10.1 电势能和电势 课件 (共27张PPT) 高一物理人教版（2019）必修第三册

(共27张PPT)
第1节 电势能和电势
第十章 静电场中的能量
一个正电荷在匀强电场中只受到静电力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WAB。
E
A
B
F
是一种什么形式的能量在减少呢？
由动能定理可知，该电荷的动能增加了WAB。根据能量守恒定律，动能增加就意味着有某种形式的能量在减少。
1.通过计算在匀强电场中移动电荷静电力所做的功，认识静电力做功与路径无关的特点。
2.通过类比重力势能引入电势能，了解电荷在电场中的电势能，知道静电力做功与电势能变化的关系。知道常见电势能零点的规定方法。
3.通过建立电势概念的过程，理解电势是从能的角度描述电场的物理量。会判断电场中两点电势的高低。
知识点一：静电力做功的特点
思考与讨论：
重力做功：
W=mgh
h是高度差
静电力做功：
W=qEd
d是位移
重力做功具有跟路径无关的特点，静电力做功是否也具有这一特点
如图,在电场强度为E的匀强电场中任取A、B两点，把试探电荷q沿两条不同路径从A点移动到B点。
计算这两种情况下静电力对电荷所做的功。
M
E
A
B

+
q
q
+
将电荷q沿直线AB从A移至B
M
E
A
B

+
q
q
+
F
WAB = qE·|AB| cosθ
= qE·|AM|
将电荷q沿折线AMB从A移至B
M

E
A
B
对AM:
WAM = q E ·|AM|
对MB:
WMB = 0
对全程:
W = WAM + WMB= q E·|AM|
+
q
F
W = W1 + W2 + W3 +… = q E·|AM|
W1 = q E ·x1
W2 = q E ·x2
W3 = q E ·x3
… … … …
x1 + x2 + x3 +…=
将电荷q沿曲线从A移至B
M

E
A
B
+
q
F=qE
E
A
B
+
q
F=qE
+
q
FqE
+
q
M
x1
x2
我们用无数组跟静电力垂直和平行的折线来逼近曲线AB。
微元分割法
沿直线AB:
沿折线AMB:
沿曲线AB:
沿任意路径静电力做功:
B
M
A
F

