10.1 电势能和电势 课件 (共31张PPT)2024-2025学年高一物理人教版（2019）必修第三册

(共31张PPT)
第十章　静电场中的能量
电势能和电势
1
1
知道静电力做功的特点,掌握静电力做功与电势能变化之间的关系
2
理解电势能、电势的概念及电势和电势能的相对性
3
掌握电势能的计算方法
4
会判断电场中两点电势的高低
重点
重难点
重点
重点
一、静电力做功的特点
物体运动时，重力对它做的功只跟它的起点和终点的位置有关，而跟物体运动的路径无关
如图所示，正试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中，仅在静电力作用下从A移动到B.
(1)若q沿直线(图甲)运动，静电力做的功为多少？
(2)若q沿折线(图甲)AMB从A点移动到B点，静电力做的功为多少？
(3)若q沿任意曲线ANB(图乙)从A点移动到B点，静电力做的功为多少？
(4)由此可得出什么结论？
M
E
W = qE·|AB| cosθ
= qE·|AM|
1.将电荷q从A沿直线移至B
A
B
θ
+
q
F
2.将电荷q从A沿折线移至B
W1 = qE ·|AM|
W2 = 0
W = W1 + W2= qE·|AM|
M
θ
E
A
B
+
q
F
M
θ
E
A
B
+
q
F
3.将电荷q从A沿曲线移至B
E
A
B
+
q
F
+
q
F
+
q
F
+
q
F
M
x1
x2
微元法
W= W1+W2+W3+…=qE·|AM|
W1=qE·x1
W2=qE·x2
W3 =qE·x3
… … … …
x1 + x2 + x3 +…=
在电场中移动电荷时，静电力做的功只与电荷的起始位置和终止位置有关，与电荷经过的路径无关 。
电场是非匀强电场呢？
微元至匀强电场
化曲为直
化变为恒
1.(2023·黑龙江省实验中学高二月考)如图所示是以电荷+Q为圆心的一组同心圆(虚线),电场中有A、B、C、D四点。现将一带电荷量为q的正点电荷由A点沿不同的路径移动到D点,沿路径①做功为W1,沿路径②做功为W2,沿路径③做功为W3,则
A.W2C.W2>W3>W1 D.W3>W2>W1
√
二、电势能
电势能Ep
mg
qE
重力做功
把重力势能转化为动能
类比
电场做功
把电势能转化为动能
(1)分析正电荷只在静电力作用下从A→B运动(图甲)和从B→A运动时(图乙)静电力做功情况、动能和电势能的变化.
从A→B静电力做正功，动能增加，电势能减少
从B→A静电力做负功，动能减少，电势能增加
A
B
qE
(2)参考重力做功与重力势能变化的关系总结静电力做功与电势能之间有什么关系.
WAB＝EpA－EpB， ΔEp＝EpB－EpA
静电力做的功等于电势能的减少量.
WAB＝－ΔEp
mg
A
B
A
B
qE
(3)如果规定B点为零势能位置，若电荷从A移动至B静电力对电荷做功为WAB，则电荷在A点电势能是多少？你能得出什么结论？
由WAB＝EpA－EpB＝EpA－0得EpA＝WAB
A
B
qE
结论：电荷在某点的电势能，等于把它从该点移动到零势能位置时静电力所做的功.
电势能Ep
1.定义: ,是与 有关的物理量。符号: 。
2.静电力做功与电势能变化之间的关系:
(1)WAB= 。
(2)静电力做正功,即WAB>0,电势能 ;静电力做负功,即WAB<0,电势能
。
3.电势能的大小:电荷在某点的电势能,等于__________________________
。
电荷在电场中具有的势能
位置
Ep
EpA-EpB
减少
增加
把它从这点移动到零势能位
置时静电力所做的功
电势能Ep
4.电势能的几点说明:
(1)标量:正负值表示电势能 。
(2)系统性:电荷与 共有的能量。
(3)相对性:通常以离场源电荷 或 为零势能面。
大小
电场
无限远
地面
2.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移到C,静电力做了1.2×10-5 J的功,则:
(1)电荷从A移到B,再从B移到C的过程中电势能
改变了多少
答案　 (1)见解析 (2)见解析 (3)见解析
(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
(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
2. (1)静电力先做负功后做正功,则电荷从A经B到C的过程中,静电力做功WAC=WAB+WBC=(-3×10-5+1.2×10-5) J=-1.8×10-5 J,则知电势能增加了1.8×10-5 J。
(2)若A点的电势能为零,则B点的电势能为EpB=EpA-WAB=0-WAB=3×10-5 J,同理,C点的电势能为EpC=EpA-WAC=0-WAC=1.8×10-5 J。
(3)若B点的电势能为零,则该电荷在A点的电势能为EpA'=EpB'+WAB=0+WAB=-3×10-5 J
C点的电势能为EpC'=EpB'-WBC=0-WBC=-1.2×10-5 J。
三、电势
在如图所示电场强度为E的匀强电场中，取O点为零电势点，A点距O点的距离为L，AO连线与电场强度负方向的夹角为θ.
