人教版高二物理选修3-1第一章静电场第4节电势能和电势课件（共37张PPT）需要WPS打开

(共37张PPT)
高二物理选修3-1
第一章静电场
第4节电势能和电势
包头市百灵庙中学
史殿斌
静电力做功的特点
1.试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中沿几条不同路径从A点移动到
B
点，静电力对电荷所做的功。
（1）q在沿直线从A移往B
的过程中，如图甲所示，
受到的静电力F＝qE，静电
力与位移AB的夹角始终为
θ，静电力对
q
所做的功为
W＝F
·|AB|·cosθ
=
qE·
|AM|
（2）q在沿折线
AMB
从
A
移往
B
的过程中，如图乙所示，在
线段
AM
上静电力对
q
所做的功
W1
=
qE·
|AM|。在线段
MB
上，由于移动方向跟静电力
垂直，静电力不做功，
W2＝0。在
整个移动过
程中静电力对
q
所做的
功
W
＝
W1
+
W2。所以
W＝qE·
|AM|
（3）再使
q
沿任意曲线
ANB
从
A
移动到
B，如图丙所示。我
们可以用无数组跟静电力垂直和平行的折线来逼近曲线ANB。
只要q的移动方向与静电力平行，
静电力都做功，而这些与
静
电力平行的短折线的长
度之和等于
|AM|。因此，
静电力所做
的功还是
W＝qE·
|AM|
2.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。
3.这个结论虽然是从匀强电场中推导出来的，但是可以证明，对于非匀强电场也是适
用的。
4．若只有静电力做功，则电势能和动能相互转化，总量保持不变。
电势能
1.电荷在电场中具
有势能，叫做电势能，
可用
Ep
表示。
2.在电场中移动电荷，静电力做正功，电荷的电势能减少；静电力做负
功，即电荷克服静电力做功，电荷的电势能增加。
如图所示，静电力做功与电势能变化的关系
3.功是能量变化的量度。静电力做的功等于电势能的减少量。若用WAB表示电荷从A点移动到B点的过程中
静电力做的功，EpA和EpB分别表示电荷在A点和B点
的电势能，则
WAB＝EpA－EpB
4.静电力做的功只能决定电势能的变化量，而不能决定电荷在电场中某点
的电势能的数值。
5.电荷在某点的
电势能，等于静电力把它从该点移动到零势能位置
时所做的功。即
EpA=WAO
6.通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定
为零，或把电荷在大地表面上的电势能规定为零。
7.电势能是标量。电势能有正、负之分，当电荷的电势能为正值时，它就比在零电势能位置的电势能大；为负值时，它就比在零电势位置的电势能小
8.在同一电场中，同样从
A
点到
B
点，移动正电荷与移动负电荷，电场力做功和电荷的电势能的变化是相反的，如图所示。
9.静电力做功的正负判断请熟记
（1）顺着电场线的方向移动正电荷电场力做正功，电势能减少。
（2）顺着电场线的方向移动负电荷电场力做负功，电势能增加。
（3）逆着电场线的方向移动正电荷电场力做负功，电势能增加。
（4）逆着电场线的方向移动负电荷电场力做正功，电势能减少。
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．电势定义式：如果用φ表示电势，用Ep表示电荷q的电势能，则：φ=Ep/q
3．在国际单位制中，电势的单位是伏特，符号为V。意义：如果电荷量为1C的电荷在该点的电势能是
1J，这一点的电势就是1V，即
1V=1J/C。
4．电势表示单位正电荷在电场中该点具有的电势能。
5．电势是标量，只有大小，没有方向，但有正负。正值表示该点的电势高于零电势，负值表示该点的电势低于零电势。
6．沿着电场线方向，电势逐渐降低。电场强度的方向是电势降低最快的方向。
7．电势的特性：
（1）电势的相对性。电势是相对的，只有先确定了零电势点的位置，才能确定其他点的电势，电场中某点的电势跟零电势位置的选取有关，在理论研究中常取离场源电荷选择无限远处的电势为0；在实际应用中常选大地的电势为0。
（2）电势的固有性。电势是表示电场能的性质的一个物理量，电场中某点处电势的大小是由电场本身决定的，与在该点处是否放入试探电荷及电荷的电性和电荷量均无关。
