教科版（2019）必修 第三册第一章 静电场 1.4 电势能 电势与电势差（问题探究式）PPT（共36张）

(共36张PPT)
第一章 静电场
第4课时 电势能 电势与电势差
新课标高中物理选修3－1
1、知道静电力做功的特点，了解静电力做功和电势能变化的关系
2、掌握电势能、电势、电势差的概念、公式和性质
学习目标
3、掌握电场力做功与电势差的关系，会用WAB＝qUAB解决有关问题
4、知道电势差和电势、等势面的关系
一、电场能的性质
E
+
F
点电荷只在电场力作用下，
E
+
F
动能越来越大。
电荷在电场中具有跟位置相关的能。
速度越来越大，
做加速运动，
动能是什么能转化来的？
一、电场能的性质
二、静电力做功的特点
由于移动电荷时静电力做的功与移动的路径无关，电荷在电场中具有跟位置相关的能，这种能叫做电势能，用EP表示。
在电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，但与电荷经过的路径无关。
与重力做功特点相类似
二、电场力做功的特点
探究结论
电场力做正功，电势能减少；
三、电势能
电场力做负功，电势能增加。
与重力做功跟重力势能变化关系相类似
三、电势能
重力做的功等于重力势能的减少量
静电力做的功等于电势能的减少量
A
B
E
+
重力势能的减少量
电势能的减少量
三、电势能
A
B
E
+
设EPB =0
电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移到零势能位置时所做的功。
零势能参考点
三、电势能
A
B
E
+
设EPB =0
电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移到零势能位置时所做的功。
三、电势能
A
B
E
-
设EPB =0
电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移到零势能位置时所做的功。
负号表示电势能的高低
1、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。
电场力做正功，电势能增加；
电场力做负功，电势能减少。
与重力做功类比
巩固练习
知识链接
ABC
2、右图中MN为某电场中一条电场线，方向向右，在MN上取两点a、b，今将一正点电荷q从a移到b则（ ）
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。
若q为负点电荷呢？
+
v
F
q
F做正功
巩固练习
D
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。
设EP0 =0
该比值称为A点的电势
零势能参考点
四、电势
四、电势
1、定义：
电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值，叫做这一点的电势。
2、定义式：
与EP=mgh相类比
电势φ与高度h相类似
3、单位：伏特，符号为V
4、电势只有大小，没有方向，是标量
5、电势具有相对性
电势是相对于零势能参考点的，
一般选取无穷远电势为0，实际应用中常取大地电势为0
6、沿电场线 (场强)方向电势越来越低
与沿重力加速 度方向高度越来越低相类比
四、电势
3.在电场中一条电场线上有A、B两点,如图所示，若将电荷q1=-2.0×10-7C从A点移到B点，电场力做了-4.0×10-4J的功。
(1)以B点为零电势点，φA等于多少
(2)电场线的方向如何
(3)如将电荷q2=+1.0×10-7C从A点移到B点， φA等于多少 电场力做了多少功
A
B
巩固练习
由W=qUAB得
E
W=qUAB=2×10-4J
电势由电场决定φA不变
A
O
b
c
巩固练习
o→c由动能定理得
在B点，小球受力如图所示
qE
mg
mg=qE
4.如图所示,水平固定的小圆盘A,带电量为Q,电势为零,从圆盘外O静止释放一质量为m,带电量为+q的小球,由于电场力的作用,小球竖直上升的高度可达盘中心竖直线上的c点,Oc=h,又知道过竖直线上的b点时,小球速度最大,则在Q所形成的电场中,可确定的物理量是（ ）
A. b点的场强 B. c点的场强
C. b点的电势 D. c点的电势
五、电势差
(1)定义：电场中两点间电势的差值．
(2)表达式：UAB＝φA－φB，UBA＝φB－φA，UAB＝－UBA.
(3)电势差是标量，但有正负(φA>φB，UAB>0，φA<φB，UAB<0)．
(4)单位：V(伏)．
特别提醒：电场中两点的电势差，由电场本身的初末位置决定．在确定的电场中，即使不放入电荷，任何两点间的电势差都有确定的值．
5、在下图中，某电场的等势面用实线表示，各等势面的电势分别为10 V、6 V和－2 V，则UAB＝________，UBC＝________，UCA＝________.
由图可知，A、B处在同一个等势面上，则有φA=φB,故UAB=0
BC间的电势差为
UBC=10-（-2）=12V
CA间的电势差为
UCA=（-2）-10=-12V
0
12
-12
巩固练习
(3)电势、电势能的大小与零参考点的选取有关，是相对的，而电势差的大小与零参考点无关.
请你探究电场强度、电势差、电势和电势能几个概念的异同点？
(1)电场强度、电势都是由电场本身决定的，与是否放入电荷无关；而电势能是由电场和电荷共同决定的．
(2)电场强度是描述电场强弱和方向的物理量，也是反映电场力的性质的物理量；而电势和电势能是反映电场能的性质的物理量．
(1)WAB＝EPA－EPB＝qφA－qφB＝q(φA－φB)
即WAB＝qUAB或UAB＝
六、电势差与静电力做功的关系
(2)说明：
①由UAB＝WAB/q可以看出，UAB在数值上等于单位正电荷由A移到B点时电场力所做的功WAB
②公式WAB＝qUAB适用于任何电场，UAB为电场中A、B两点间的电势差．
6、图中虚线所示为静电场中的等势面1、2、3、4，相邻的等势面之间的电势差相等，其中等势面3的电势为0.一带正电的点电荷在静电力的作用下运动，经过a、b点时的动能分别为26eV和5eV.当这一点电荷运动到某一位置．其电势能变为－8eV时，它的动能应为 (　　)
A．8eV　　　　　　
B．13eV
C．20eV
D．34eV
解析：由图可判断b点电势高于a点电势，设各等势面间电势差为U，则由动能定理
－3qU＝Ekb-Eka=5eV–26eV
解得qU＝7eV
所以，点电荷在等势面3上能量为
E=7eV＋5eV＝12eV
则当电势能为－8eV时，由能量守恒得:动能为E－(－8)eV＝20eV.
