高中物理选修3-1-1.4电势与电势能

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4
电势能与电势
1
电场
2
电场的性质
电荷周围存在的一种特殊物质
对放入电场中的电荷有力的作用
3
电场性质的描述
4
匀强电场
电场强度
电场线
电场强度处处相同的电场
E
思考
与
讨论
如图所示的匀强电场中，带正电的点电荷从 A 点释放后，将做什么运动（不计重力）？
+
F
+
F
其动能如何变化？
动能从何而来？
说
明
电荷在电场中具有能
电场力做功的特点
E
A
C
B
θ
l
如图所示，电量为 q 的点电荷由 A 点沿 AB 移动到 B 点电场力做的功是多少？
+
F
+
F
+
F
若电荷先沿 AC 移动到 C 后，再沿CB 移动到B，电场力做是多少？
将电荷 q 沿任意曲线从 A 移至B ？
M

E
A
B
+
q
F
E
A
B
+
q
F
+
q
F
+
q
F
+
q
F
M
X1
x2
结论： 在匀强电场中，静电力（电
场力）做功与路径无关，只
由初、末位置决定。
可以证明：在非匀强电场中，电场力
做功，也是于路径无关，
只由初、末位置决定。
总结归纳：
电场力做与路径无关
与电荷初末、位置有关
电势能
1
类比想像
在重力场中，重力做功与路径无关，与物体的起始位置和终止位
置有关，人们引入了重力势能。
在电场中，电场力做功与路径无关，与电荷的起始位置和终止位
置有关，也可以引入电势能概念。
归纳：
电场力做正功，电势能减少
电场力做负功，电势能增加
2
电力做功与电势能
思考
与
讨论
电荷在下列电场中移动时,静电力做什么功 电荷的电势能如何变化？
E
A
B
+
① 正电荷由 A
移动到 B
+
F
② 负电荷由 A
移动到 B
-
-
F
思考
与
讨论
电荷在下列电场中移动时,静电力做什么功 电荷的电势能如何变化？
③ 正电荷由 C
移动到 D
④ 负电荷由 C
移动到 D
E
D
C
+
+
F
-
F
-
3
电势能
因为：功是能量转化的量度
所以：电场力做的功等于电
势能的减少量
即：WAB = EPA - EPB
EPA - EPB
电势能的减少量
E
B
A
如图所示，匀强电场场强 E = 4.0×1010 N/C，方向与水平方向成 300，电荷量为 q = -2.0×10－8 C 的点电荷从 A 点沿竖直方向向下运动到B点，已知 A、B 间距离为 10 cm，那么，该电荷电势能是增加了还是减少了，变化量是多少焦耳？
300
-
-
F
减少，减少了 40 J
如何移动的正电荷，
其他不变，情况如何？
下列说法中正确的是 （ ）
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
练一练
ABC
类比：
m
h
重力势能？
q
E
选择零势能面
电势能？
选择零势能面
零势能参考点
B
+
A
E
q
若取电场中 B 点为零势能点
电荷 q 在 A 点的电势能？
由 A 到 B 电场力做功 WAB
WAB = EPA - EPB
EPB = 0
则 EPA = WAB
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。
q
E
如图所示的电场中，
电荷从 A 点移动 B
点，克服电场力做
功 20 J。若取 B 点
为零势能点，则该
电荷在 A 点电势能
是多少？如何取 A 点为零势能点，那么该电荷在 B 点的电势能是多少？
A
B
EPB = 0 时，EPA = -20J
EPA = 0 时，EPB = 20J
4
关于电势能的几点说明
① 电势能具有相对性
电荷在电场中的电势的多少与零势能点的选择有关。通常选到地面或无穷远处为零势能点。
② 电势能具有系统性
电势能是电荷与电场所共有的能力，通常说法只是一种简约化的、通俗的说法。
③ 电势能是标量
电势能有正、负，其正负由相对零势点的位置有电性决定
1
电势的定义
电势
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
电势的定义式
φ =
Ep
—
q
3
电势的单位
伏特（V） 1 V = 1 J/C
有一正点电荷，电量为q = 2×10－7 C
从电场中的A点移到B点，电场力做功
WAB = 4×10－6 J。设 B 点所在位置为
势能零点。那么
1）电荷在 A 点所具有的电势能为多少？
2）A 点的电势为多少？
EA = WAB = 4 ×10－6 J
φA = EA /q = 20V
负
WAB = - 4×10－6 J。
φA = EA /q = 20V
EA = WAB = - 4 ×10－6 J
4
关于电势的几点说明
① 电势反映了电场能的性质
电势与场源及空间位置有关，与放入电场中的电荷无关
② 电势具有相对性
电势是相对零势点而方言，通常取无穷远或大地为零势点
③ 电势是标量
电势没有方向，但有正负
④ 电场线指向电势降低的方向
A
B
正电荷由A到B电势能如何变化？
练一练
如图，在点电荷 Q 形成的电场中，把一个 q = - 2.0×10－8 C 的点电荷由无穷远处分别移到电场中 A、B、C 三点，电场力做功分别为 6.0×10－7 J 、 4.0×10－7 J 、 1.0×10－7 J ，以无穷远为零电势点，那么这三点电势分别是多少？若取B为零势，又将如何？
30V、20V、5V
+
Q
A
B
C
E
10V、0V、-15V
等势面
1
等势面定义
电场中电势相同的各点构成的面，叫做等势面。
2
等势面特点
① 在等势面上移动电荷，电场力做功为零
② 等势面与电场线垂直
③ 电场线从高等势面垂直指向低等势面
3
常见电场的等势面分布
线
点电荷的电场的等势线
等量异种电荷电场的等势面
等量同种电荷电场的等势面
匀强电场的等势面
带电导体周围的电场和等势面