(共27张PPT)
第一章
静电场
第四节
电势能和电势
新课标高中物理选修3－1
1.理解静电力做功的特点、电势能的概念、电势能与电场力做功的关系。
2.理解电势的概念，知道电势是描述电场的能的性质的物理量。
3.明确电势能、电势、静电力做功和电势能的关系。
4.了解电势与电场线的关系，了解等势面的意义及等势面与电场线的关系。
学习目标
引：一个试探电荷在电场中某点由静止释放,将如何运动
在电场力作用下电荷做加速运动,一段时间后获得一定的速度,试探电荷的动能增加.
什么能转换为动能的呢，能否从能量的角度解释呢
E
F
+
q
A
B
一、静电力做功的特点
M
E
1.将电荷q从A沿直线移至B:
A
B
+
q
F
M
E
A
B
2.将电荷q从A沿折线移至B:
对AM:
对MB:
对全程:
+
q
F
+
q
F
一、静电力做功的特点
3.将电荷q从A沿曲线移至B:
M
E
A
B
+
q
F
E
A
B
+
q
F
+
q
F
+
q
F
+
q
F
…
…
M
x1
x2
x3
一、静电力做功的特点
电场力做功的过程是什么能转化为什么能呢？
一、静电力做功的特点
在匀强电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷经过的路径无关，仅与电荷的起始位置和终止位置有关，
该结论对于非匀强电场也是适用的。
4、结论
h
回顾重力做功的特点
A
B
C
mg
mg
mg
1.在这三种情况下重力做功的关系？
3.可以引进重力势能的概念。
2.
4.类比可以给出电势能的概念。
（Ep） 标量
二、电势能
A
B
+
+
A
B
－
－
１、定义：电荷在电场中受到电场力而具有的与位置有关的势能叫做电势能。
负电荷逆着电场线移动，电场力做正功，电势能减少
２、电场力做功改变电势能
正电荷顺着电场线移动，电场力做正功，电势能减少
正电荷逆着电场线移动，电场力做负功，电势能增加
负电荷顺着电场线移动，电场力做负功，电势能增加
３、电场力做的功等于电势能的减少量
４、相对性：大地或无穷远默认为零
二、电势能
５、在正电荷产生的电场中正电荷在任意一点具有的电势能都为正，负电荷在任一点具有的电势能都为负。
在负电荷产生的电场中正电荷在任意一点具有的电势能都为负，负电荷在任意一点具有的电势能都为正。
7、电荷在电场中某一点A具有的电势能EP等于将该点电荷由A点移到电势零点电场力所做的功W的。即EP=W
6、电势能有正负，却是标量，正负表示该点的电势能比零点的电势能的高低。
１、下列说法中正确的是（
）
A.当两正点电荷相互靠近时，它们的电势能增大
B.当两负点电荷相互靠近时，它们的电势能增大
C.一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它们的电势能减小
D.一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它们的电势能增大。
ABC
针对训练
电场力做正功，电势能减少；电场力做负功，电势能增加
知识链接
CD
针对训练
由动能定理可知，电荷的动能将增加5×10－6J
，D正确
根据功能关系，电荷的电势能将减少5×10－6J
，C正确
由于不知道电荷的初动能和初势能，所以A、B错误
２、一个电荷只在电场力作用下从电场中的A点移到B点时，电场力做了5×10－6J的功，那么
(
)
A．电荷在B处时将具有5×10－6J
的电势能
B．电荷在B处将具有5×10－6J
的动能
C．电荷的电势能减少了5×10－6J
D．电荷的动能增加了5×10－6J
３、将带电量为6×10-6C的负电荷从电场中的A点移到B点，克服电场力做了3×10-5J的功，再从B移到C，电场力做了1.2×10-5J的功，则
（1）电荷从A移到B，再从B移到C的过程中电势能共改变了多少？
（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？
增加了1.8×10-5J.
