1.4 电势能与电势 课件(共60张PPT)

(共60张PPT)
第一章 静电场的描述
粤教版 必修三
第四节 电势能与电势
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。
从能量转化的角度，同学们可以展开哪些思考呢？
E
A
B
F
新课导入
B
A
F
q
E
动能定理：该电荷的动能增加了WAB
能量守恒定律：某种形式的能量减少了WAB
+
这是一种什么形式的能量呢？
动能
通过静电力做功
重力——重力做功与路径无关
滑动摩擦力——滑动摩擦力做功与路径有关
电场力做功有什么特点呢？
新课导入
Part 01
电场力做功的特点
讨论与交流
在场强为E的匀强电场中，电量为+q的试探电荷沿三种不同路径从点A移动到点B。电场力做功分别是多少？
W = W1 + W2 + W3 +… = q E·|AC|=qEd
W1 = q E ·x1
W2 = q E ·x2
W3 = q E ·x3
… … … …
x1 + x2 + x3 +…=
C

E
A
B
+
q
F
E
A
B
+
q
F
+
q
F
+
q
F
+
q
F
C
x1
x2
x3
Q
P
F
Δd
在场强为E的匀强电场中，电量为+q的试探电荷沿曲线从点A移动到点B。电场力做功分别是多少？
讨论与交流
化曲为直
一、电场力做功的特点
研究表明，在匀强电场中移动电荷时，电场力所做的功与电荷的电量及其起点、终点的位置有关，与路径无关。更多的研究表明，上述结论也适用于非匀强电场。
这与什么力做功相似呢？
重力做功
讨论与交流
1.试探电荷q只受电场力作用由A运动到B，能量如何变化？
2.由能量守恒定律，增加的动能由什么能转化而来？
3.试探电荷q由不同位置运动到B，能量变化相同吗？
C

E
A
B
+
q
F
温故知新
WG＝
=mgh1－ mgh2
定义：重力势能 Ep＝ mgh
重力做的功等于重力势能的减少量
重力做功的特点（A→B）
类比推理
功和能量的变化密切相关。重力做功对应着重力势能的变化，那么，静电力做功又对应着哪种形式的能量变化呢？
Part 02
电势能
电势能
1.定义：电荷在电场中具有的势能叫电势能，用符号EP表示。
电势能
电势能
动能
通过静电力做功
类比重力做功
静电力做的功=电势能的减少量
E
A
B
+
q
F
O
电势能
2 .电场力做功和电势能的关系
电场力做的功等于电势能的减少量
WAB = EpA - EpB = -ΔEp （增量的负值）
（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EpA（公式适用于一切静电场）
电势能
3、特性
①相对性
②系统性
电荷的电势能是由电荷和及对它作用的电场所共有的，具有系统性。
我们说某个电荷的电势能，只是一种简略的说法。
电势能是相对的，具体数值与零势能面的选取有关；
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
电势能
4、标量
例如：EpA=3J 比零势能点多3J
EpB=-3J 比零势能点低3J
EpA ＞ EpB
电势能是标量，有正负，表大小
电势能
5、大小
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电场力所做的功。
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。
总结：
零势能位置的选取是任意的
3.通常把电荷离场源电荷无穷远点Ｏ处或在大地表面的电势能规定为零
Part 03
电势
将不同质量的物体从地面搬到楼顶，重力势能的变化不同，但是楼顶的“高度”是一定的。
将质量m的物体提升h高度，重力势能增加mgh；将质量为2m的物体提升h高度，重力势能增加2mgh；将质量为3m的物体提升h高度，重力势能增加3mgh。
寻找表示电势能性质的物理量
讨论与交流
1.将电量为q的正试探电荷从A点移到O点，则A点的电势能为多少？
2.若电荷的电量为2q、3q … 则A点的电势能为多少
…
3.求EpA/q，比值是否与电荷量有关？
与电荷量无关，仅与电场及A点的位置有关
该“常量”是否相当于电场中的“高度”？
电势
1 V = 1 J/C
1. 定义:
2. 公式:
3. 单位:
(计算时要代入正负号)
５.标量
确定某点的电势，应先规定电场中某处电势为零，通常取大地或无穷远处的电势为零。
(有正负,负电势表示该处的电势比零电势低)
４. 电势具有相对性
伏特(V)
电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量之比。
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
电势的高低
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：电场线指向电势降低的方向
电势的高低
A
B
E
C
同一电荷从A运动到C和从A运动到B静电力做功一样多
说明：沿电场线方向电势降低最快
WAB=EpA-EpB
，
电势
正电荷的电场中电势为正，负电荷的电场中电势为负
电势与电场强度
电势 电场强度E
物理意义
定义 （比值定义法）
决定因素
矢/标量
电场线描述
反映电场能的性质
反映电场力的性质
由电场本身决定，
与检验电荷无关
由电场本身及零电势位置决定，与检验电荷无关
标量
矢量
电荷在电场中某点受到的电场力与电荷量的比值
电荷在该点的电势能与电荷量的比值
切线表示场强方向
疏密表示场强大小
顺着电场线方向，电势越来越低。沿着电场强度的方向电势降低的最快
两者大小之间无直接联系
电势能/电势的高低
A
B
E
WAB = -ΔEp
拓展1：等量异种点电荷
1.沿点电荷的连线由正电荷到负电荷，电势逐渐降低；
O
2.两点电荷连线中垂线上，电势均相等(若取无穷远处电势为0，则中垂线上电势处处为0)。
拓展
+
+
1.两电荷连线上，由正电荷到连线中点O电势逐渐降低，且关于O点对称；
O
拓展2：等量同种正点电荷
2.两电荷连线中垂线上，由中点O 向两侧电势到无限远电势逐渐降低，且关于O点对称 。
+
+
拓展
-
-
1.两电荷连线上，由负电荷到连线中点O电势逐渐升高，且关于O点对称；
O
拓展3：等量同种负点电荷
2.两电荷连线中垂线上，由中点O向两侧电势到无限远电势逐渐升高，且关于O点对称。
-
-
拓展
【练习1】（多选）下图为静电植绒的原理图。带负电的金属网中盛有绒毛，真空中带负电的绒毛一旦与布匹上的黏合剂接触就粘贴在布匹上，则带负电的绒毛从带负电的金属网到布匹的运动过程中（　　）
A．做匀速运动
B．做加速运动
C．电势能逐渐增大
D．运动经过处各点电势逐渐升高
【正确答案】BD
课堂练习
【练习2】（2022·江苏南京·高一期末）反天刀是生活在尼罗河的一种鱼类，沿着它身体的长度方向分布着电器官，这些器官能在鱼周围产生电场，如图为反天刀周围的电场线分布示意图，A、B、C为电场中的点，则下列说法中正确的是（　　）
A．反天刀尾部带正电
B．B点电势高于C点电势
C．B点和C点的电场强度可能相同
D．将一负电荷从A点沿虚线移到C点，电场力对其做负功
【正确答案】B
课堂练习
【练习3】（多选）（2022·黑龙江·哈尔滨三中模拟预测）如图所示，实线表示电场线，虚线表示只受电场力作用的带电粒子的运动轨迹。粒子先经过M点，再经过N点，以下正确的是（　　）
A．粒子在N点的加速度小于在M点的加速度
B．该带电粒子带正电
C．M点的电势低于在N点的电势
D．粒子在M点的电势能大于在N点的电
【正确答案】BD
课堂练习
【练习4】（2022·广东·禅城实验高中高三阶段练习）大气污染日益严重，为了减少污染要求工业尾气需要按照静电除尘器进行除尘才允许排放，下图是静电除尘器的原理示意图，P接负极，外壳Q接正极，废气以一定的速度从底部开口进入，经过除尘后，干净的空气从顶部出来，达到除尘目的。M、n是两粒带电的尘埃（仅受电场力），虚线分别是他们的运动轨迹（　　）
A．m 做匀变速直线运动，n做变加速曲线运动
B．m、n一定带正电
C．n的电势能一定增加
D．微粒m在P处的电势高于m处
【正确答案】C
课堂练习
【正确答案】B
课堂练习
【练习5】（2022·河南宏力学校高二期末）如图所示，d处固定有负点电荷Q，一个带电质点只在电场力作用下运动，射入此区域时的轨迹为图中曲线abc，a、b、c、d恰好是一正方形的四个顶点，则有（　　）
A．a、b、c三点处电势高低关系是
B．质点由a到c，电势能先增加后减小，在b点动能最小