8．电势能与电势的区别与联系
电势φ
电势能Ep
物理意义
反映电场的能的性质的物理量
反映电荷在电场中某点所具有的能量
相关因素
电场中某一点的电势φ的大小，只跟电场本身有关，跟点电荷q无关
电势能的大小是由点电荷q和该点电势φ共同决定的
大小
电势沿电场线逐渐降低，规定零电势点后，某点的电势高于零，则为正值；某点的电势低于零，为负值
正点电荷(＋q)电势能的正负跟电势的正负相同；负点电荷(－q)电势能的正负跟电势的正负相反
单位
伏特V
焦耳J
联系
φ＝Ep/q或Ep＝qφ，二者均是标量电势能大小的判断请熟记，正电荷在电势高的地方电势能大
9．电势和电场强度的关系
电势φ
电场强度E
物理意义
描述电场能的性质
描述电场力的性质
大小
(1)电场中某点的电势等于该点跟选定的标准位置(零电势点)间的电势差
(2)φ＝Ep/q，φ在数值上等于单位正电荷在电场中该点具有的电势能
(1)电场中某点的电场强度等于放在该点的点电荷所受的电场力F跟点电荷电荷量q的比值
(2)E＝F/q，E在数值上等于单位电荷在该点所受到的静电力
矢标性
标量
矢量
单位
V
N/C或V/m
联系
(1)电势沿着电场强度的方向降低(2)大小之间不存在任何关系，电势为零的点，电场强度不一定为零；电势高的地方，电场强度不一定大；电场强度为零的地方，电势不一定为零；电场强度大的地方，电势不一定高。
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。
2．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。
（2）等势面一定跟电场线垂直，即跟电场强度方向垂直。
（3）电场线方向总是由电势高的等势面指向电势低的等势面，两个不同的等势面永不相交。
（4）电势之差相等的等势面，密的地方，电场强度大，疏的地方，电场强度小。
3.常见电场等势面分布图，每幅图中，两个相邻的等势面间的电势之差是相等的。
（1）点电荷电场中的等势面：以点电荷为球心的一簇球面。如图所示。
（2）等量异种点电荷电场中的等势面：是两簇对称曲面。如图所示。
①等量异种电荷在连线上从正电荷到负电荷电势逐渐减小，中点的电势为零。
②等量异种
电荷的中垂线
是等势面且电
势为零。
（3）等量同种点电荷电场中的等势面：是两簇对称曲面。如图所示。
①等量同种电荷（正电荷）在连线上电势先减小后增大，中点的电势最小。
②等量同种
电荷（正电荷）
在中垂线上中
点的电势最大，
越往两边越小。
（4）形状不规则的带电导体附近的电场线及等势面。如图甲所示。
（5）匀强电场中的等势面是垂直于电场线的一簇平行平面。如图乙所示。
4．等势面的应用
（1）由等势面可以判断电场中各点电势的高低。
（2）由等势面可以判断电荷在电场中移动时静电力做功的情况。
（3）由等势面可以判断电荷在电场中各点电势能大小的情况
（4）由于等势面和电场线垂直，已知等势面的形状分布，可以绘制电场线，从而确定电场的大体分布。
【课堂训练】
1.下列说法中正确的是（　　）
A．静电力做功在匀强电场中与路径无关，静电力在非匀强电场中与路径有关
B．静电力对电荷做正功，电荷的电势能减少
C．以点电荷为圆心，r为半径的球面上，各点的电势、场强都是相等的
D．若将一负电荷从电场中的A点移到B点电场力做正功，则A点的电势高于B点的电势
B
2.如图所示，AC、BD为圆的两条互相垂直的直径，圆心为O，半径为R，将等电量的异种点电荷Q放在圆周上，它们的位置关于AC对称，与O点的连线和OC间夹角为300，
静电常量为k，则（　　）
A.O点的电场强度大小为kQ/R2
B.O点的电场强度方向由O指向A
C.O点电势小于C点电势
D.试探电荷+q从B点移到D点过程中电势能减少
AD
3.如图所示的静电场中，实线表示电场线，虚线表示等势面。则（　）
A．b、c两点的电势相等
B．a、b两点的电势相等
C．b、c两点的场强相等
D．a、b两点的场强相等
A
4.如图所示，在A、D两点分别固定+Q和+3Q的点电荷，B、C在AD的连线上，且AB=BC=CD。一质子从B点由静止释放，不计重力，在其向右运动的过程中（　）