+
W1 = F·|AB| cosθ
= qE·|AM|
W2 = qE·|AM|
W3 = qE·|AM|
W任意 = qE·|AM|
在匀强电场中移动电荷时，静电力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。
也适用非匀强电场
重力与高度差有关的mgh叫做重力势能，那电场有没有跟高度差有关的“电场势能”
试探电荷q由A运动到B：
ΔEk↑
ΔEp↓
某物体m由高度A下降到高度B
ΔEk↑
ΔEp↓
思考：如何确定试探电荷在A点所具有的电势能？
知识点二：电势能
1.电势能的概念
某点的电场势能
某点的重力势能
某点的势能
匀强的场
点电荷的，
某半径处的，
电场势能
中心场
电荷在电场中具有与其位置有关的能量叫电势能
2.电场力做功和电势能的关系
E
A
B
+
q
F
O
WAB：电荷由A点运动到B点静电力做的功;
EpA：电荷在A点的电势能；
EpB：电荷在B点的电势能。
WAB=EpA-EpB
（1）当WAB>0，则EpA>EpB,表明电场力做正功，电势能减小；
（2）当WAB<0，则EpA3.电势能是相对的，具体数值与零势能面的选取有关；
4.电势能为电荷和对它作用的电场组成的系统共有。
5.电势能是标量。
通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为0，或把电荷在大地表面的电势能规定为0。
多远算“无限远” 呢？
q
Q
我们说某个电荷的电势能，只是一种简略的说法。
1.电荷在某点的电势能，等于把它从该点移动到零势能面时静电力所做的功。
E
A
B
若以A点作为零势能面，
则有 EPA-EPB=WAB
因EPA=0 ，则 EPB= -WAB
如图，若A→B电场力所做功为WAB
若以B点作为零势能面，
则EPA-0=WAB即EPA=WAB
2.选择不同的零势能面，对于同一个带电体在同一点来说电势能大小是不相同的。
6.电势能的大小：
总结：
跟踪导练
1.右图中M、N为电场中某一条电场线方向向右，在线上取两点a、b，现将一电荷+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。
C
2.如图所示，点电荷固定于Q点，一带电粒子仅在库仑力作用下，做以Q为焦点的椭圆运动．M、N为椭圆长轴端点上的两点，下列说法正确的是（　　）
A．带电粒子与点电荷的电性一定相同
B．带电粒子与点电荷的电性可能相同，也可能相反
C．带电粒子在M点的电势能大于在N点的电势能
D．带电粒子在M点的动能大于在N点的动能
D
3.如图所示，水平向右的匀强电场中有一绝缘斜面，一带电滑块以Ek0=40J的初动能从斜面底端a冲上斜面，到顶端b后返回。已知滑块从a滑到b的过程中克服摩擦力做功15J，克服重力做功30J，则（　　）
A．滑块带正电，上滑过程中电势能增加5J
B．滑块上滑过程中机械能增加10J
C．滑块下滑过程中机械能减少20J
D．滑块返回到斜面底端时动能为10J
D
知识点三：电势
A
O
L
θ
E
+
如图：有一个电场强度为E的匀强电场，规定电荷在O点的电势能为0。A为电场中的任意一点。用图中已知量表示出正电荷q在A点的电势能。
q
EpA=WAO=qELcosθ
思考：通过表格中的数据发现这个功与电荷的多少有关，但是不能用它来表示电场某点的性质。那么用什么物理量来反映电场某点性质呢？
通过分析可知，至于A点的电荷，如果它的电荷变为原来的几倍，其电势能也变为原来的几倍，电势能与电荷量之比却是一定的。
常量与EP及q无关，即与试验电荷无关，反映电场本身的某种性质；
EpA=WAO=qELcosθ
1.定义：
电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量之比，叫做电场在这一点的电势。
φ=，计算时带入正负号
伏特（V），1V=1J/C
2.公式：
3.单位：
4.电势的相对性：
与电势能一样具有相对性，规定了零势点之后，才能确定电场中各点的电势。在物理学的理论研究中常取离场源电荷无限远或大地表面的电势为零。
5.电势的标量性：
电势是标量，只有大小没有方向，但有正负值，比零点高为正值，比零点低为负值。
思考1.如何比较电势的高低？
A
B
E
电荷由A点运动的B点
正电荷 负电荷
电场力做功
电势能变化
电势变化
降低
降低
正功
负功
减少
增加
说明：沿电场线方向电势降低最快。
沿电场线方向，
电势越来越低。
正电荷在电势能大的地方电势高，负电荷相反。
静电力对正电荷做正功，则电势降低。
离带正电的场源电荷越近的点，电势越高。
电势高低的判断
2.电势与电场强度的比较
电势 电场强度E
物理意义
决定因素
矢/标量
反映电场能的性质
反映电场力的性质
由电场本身性质决定，
与检验电荷无关
由电场本身性质决定，
与检验电荷无关
标量
矢量
跟踪导练
1.电场线分布如图所示，图中P、Q两点的电场强度的大小分别为EP和EQ，电势分别为φP和φQ，则（　　）
A．EP＜EQ，φP＞φQ B．EP＞EQ，φP＜φQ
C．EP＞EQ，φP＞φQ D．EP＜EQ，φP＜φQ
A
2.如图所示，x轴垂直穿过一个均匀分布着正电荷的圆环。且经过圆环的圆心O．关于x轴上的电场强度和电势，下列说法确的是（　　）
A．O点的电势一定为零
B．O点的电场强度一定为零
C．从O点沿x轴正方向，电场强度一直减小，电势一直升高
D．从O点沿x轴正方向，电场强度一直增大，电势一直降低
B
3.如图所示，实线表示匀强电场的电场线．一个带正电荷的粒子以某一速度射入匀强电场，只在电场力作用下，运动轨迹如图中虚线所示，a、b为轨迹上的两个点．若a点电势为φa，b点电势为φb，则下列说法中正确的是（　　）
A．场强方向一定向左，且电势φa＞φb
B．场强方向一定向左，且电势φa＜φb
C．场强方向一定向右，且电势φa＞φb
D．场强方向一定向右，且电势φa＜φb
C
静电力做功的特点
1.定义：电荷在电场中具有的势能叫电势能，用符号EP表示。
2. 电场力做功和电势能的关系：WAB=EpA-EpB
3. 电势能是相对的，具体数值与零势能面的选取有关；
4.电势能为电荷和对它作用的电场组成的系统共有。
5.电势能是标量。
1. φ=，单位：伏特（V），1V=1J/C
2.电势的相对性
3.电势的标量性
电势能
电势
电势能
和电势
1.起始位置和终止位置有关
2.与电荷经过的路径无关