C．质点在a、b、c三点处的加速度大小之比为
D．若将d处的点电荷改为+Q，该带电质点的轨迹仍可能为曲线abc
【练习6】（多选）两个固定的等量异种点电荷所形成电场的等势面如图中虚线所示，一带电粒子以某一速度从图中a点进入电场，其运动轨迹为图中实线所示，若粒子只受静电力作用，则下列关于带电粒子的判断正确的是（　　）
A．带正电
B．速度先变大后变小
C．电势能先变大后变小
D．经过b点和d点时的速度大小相同
【正确答案】CD
课堂练习
【练习7】（多选）一带负电粒子只在电场力作用下沿x轴正方向运动，其电势能Ep随位移x的变化关系如图所示，则粒子在从x1向x3运动的过程中，下列说法中正确的是（　　）
A．在x1处粒子速度最大
B．在x2处粒子加速度为零
C．在x3处电势最高
D．在x2处电势为零
【正确答案】BC
课堂练习
【练习8】（多选）（2022·辽宁·高一期末）在x轴上有两个固定的点电荷Q1、Q2，其电场中的电势φ在x轴正半轴上的分布如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．Q1为负电荷，Q2为正电荷
B．Q1电量小于Q2的电量
C．x1处的电场强度为零
D．电量为-q的检验电荷从x2位置移到无穷远的过程中，电场力做功为
【正确答案】BD
课堂练习
【练习9】（多选）（2022·江西·丰城九中高一期末）带电球体的半径为R，以球心为原点O建立坐标轴x，轴上各点电势φ随x变化如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．球体带负电荷
B．球心处电场强度最大
C．A、B两点电势相同，电场强度不相同
D．一带负电的试探电荷在B点的电势能比在C点电势能的小
【正确答案】AC
课堂练习
Part 04
等势面
A
在此面上移动电荷时
B
B′
W =0
E
B
B′
B
B′
又 W =qU
此面上各点间电势相等
U=0V
在电场中，电势相同的各点构成的面叫作等势面。
等势面
01
1.定义：电场中电势相同的各点构成的面。
匀强电场的等差等势线
匀强电场的等差等势面
匀强电场的等势面
02
匀强电场的等势面是垂直于电场线的一簇平行等间距的平面
做一做：请根据正点电荷电场线分布，画出等势面。
E
等高线
φ降低
山峰的等高线
正点电荷的等势面
03
点电荷的等势面是以点电荷为球心的一簇球面。
深井的等高线
孤立负点电荷等差等势面
不等间距同心球面
B
A
C
φ降低
负点电荷的等势面
04
底部连在一起的两座山峰
等量同种电荷等差等势面
φ降低
A
B
C
o
φ降低
D
等量同种电荷的等势面
05
等量正点电荷连线的中点电势最低，两点电荷连线的中垂线上该点的电势最高，从中点沿中垂线向两侧，电势越来越低。
等量异种电荷等差等势面
A
o
B
C
D
φ降低
高峰与深井的等高线
等量异种电荷的等势面
06
等量异号点电荷的等势面：点电荷的连线上，从正电荷到负电荷电势越来越低，两点电荷连线的中垂线是一条等势线.
不规则带电导体的等势面
07
等势面的特点
08
等势面的特点：
(1)在同一等势面上移动电荷时，静电力不做功，电荷的电势能不变
(3)电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面。
(2)等势面一定跟电场线垂直，即跟电场强度的方向垂直。
(4)任意两个等势面都不相交。
（5）两个相邻等势面间的电势差是相等的，这样的等势面叫做等差等势面。
（6）等差等势面密的地方场强大，等差等势面稀疏的地方场强小。
E
与电荷的起始位置和终止位置有关，与路径无关。
静电力做功
电荷在电场中具有的势能，符号EP。
电势
能
q
Q
相对性、系统性
电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量之比。
电势
A
B
E
沿电场线方向，电势越来越低。
相对性
课堂总结
【练习1】（2022·北京·汇文中学高一期末）如图所示，直线a、b和c、d是处于匀强电场中的两组平行线，M、N、P和Q是它们的交点，四点处的电势分别为φM、φN、φP和φQ。一带正电的粒子由M点分别运动到N点和P点的过程中，电场力所做的负功相等。则（　　）
A．若带正电的粒子由M点运动到Q点，电场力做正功