EPC=1.8×10-5
J
EPC=-1.2×10-5
J
EPB=3×10-5
J
EPA=
-3×10-5
J
针对训练
4、如图所示,在等量正点电荷形成的电场中,它们连线的中垂面ab上,
有一电子,从静止开始由a运动到b的过程中(a、b相对O对称),下列说法正确的是(
)
A.电子的电势能始终增多
B.电子的电势能始终减少
C.电子的电势能先减少后增加
D.电子的电势能先增加后减少
C
O
a
b
+
+
E
E
F
F
做正功
做负功
电势能减少
电势能增加
针对训练
5、一带电油滴在匀强电场E中的运动轨迹如图虚线所示,电场方向竖直向下.若不计空气阻力,则此带电油滴从a运动到b的过程中,能量变化情况为(
)
A.动能减小
B.电势能增加
C.动能和电势能之和减少
D.重力势能和电势能之和增加
E
a
b
C
针对训练
mg
F电
受力分析
合力向上，合力做正功，油滴动能增加，A错
电场力做正功，电势能减少，B错
根据能量守恒可知，C对、D错
讨论:
1.将电荷q从A点移到B点。若取B点的电势能为零，则A点的电势能为多少？
M
E
A
B
L
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？
+
q
F
与电荷量无关
三、电势
1、定义：
（φ
标量）
3、相对性：一般选取无穷远或大地电势为零。
1J/C=1V
2、EP及q含符号
4、沿电场线
(场强)方向电势越来越低
5、正电荷的电场中电势为正，负电荷的电场中电势为负
A
B
E
φA
＞φB
6、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
7、电势是标量，在规定了零电势后，电场中各点的电势可以是正值，也可以是负值。正值表示该点电势比零高，负值表示该点电势比零低。
6、如图所示，点电荷的静电场中电场线用实线表示，但其方向未标明，虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹。a、b是轨迹上的两点。若带电粒子在运动中只受到电场力作用，根据此图可作出正确判断的是(
)
A.带电粒子所带电荷的性质
B.带电粒子在a、b两点的受力方向
C.带电粒子在a、b两点的速度何处较大
D.带电粒子在a、b两点的电势能何处较大
BCD
a
b
F
F
v
v
若粒子a→b，a、b两点的速度方向如图所示
根据力与运动轨迹的关系，受力方向如图所示,B正确
由动能定理和功能关系可知C、D在正确
若粒子b→a，a、b两点的速度方向如图所示
v
v
7、如图所示，ＭＮ是负点电荷产生的电场中的一条电场线。一个带正电的粒子（不计重力）从a到b穿越这条电场线的轨迹如图中虚线所示，则该带电粒子在a点的加速度一定 在b点的加速度。带电粒子在a点的电势能一定 在b点的电势能。（填“大于”、“小于”式“等于”）。
N
Ｍ
b
a
小于
大于
F
-
四、等势面
2、几种常见的等势面
1、定义：
电场中电势相同的各点构成的面，叫做等势面。
E
+
－
（1）在同一等势面上的任意两点间移动电荷，电场力不做功
（2）电场线（或E）⊥等势面，且由电势较高的等势面指向电势较低的等势面
3、等势面的特点：
（4）等势面密处场强大、电场线密，等势面疏处场强小、电场线疏
（3）不同等势面在空间不相交、不相切，闭合
（5）沿电场方向电势降低最快
（6）匀强电场中电势均匀变化。
20
10
0
针对训练
8、关于等势面，正确的说法是（ ）
A．电荷在等势面上移动时不受电场力作用，所以不做功
B．等势面上各点的场强大小相等
C．等势面一定跟电场线垂直
D．两等势面不能相交
CD
C
1
2
3
针对训练
Uab>Ubc
qUab>qUbc
9、孤立点电荷电场中的一簇等势面如图所示中虚线所示，其电势分别为ψ1、ψ2、ψ3，a、b、c是某电场线与这簇等势面的交点，且ab=ac.现将一负正电荷由a移到b，电场力做正功W1；再由b移至c，电场力做正功W2,则（ ）
A.W1=W2，ψ1＜ψ2＜ψ3
B.W1=W2，ψ1＞ψ2＞ψ3
C.W1＞W2，ψ1＞ψ2＞ψ3
D.W1＜W2，ψ1＞ψ2＞ψ3
10、如图，虚线a、b、c势某静电场中的三个等势面，它们的电势a最大，c最少，一带正电的粒子射入电场中，其运动轨迹如图实线KLMN所示，由图可知（
）
粒子从K到L的过程中，电场力做负功
粒子从L到M的过程中，电场力做负功
粒子从K到L的过程中，电势能增加
粒子从L到N的过程中，动能减少
K
N
M
L
a
b
c
针对训练
AC
v
F
v
F
方法一:
根据电场力做功的正负判断：
如何比较电荷电势能的大小呢？
方法二:
直接根据公式
判断
电场力做正功，电势能减少；
