1.4 电势能和电势 (共27张PPT) 课件 2024-2025学年高一物理粤教版（2019）必修第三册

(共27张PPT)
第一章 静电场的描述
第4节 电势能和电势
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。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。
E
A
B
F
是一种什么形式的能量在减少呢？
知识点一：静电力做功的特点
M
E
A
B
θ
+
q
F
问题1：将正的检验电荷q从A沿直线移至B，求电场力的功
W = F·|AB| cosθ
= q E·|AM|
问题2：将正的检验电荷q从A沿折线移至B，求电场力的功
对AM:
W1 = q E ·|AM|
对MB:
W2 = 0
对全程:
W = W1 + W2= q E·|AM|
M
E
A
B
θ
+
+
q
F
问题3：将正的检验电荷q从A沿曲线移至B，求电场力的功
W = W1 + W2 + W3 +… = q E·|AM|
W1 = q E ·x1
W2 = q E ·x2
W3 = q E ·x3
… … … …
x1 + x2 + x3 +…=
M

E
A
B
+
q
F
E
A
B
+
q
F
+
q
F
+
q
F
+
q
F
M
x1
x2
x3
Q
P
F
Δd
问题4：将+q沿蓝色曲线由A移到B,求电场力的功
将-q由A移到B的过程，电场力对电荷做功为：
d
A
B
+q
E
L
θ
(对于非匀强电场也适用)
这与什么力做功相似呢？
重力做功
总结：在匀强电场中移动电荷时，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。
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
温故知新：重力做功的特点（A→B）
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？
类 比 推 理：
1.定义：一个电荷在静电场中的某一位置具有的势能，这种势能叫作电势能，用符号Ep表示。
2.功能关系:
电场力做的功等于电势能的减少量，
即
(1) 静电力做正功时，电荷的电势能减少；
(2) 静电力做负功时，电荷的电势能增加。
知识点二：电势能
3.大小：通常电荷在将无限远处的电势能规定为零，或把电荷在地面上电势能规定为零，则电荷在某点的电势能大小等于它从这点移到零势能位置时电场力所做的功，即。
4.意义：
(1)电势能具有相对 性，其大小跟零势能的选取有关；
(2)电势能具有系统性，是由电场和电荷组成
的系统共同决定；
(3)电势能是标量，正负号不表示方向，而
表示大小，正的电势能总比负的电势能大。
电场中力的性质
比值法
电场强度
电场中能的性质
【要求】电场的能的性质也是电场本身的一种属性，它只能由＿＿＿＿所决定，而与电场中有无放入试探电荷 。
物理量
场源本身
无关
电势能
试探电荷q↑
电场力F↑
电场力做功W
↑
有 关
×
比值法？
能否用“电势能EP”描述电场中能的性质吗？
如何描述电场中能的性质
讨论与交流：如图所示，场强为E的匀强电场中，规定负极板的电势能为零(极板接地)。取极板附近一点O，从与点 O 距离为d的点 A，把一个电量q=q0的正试探电荷由点A移到点O，分析电场中能的性质。
q0Ed
q0Ed
Ed
2q0Ed
3q0Ed
…
nq0Ed
2q0Ed
3q0Ed
…
nq0Ed
Ed
Ed
…
Ed
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)
知识点三：电势
电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量之比。
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
知识点四：等势面
思考：如何形象的表示电场中电势的高低呢？
在地图中常用等高线来表示地势的高低。
于此类似，电场中常用等势面来表示电势的高低。
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
1.等势面的定义：
U=0V
在电场中，电势相同的各点构成的面叫做等势面。
2. 特点：
(1)在同一等势面上移动电荷，电场力不做功；
(2)电场线与等势面垂直，并指向电势低的等势面；
(3)相邻等势面之间的电势之差通常是相等的。
(4)不同等势面在空间不相交、不相切。
3.实例：几种常见的电场的电场线和等势面分布图
例题：雷雨云层可以形成几百万伏以上的电压，足以击穿空气产生几十万安培的瞬间电流，电流生热使空气发光，形成闪电；空气受热突然膨胀发出巨响，发出雷声。如图所示，雷雨云底部的电势较地面低 1.5×108V，闪电时，一个电子从雷雨云底部抵达地面，求它的电势能变化量。
解：取地面的电势φ地 =0
一个电子在雷雨云底部和在地面的电势能分别为
一个电子从雷雨云底部抵达地面，电势能的变化量为
故电势能减少，这些电势能的减少量转化为闪电所发出的热和光
1.如图所示，电场强度为E的匀强电场中，带电荷量为+q的电荷沿直线AB、折线ACB、曲线ANB运动，已知AB长为d，关于静电力做的功和大小关系，下列说法正确的是（　　）
A．沿折线ACB运动时，静电力做功最多
B．沿直线AB运动时，静电力做功最少
C．沿直线ANB运动时，静电力做功做多
D．这三种运动路径，静电力所做的功一样多
D
2.下面关于电势和电势能的说法正确的是（　　）
A. 电荷在电场中电势越高的地方，具有的电势能也一定越大
B. 在负的点电荷的电场中的任一点，正电荷的电势能大于负电荷的电势能
C. 电势降低的方向，一定就是场强方向
D. 电势能是电场和电荷共同决定的
D
3.某静电场的电场线分布如图所示，图中A、B两点的电场强度大小分别为EA和EB，电势分别为φA和φB，将带电量为q的负电荷分别放在A、B两点时具有的电势能分别为EpA和EpB，则有（ ）
A. EA>EB，φA>φB，EpAB. EA>EB，φA>φB，EpA>EpB
C. EAφB，EpA>EpB
D. EAA
4.如图所示，三个等差等势面上有a、b、c、d四点，若将一个正电荷由c经a移动到d电场力做正功W1，若由c经b移动到d电场力做正功W2，则（ ）
A. W1>W2 ， φ1> φ2
B. W1＜W2 ， φ1＜ φ2
C. W1＝W2 ， φ1＜φ2
D. W1＝W2 ， φ1> φ2
D