10.1 电势能和电势 (共24张PPT) 课件 2024-2025学年高一物理人教版（2019）必修第三册

(共24张PPT)
第十章 静电场中的能量
第1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。
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。
3. 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。
01 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
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：电荷在电场中具有的势能叫电势能，用Ep 表示。
2.静电力做功与电势能变化的关系：
静电力做功等于电势能的减少量
（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EpAM
E
A
B
+
q
θ
02 电势能
3.电势能具有相对性，与零势能点的选取有关
通常把电荷在离场源电荷无限远处或大地表面的电势能规定为0。
M
E
A
B
+
q
θ
4.电势能的大小：
电荷在某点的电势能，等于把它从这点移动到零势能位置时静电力做的功。
5.电势能是标量，但有正负。
6.电势能具有系统性
是相互作用的电荷所共有的，或是电荷及对它作用的电场所共有的
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。
寻找表示电场能的性质的物理量
匀强电场中任取一点A，取一点B，并规定电荷在B点的电势能为0，引入检验电荷置于A，其电势能为EPA。则从A点移到B点时电场力做功为WAB=EPA。
q +1C
EPA E0
+2C
……
-1C
-2C
……
2E0
……
-E0
-2E0
……
寻找表示电场能的性质的物理量
E
q
F
A
B
+
该“常量”是否相当于电场中的“高度”？
该比值是一个与q无关，仅与电场及A点的位置有关的量。
E
A
B
θ
+
+
q
F
寻找表示电场能的性质的物理量
B为零势能参考点
该比值称为A点的电势
q从A移到B，求EPA与q的比值：
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。
02 电势
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
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.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
4.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
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
1.定义式： φ=
电势能
电势
电势能
和电势
1.起始位置和终止位置有关，与电荷经过的路径无关
2.与检验电荷的电荷量，电性无关
3.电势高低的判断
2.与电荷经过的路径无关