B．若带正电的粒子由P点运动到Q点，电场力做负功
C．直线c位于某一等势面内，φM<φN
D．直线a位于某一等势面内，φM>φN
【正确答案】C
课堂练习
【练习2】某棵大树被雷电击中：此时以大树为中心的地面上形成了电场，该电场中三个等势面分布及电场中M、N两点的位置如图所示，虚线是一组等间距同心圆，M、N两点在同一半径上。下列说法正确的是（　　）
A．M点比N点电势低
B．电场强度的方向由N点指向M点
C．M、N两点间的电势差为50kV
D．电子由M移到N点，电场力做功50keV
【正确答案】C
课堂练习
【练习3】（多选）等间距虚线a、b、c、d表示匀强电场中的四个等势面。两带电粒子M、N沿着a、d等势面射入电场，运动轨迹分别如图中MPN和NQM所示。已知M带正电，不计粒子重力，则（　　）
A．N带负电
B．等势面a的电势低于等势面b的电势
C．运动过程中，带电粒子M的电势能逐渐减小
D．运动过程中，带电粒子N的动能逐渐减小
【正确答案】AC
课堂练习
【练习4】（2022·湖北·宜城市第一中学高一阶段练习）空间存在甲、乙两相邻的金属球，甲球带正电，乙球原来不带电，由于静电感应，两球在空间形成了如图所示稳定的静电场。实线为其电场线，虚线为其等势线（相邻等势面间的电势差相等），A、B两点与两球球心连线位于同一直线上，C、D两点关于直线AB对称，则（　　）
A．A点和B点的电势相同
B．C点和D点的电场强度相同
C．正电荷从A点移至B点，静电力做正功
D．负电荷从C点移至D点，电势能增大
【正确答案】C
课堂练习
(2)如果规定A点的电势能为零，则该电荷在B点和C点的电势能分别为多少？
5、将带电荷量为6×10－6 C的负电荷从电场中的A点移到B点，克服静电力做了3×10－5 J的功，再从B点移到C点，静电力做了1.2×10－5 J的功，则：
(1)电荷从A点移到B点，再从B点移到C点的过程中电势能共改变了多少？
(3)如果规定B点的电势能为零，则该电荷在A点和C点的电势能分别为多少？
课堂练习
【练习5】
6、(多选)如图所示，在正点电荷产生的电场中的一条电场线上依次有A、B、C三点，分别把带电荷量为＋q和－q的试探点电荷依次放在这三个点上，关于它们所具有的电势能，下列说法中正确的是（ ）
A.放上＋q的试探点电荷时，试探点电荷在各点的
电势能大小关系为EpA＞EpB＞EpC
B.放上＋q的试探点电荷时，试探点电荷在各点的
电势能大小关系为EpA＜EpB＜EpC
C.放上－q的试探点电荷时，试探点电荷在各点的电势能大小关系为EpA＞EpB＞EpC
D.放上－q的试探点电荷时，试探点电荷在各点的电势能大小关系为EpA＜EpB＜EpC
课堂练习
【练习6】
7、如果把电荷量为q＝1.0×10－8 C的电荷从无限远处移到电场中的A点，需要克服静电力做功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未移入电场前，A点的电势是多少？
课堂练习
【练习7】
8、如图所示，匀强电场的电场线与AC平行，把带电荷量为－1×10－8 C的电荷从A点移到B点，静电力做功6×10－8 J.B处电势为1 V，求：
(1)场强方向；
课堂练习
【练习8】
(2)A点电势；
(3)电子在A点的电势能.
9、如图所示，实线表示一簇关于x轴对称的等势面，在x轴上有A、B两点，则（ ）
A. A点场强小于B点场强
B. A点场强方向指向x轴负方向
C. A点场强大于B点场强
D. A点电势低于B点电势
课堂练习
【练习9】
10、空间中P、Q两点处各固定一个点电荷，其中P点处为正点电荷，P、Q两点附近电场的等势面分布如图所示，a、b、c、d为电场中的4个点.则（ ）
A.P、Q两点处的电荷等量同号
B.a点和b点的电场强度相同
C.c点的电势低于d点的电势
D.负电荷从a到c，电势能减少
课堂练习
【练习10】
11、(多选)如图所示，虚线A、B、C表示某电场中的三个等势面，相邻等势面间的电势差相等，一电子从右侧垂直等势面A向左进入电场，运动轨迹与等势面分别交于a、b、c三点，则可以判断( )
A.三个等势面的电势大小为φA>φB>φC
B.三个等势面的电势大小为φC>φB>φA
C.电子由a到c电势能不断减小
D.电子由a到c动能不断减小
课堂练习
【练习11】