C
巩固练习
7、如图所示，a、b、c表示点电荷的电场中的三个等势面，它们的电势分别为 一带电粒子从等势面a上某处由静止释放后，仅受电场力作用运动，已知它经过等势面b时的速率为v，则它经过等势面c时的速度为______________
解析：设粒子经过等势面c时的速度为v′,由动能定理得
代入数据解之得：v′=1.5v
1.5v
巩固练习
8、如图所示，Q为固定的正点电荷，A、B两点在Q的正上方和Q相距分别为h和0.25h，将另一点电荷从A点由静止释放，运动到B点时速度正好变为零，若此电荷在A点处的加速度大小为3/4g，试求(1)此电荷在B点处的加速度．
(2)A、B两点间的电势差(用Q和h表示)
解析：(1)由题意可知，这一电荷必为正电荷，设其电量为q，由牛顿第二定律
在A点时
在B点时
解之得：aB=3g方向向上
巩固练习
(2)从A到B过程，由动能定理mg(h－0.25h)＋qUAB＝0
8、如图所示，Q为固定的正点电荷，A、B两点在Q的正上方和Q相距分别为h和0.25h，将另一点电荷从A点由静止释放，运动到B点时速度正好变为零，若此电荷在A点处的加速度大小为3/4g，试求(1)此电荷在B点处的加速度．
(2)A、B两点间的电势差(用Q和h表示)
巩固练习
9、如图所示，质量为m，带电荷量为q的粒子，以初速度v0从A点竖直向上射入真空中的沿水平方向的匀强电场中，粒子通过电场中B点时，速率vB＝2v0，方向与电场的方向一致．则：
(1)小球沿竖直方向做什么运动？B点竖直高度h为多大？
(2)A、B两点间电势差为多大？
解析：(1)因为竖直方向只受重力作用，所以小球在竖直方向做匀减速直线运动．
在竖直方向上
巩固练习
9、如图所示，质量为m，带电荷量为q的粒子，以初速度v0从A点竖直向上射入真空中的沿水平方向的匀强电场中，粒子通过电场中B点时，速率vB＝2v0，方向与电场的方向一致．则：
(1)小球沿竖直方向做什么运动？B点竖直高度h为多大？
(2)A、B两点间电势差为多大？
(2)由动能定理：
巩固练习
七、等势面
2、在等势面上移动电荷，电场力做功为零
电场线从高等势面垂直指向低等势面
1、定义：
电场中电势相同的各点构成的面，叫做等势面。
3、等势面与电场线垂直
与等高线相类比
七、等势面
10、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
巩固练习
CD
11、如下电场中，a、b两点场强和电势都相同的是 (　 　)
A．距正的点电荷等距离的a、b两点
B．等量异种点电荷的连线的中垂线上，距连线中点O等距离的a、b两点
C．等量同种点电荷的连线上，距连线中点O等距离的a、b两点
D．两块带有等量异种电荷的平行金属板间，距同一板不等距离的a、b两点
正的点电荷电场线和等势面分布，如图，a、b两点在同一等势面上，电势相同，场强大小相同，但方向不同，故A错．
11、如下电场中，a、b两点场强和电势都相同的是 (　 　)
A．距正的点电荷等距离的a、b两点
B．等量异种点电荷的连线的中垂线上，距连线中点O等距离的a、b两点
C．等量同种点电荷的连线上，距连线中点O等距离的a、b两点
D．两块带有等量异种电荷的平行金属板间，距同一板不等距离的a、b两点
由图知，a、b两点位于同一等势面上，故两点电势相同，a、b两点处电场线分布疏密程度相同，且a、b两点处电场线的切线方向也相同，故两点场强相同
11、如下电场中，a、b两点场强和电势都相同的是 (　 　)
A．距正的点电荷等距离的a、b两点
B．等量异种点电荷的连线的中垂线上，距连线中点O等距离的a、b两点
C．等量同种点电荷的连线上，距连线中点O等距离的a、b两点
D．两块带有等量异种电荷的平行金属板间，距同一板不等距离的a、b两点
由图可知，a、b两点分别位于对称的等势面上，故两点电势相同，a、b两点处电场线分布的疏密程度相同，两点场强大小相同，但a点场强方向沿连线指向b，b点场强方向沿连线指向a，故两点场强方向不相同
11、如下电场中，a、b两点场强和电势都相同的是 (　 　)
A．距正的点电荷等距离的a、b两点
B．等量异种点电荷的连线的中垂线上，距连线中点O等距离的a、b两点
C．等量同种点电荷的连线上，距连线中点O等距离的a、b两点
D．两块带有等量异种电荷的平行金属板间，距同一板不等距离的a、b两点
而带有等量异种电荷的平行金属板产生的是匀强电场，距同一板不等距离的a、b两点场强相等，电势不等，故D错
B
谢谢观看!