电场力做负功，电势能增加。
方法三:
根据电场线来判断
负电荷
电势能增加
电场力做负功
顺着电场线移动
正电荷
电势能减小
电场力做正功
顺着电场线移动
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第一章
静电场
第四节
电势能和电势
新课标高中物理选修3－1
1、知道静电力做功的特点，了解静电力做功和电势能变化的关系
2、掌握电势能、电势的概念、公式和性质
3、知道什么是等势面，理解在同一等势面上移动电荷静电力不做功，知道电场线与等势面垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面
学习目标
一、电场能的性质
E
+
F
点电荷只在电场力作用下，
E
+
F
动能越来越大。
电荷在电场中具有跟位置相关的能。
速度越来越大，
做加速运动，
动能是什么能转化来的？
一、电场能的性质
二、静电力做功的特点
由于移动电荷时静电力做的功与移动的路径无关，电荷在电场中具有跟位置相关的能，这种能叫做电势能，用EP表示。
在电场中移动电荷时，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。
与重力做功特点相类似
二、静电力做功的特点
探究结论
电场力做正功，电势能减少；
三、电势能
电场力做负功，电势能增加。
与重力做功跟重力势能变化关系相类似
三、电势能
重力做的功等于重力势能的减少量
静电力做的功等于电势能的减少量
A
B
E
+
重力势能的减少量
电势能的减少量
三、电势能
A
B
E
+
设EPB
=0
电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移到零势能位置时所做的功。
零势能参考点
三、电势能
A
B
E
+
设EPB
=0
电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移到零势能位置时所做的功。
三、电势能
A
B
E
-
设EPB
=0
电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移到零势能位置时所做的功。
负号表示电势能的高低
1、下列说法中正确的是（
）
A.当两正点电荷相互靠近时，它们的电势能增大
B.当两负点电荷相互靠近时，它们的电势能增大
C.一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它们的电势能减小
D.一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它们的电势能增大。
电场力做正功，电势能增加；
电场力做负功，电势能减少。
与重力做功类比
巩固练习
知识链接
ABC
2、右图中MN为某电场中一条电场线，方向向右，在MN上取两点a、b，今将一正点电荷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。
若q为负点电荷呢？
+
v
F
q
F做正功
巩固练习
D
A
0
l
θ
E
+
该比值是一个与q无关，仅与电场及A点的位置有关的量。
设EP0
=0
该比值称为A点的电势
零势能参考点
四、电势
四、电势
1、定义：
电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值，叫做这一点的电势。
2、定义式：
与EP=mgh相类比
电势φ与高度h相类似
3、单位：伏特，符号为V
4、电势只有大小，没有方向，是标量
5、电势具有相对性
电势是相对于零势能参考点的，
一般选取无穷远电势为0，实际应用中常取大地电势为0
6、沿电场线
(场强)方向电势越来越低
与沿重力加速
度方向高度越来越低相类比
四、电势
3.在电场中一条电场线上有A、B两点,如图所示，若将电荷q1=-2.0×10-7C从A点移到B点，电场力做了-4.0×10-4J的功。
(1)以B点为零电势点，φA等于多少
(2)电场线的方向如何
(3)如将电荷q2=+1.0×10-7C从A点移到B点，
φA等于多少 电场力做了多少功
A
B
巩固练习
由W=qUAB得
E
W=qUAB=2×10-4J
电势由电场决定φA不变
A
O
b
c
巩固练习
o→c由动能定理得
在B点，小球受力如图所示
qE
mg
mg=qE
4.如图所示,水平固定的小圆盘A,带电量为Q,电势为零,从圆盘外O静止释放一质量为m,带电量为+q的小球,由于电场力的作用,小球竖直上升的高度可达盘中心竖直线上的c点,Oc=h,又知道过竖直线上的b点时,小球速度最大,则在Q所形成的电场中,可确定的物理量是（
）
A.