(1)电荷量分别为q、－q和2q的试探电荷在A点的电势能分别为多少？
由题意知EpO＝0，根据WAO＝EpA－EpO
电荷量为q的试探电荷从A点到O点静电力做的功为WAO＝qELcos θ
电荷量为q的试探电荷在A点的电势能EpA＝qELcos θ
同理，电荷量为2q的试探电荷在A点的电势能EpA＝2qELcos θ
电荷量为-q的试探电荷从A到O静电力做的功为WAO′＝-qELcos θ
电荷量为-q的试探电荷在A点的电势能EpA′＝-qELcos θ
在如图所示电场强度为E的匀强电场中，取O点为零电势点，A点距O点的距离为L，AO连线与电场强度负方向的夹角为θ .
(2)不同电荷在同一点的电势能与电荷量的比值是否相同 与试探电荷的电荷量是否有关系
相同，比值都ELcos θ ，无关
电势
1.定义: 。
2.公式:φ= ,其中φ由电场中该点的 决定,与试探电荷q本身_____
(填“有关”或“无关”)。单位为伏特,符号是V。
电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量之比
性质
无关
3.单位：在国际单位制中，电势的单位是伏特，符号是V，1 V＝1 J/C。
(1)假如正试探电荷沿着电场线从A点移到B点,电荷的电势能如何变化
A、B两点电势有什么关系
电势能减少　φA>φB
(2)假如负试探电荷从A点移到B点,电势能如何变化 A、B两点电势有
什么关系
电势能增加　φA>φB
电势
4.电势高低的判断:沿着电场线方向电势逐渐 。
5.电势的相对性:只有在规定了零电势点之后,才能确定电场中某点的电势,一般选 或离场源电荷 处的电势为0。
6.电势是 (填“矢”或“标”)量,但有正负。在同一电场中,电势为正值表示该点电势高于零电势,电势为负值表示该点电势低于零电势。
注意:通过φ=计算时,Ep、q均需代入正负号。
降低
大地
无限远
标
(1)电场强度为零的位置电势也为零。(　　)
(2)电场强度大的位置电势不一定高。(　　)
(3)电势降低的方向就是电场线的方向。(　　)
(4)某电场中,A点的电势φA=-3 V,B点的电势φB=-4 V,则φA<φB。(　　)
√
×
×
×
3.如图,将q1=2×10-6 C的试探电荷从A点移到B点,静电力做功5×10-5 J,从B点移到无穷远处,静电力做功8×10-5 J。以无穷远处的电势为零,求:
(1)电荷q1在A、B两点的电势能;
答案　 (1) 1.3×10-4 J　8×10-5 J
(2) 65 V　40 V (3) -1.3×10-4 J　-8×10-5 J
(2)A、B两点的电势;
(3)q2=-2×10-6 C的电荷在A、B两点的电势能。
3. (1)从B点移到无穷远处,静电力做功8×10-5 J,则W=EpB-Ep∞=EpB
所以在B点的电势能EpB=8×10-5 J
将q1=2×10-6 C的试探电荷从A点移到B点,静电力做功5×10-5 J,
则W'=EpA-EpB ,所以EpA=1.3×10-4 J
(2)根据Ep=φq
可知φA==65 V,φB==40 V
(3)q2=-2×10-6 C的电荷在A、B两点的电势能
EpA'=q2φA=-1.3×10-4 J,EpB'=q2φB=-8×10-5 J。
拓展1　A点与B点哪个位置电势高
答案　φA>φB
答案　EpA拓展2　q2在A点还是B点的电势能大
电势高低的判断方法
1.电场线法:沿着电场线方向电势逐渐降低。
2.场源电荷法:离场源正电荷越近的点,电势越高;离场源负电荷越近的点,电势越低。
3.公式法:由φ=知,对于同一正电荷,电势能越大,所在位置的电势越高;对于同一负电荷,电势能越小,所在位置的电势越高。
4.如图所示的电场中有A、B两点,下列判断正确的是
A.电势关系为φA>φB,电场强度大小关系为EA>EB
B.电势关系为φA<φB,电场强度大小关系为EAC.将电荷量为q的正电荷从A点移到B点,静电力做
负功,电势能增加
D.将电荷量为q的负电荷分别放在A、B两点,电荷具有的电势能关系为
EpA√
电势能大小的判断方法
1.根据静电力做功判断
静电力做正功,电势能减少;静电力做负功,电势能增加。
2.根据Ep=qφ判断
如果是正电荷,电势越高,电势能越大;如果是负电荷,电势越高,电势能越小。
电势能与电势
静电力做功
电势能
特点：只与初末位置有关与路径无关
计算方法：W=qELcos θ (θ为力与位移之间的夹角)
定义：电荷在电场中具有的势能
静电力做功与电势能变化的关系： WAB =EpA－EpB
电势能的大小：Ep= qφ
有电场中某点位置决定，反映电场能的性质
与检验电荷的电荷量，电性无关
表示将1C正电荷从参考点移到零势能点电场力做的功
电势
定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值
定义式：
物理意义