点的电势
B．该点电荷带负电
C．a点和b点电场强度的方向相同
D．a点的电场强度大于b点的电场强度
解析：　沿电场线方向电势降低，故A选项错误；由图中电场线分布知，此场为一负点电荷的电场线分布图，B项正确；电场线密集处场强大，C项错、D项正确．
答案：　BD
【规律方法】
1.电势能大小的判定方法
方法一：从做功角度来判断（利用功能关系）
创设情景：将电荷从A移动到B，在这一过程中
若电场力做正功，电势能减少
若电场力做负功，电势能增加
注意：做功正负依据静电力与速度的夹角来判定
新课讲授
方法二：利用 来判断
对于正电荷，电势大处，电势能就是大；
对于负电荷，电势大处，电势能反而小；
新课讲授
2.电势高低的判定方法
方法一：沿电场线方向电势降低
方法二：从 来判断
对于正电荷，电势能大处，电势就是大；
对于负电荷，电势能大处，电势反而小；
新课讲授
如图所示，M、N两点分别放置两个等量种异电荷，A为它们连线的中点，B为连线上靠近N的一点，C为连线中垂线上处于A点上方的一点，在A、B、C三点中( )
A.场强最小的点是A点，电势最高的点是B点
B.场强最小的点是A点，电势最高的点是C点
C.场强最小的点是C点，电势最高的点是B点
D.场强最小的点是C点，电势最高的点是A点
C
课堂练习
两个等量异种点电荷在真空中相隔一定的距离，垂直线表示它们连线的中垂线，在两个点电荷所在的平面内取1、2、3三点，则这三点的电势大小是（ ）
+
-
1
2
3
A
课堂练习
如图所示，P、Q是两个电荷量相等的正点电荷，它们连线的中点是O，A、B是PQ中垂线上的两点，OAP
Q
B
A
课堂练习
如图所示，A、B是同一条电场线上的两个点，将一负电荷从A点由静止释放，负电荷从A向B运动的过程中只受电场力作用，其运动过程中的v-t图像如图所示，比较A、B两点电势和场强的大小，有（ ）
A
B
t
v
D
课堂练习
ABD
如图所示，a、b为竖直向上的电场线上的两点，一带小球在b点由静止释放，沿电场线向上运动，到a点时速度恰好为零，则下列说法中正确的是 （ ）
A．小球在a、b两点所受的电场力都是竖直向上的
B．a点的电势比b点的电势低
C．小球在b点的电势能比在a点的电势能小
D．a点的电场强度比b点的电场强度小
课堂练习
如图6，一带负电粒子以某速度进入水平向右的匀强电场中，在电场力作用下形成图中所示的运动轨迹。M和N是轨迹上的两点，其中M点在轨迹的最右点。不计重力，下列表述正确的是( )
A．粒子在M点的速率最大
B．粒子所受电场力沿电场方向
C．粒子在电场中的加速度不变
D．粒子在电场中的电势能始终在增加
C
课堂练习
一带电油滴在场强为E的匀强电场中运动的轨迹如图中虚线所示，电场方向竖直向下。若不计空气阻力，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小
D．重力势能和电势能之和增加
C
课堂练习
带电粒子M只在电场力作用下由P点运动到Q点，在此过程中克服电场力做了2.6×10﹣6J的功。那么 （ ）
A．M在P点的电势能一定小于它在Q点的电势能
B．P点的场强一定小于Q点的场强
C．P点的电势一定高于Q点的电势
D．M在P点的动能一定大于它在Q点的动能
AD
课堂练习
如图所示，三条平行等距的直线表示电场中的三个等势面，电势值分别为10V，20V，30V，实线是一带负电的粒子（不计重力），在该区域内的运动轨迹，对于这轨迹上的a、b、c三点来说，下列选项说法正确的是（ ）
A．粒子必先过a，再到b然后到c
B．粒子在三点所受的合力Fa=Fb=Fc
C．粒子在三点所受的动能大小为Ekb＞Eka＞Ekc
D．粒子在三点所受的电势能大小为 Epb＞Epa＞Epc
BD
课堂练习
4．如图所示，虚线a、b、c表示电场中的三个等势面与纸平面的交线，且相邻等势面之间的电势差相等。实线为一带正电粒子仅在电场力的作用下通过该区域时的运动轨迹，M、N是这条轨迹上的两点，则下面说法中正确的是（ ）
A．三个等势面中，a的电势最高
B．对于M、N两点，带电粒子通过M点时电势能较大
C．对于M、N两点，带电粒子通过M点时动能较大
D．带电粒子由M运动到N时，加速度增大
CD
课堂练习
如图所示，仅在电场力作用下，一带电粒子沿图中虚线从A运动到B，则 ( )
(A)电场力做正功 (B)动能减少
(C)电势能增加 (D)加速度增大
BCD
课堂练习
电荷在电场中移动
静电力做功
电力做功
w=qElcosθ
静电力做功
电力做功
特殊情境
电势
电势能
电荷在电场中一点移动到无限远处
1.电势是标量，只有大小没有方向。
2.电势是相对的，取决于零电势的选取。
课堂小结
新课讲授
1.如图所示，虚线a、b和c是某静电场中的三个等势面，它们的电势分别为 、 和 ，一带正电粒子射入电场中，其运动轨迹如实线KLMN所示。由图可知：
A、粒子从K到L的过程中，静电力做负功
B、粒子从L到M的过程中，静电力做负功
C、粒子从K到L的过程中，电势能增加
D、粒子从L到M的过程中，动能减少
等势面
作业布置
2.如图所示，三个等差等势面上有a、b、c、d四点，若将一个正电荷由c经a移动到d静电力做正功W1，若由c经b移动到d静电力做正功W2，则：
作业布置
3.如右图所示，a、b为某电场线上的两点，那么以下结论正确的是(　　)
A．把正电荷从a移到b，静电力做正功，电荷的电势能减小
B．把负电荷从a移到b，静电力做负功，电荷的电势能增加
C．把负电荷从a移到b，静电力做正功，电荷的电势能增加
D．不论正电荷还是负电荷，从a到b电势能逐渐降低
作业布置
4.如右图所示，真空中等量异种点电荷放置在M、N两点，在MN的连线上有对称点a、c，MN连线的中垂线上有对称点b、d，则下列说法正确的是(　　)
A．a点场强与c点场强一定相同
B．a点电势一定小于c点电势
C．负电荷在c点电势能一定大于在a点电势能
D．正电荷从d点移到b点电场力不做功
作业布置
【跟踪发散】　1－1：如右图，光滑绝缘半圆环轨道放在竖直向下的匀强电场中，场强为E.在与环心等高处放有一质量为m、带电＋q的小球，由静止开始沿轨道运动，下列说法正确的是(　　)
A．小球在运动过程中机械能守恒
B．小球经过环的最低点时速度最大
C．小球电势能增加EqR
D．小球由静止释放到达最低点，动能的增加量等于mgR
作业布置
感谢您的聆听！