b点的场强
B.
c点的场强
C.
b点的电势
D.
c点的电势
五、等势面
2、在等势面上移动电荷，电场力做功为零
电场线从高等势面垂直指向低等势面
1、定义：
电场中电势相同的各点构成的面，叫做等势面。
3、等势面与电场线垂直
与等高线相类比
五、等势面
5、关于等势面，正确的说法是（
）
A．电荷在等势面上移动时不受电场力作用，所以不做功
B．等势面上各点的场强大小相等
C．等势面一定跟电场线垂直
D．两等势面不能相交
巩固练习
CD
6、如下电场中，a、b两点场强和电势都相同的是
(
)
A．距正的点电荷等距离的a、b两点
B．等量异种点电荷的连线的中垂线上，距连线中点O等距离的a、b两点
C．等量同种点电荷的连线上，距连线中点O等距离的a、b两点
D．两块带有等量异种电荷的平行金属板间，距同一板不等距离的a、b两点
正的点电荷电场线和等势面分布，如图，a、b两点在同一等势面上，电势相同，场强大小相同，但方向不同，故A错．
6、如下电场中，a、b两点场强和电势都相同的是
(
)
A．距正的点电荷等距离的a、b两点
B．等量异种点电荷的连线的中垂线上，距连线中点O等距离的a、b两点
C．等量同种点电荷的连线上，距连线中点O等距离的a、b两点
D．两块带有等量异种电荷的平行金属板间，距同一板不等距离的a、b两点
由图知，a、b两点位于同一等势面上，故两点电势相同，a、b两点处电场线分布疏密程度相同，且a、b两点处电场线的切线方向也相同，故两点场强相同
6、如下电场中，a、b两点场强和电势都相同的是
(
)
A．距正的点电荷等距离的a、b两点
B．等量异种点电荷的连线的中垂线上，距连线中点O等距离的a、b两点
C．等量同种点电荷的连线上，距连线中点O等距离的a、b两点
D．两块带有等量异种电荷的平行金属板间，距同一板不等距离的a、b两点
由图可知，a、b两点分别位于对称的等势面上，故两点电势相同，a、b两点处电场线分布的疏密程度相同，两点场强大小相同，但a点场强方向沿连线指向b，b点场强方向沿连线指向a，故两点场强方向不相同
6、如下电场中，a、b两点场强和电势都相同的是
(
)
A．距正的点电荷等距离的a、b两点
B．等量异种点电荷的连线的中垂线上，距连线中点O等距离的a、b两点
C．等量同种点电荷的连线上，距连线中点O等距离的a、b两点
D．两块带有等量异种电荷的平行金属板间，距同一板不等距离的a、b两点
而带有等量异种电荷的平行金属板产生的是匀强电场，距同一板不等距离的a、b两点场强相等，电势不等，故D错
B
谢谢观看!