A．加速度一直在减小
B．动能先增加后减小
C．电场力一直做正功
D．电势能先增加后减小
B
5.在某静电场中把一个-q的检验电荷从电场中的A点移到无限远处时，电场力做功为W，则检验电荷在A点的电势能EpA以及电场中A点的电势φA分别为（　　）
A．EpA＝W，φA＝W/q
B．EpA＝W，φA＝-W/q
C．EpA＝-W，φA＝W/q
D．EpA＝-W，φA＝-W/q
B
6.如图所示，甲是某电场中的一条电场线，A、B是这条电场线上的两点，若将一负电荷从A点自由释放，负电荷沿电场线从A到B运动过程中的速度图线如图乙所示，比较A、B两点电势φ的高低和场强E的大小，可得（　）
A．φA＞φB
B．φA＜φB
C．EA＞EB
D．EA＝EB
BC
7.某静电场中x轴上各点电势分布图如图所示。一带电粒子在坐标原点O处由静止释放，仅在电场力作用下沿x轴正方向运动。下列说法正确的是（　　）
A．粒子一定带负电
B．粒子在x1处受到
的电场力最大
C．粒子从原点运动到x1过程中，电势能增大
D．粒子能够运动到x2处
A
8.如图所示，在等量异种点电荷形成的电场中有A、B、C三点，A点为两点电荷连线的中点，B点为连线上距A点距离为d的一点，C点为连线中垂线上距A点距离也为d的一点，
则下列说法正确的是（
）
A．EA＝EC＞EB，φA＝φC＞φB
B．EB＞EA＞EC，φA＝φC＞φB
C．将正点电荷q沿AC方向移动到无穷远处的过程中，电势能逐渐减少
D．将负点电荷q沿AB方向移动电场力做负功
BD
9.如图所示，a、b两点处分别固定有电荷量为+4Q和-Q的点电荷，o是ab连线的中点，e、f是ab连线中垂线上的两点，c、d是ab连线上的点，已知ab＝4L，oc＝cb＝bd＝L，oe＜of，则下列说法正确的是（　　）
A.c、d两点场强方向相反
B.c、d两点电势相同
C.e点场强大于f点场强，e点电势等于f点电势
D.正电子在e点的电势能大于在f点的电势能
AD
10.如图所示，A、B为两个等量同种点电荷，a、O、b在点电荷A、B的连线上，c、O、d在连线的中垂线上Oa＝Ob＝Oc＝Od，则（　　）
A.a、b两点的场强相同，
电势也相同
B.c、d两点的场强不相同，
电势相同
C.O点是A、B连线上电势最低的点，也是A、B连线上场强最小的点
D.O点是中垂线cd上电势最高的点，c、d两点是中垂线上场强最大的点
BC
11.如图所示，在A、B两点固定两个电荷量相等的带负电点电荷，O点为其连线中点，在其连线的中垂线上的M点由静止释放一个带正电的粒子q，若仅在电场力作用下开始运动，则下列说法中正确的是（　）
A．粒子将一直沿中垂
线做单方向直线运动
B．整个运动过程中，粒子在O点时速度最大
C．整个运动过程中，粒子的电势能保持不变
D．从M到O的过程中，粒子的加速度可能一直减小，但速度一定越来越大
BD
12.在静电场中，把电荷量q＝5×10-6C正的点电荷从A点移动到B点，电场力做功WAB＝2×10-4J，把这个点电荷从A点移动到C点，电场力做功WAC＝6×10-4J，若设电荷在B点时的电势能等于零，试求该电荷在A点和C点的电势能，以及A点和C点电势。
EPA=2×10-4J，EPC=-4×10-4J
φA=40V，φC=-80V
13.如图所示，在正点电荷Q的电场中有A、B、C、D四点，A、B、C为直角三角形的三个顶点，D为AC的中点，∠A＝30°，A、B、C、D四点的电场强度大小分别用EA、EB、EC、ED表示，已知EA＝EC，B、C两点的电场强度方向相同，点电荷Q在A、B、C三点构成的
平面内。则（
）
A.EA＝3ED/4
B.点电荷Q在D点位置
C.将一正点电荷q从A点沿直线移到C点，电场力先做正功再做负功
D.B、A两点和B、C两点间的电势差满足UBA=UBC
AD
14.如图所示，ABC为等边三角形，先将电荷量为+q的点电荷固定在A点。C点的场强为E1，再将一电荷量为-2q的点电荷Q1从无穷远处（电势为0）移到B点，此过程中，电场力做功为W，C点的场强变为E2。最后将一电荷量为-q的点电荷Q2从无穷远处移到C点。
下列说法正确的有（
　
）
A.C点的场强E1小于E2
B.Q1移入之前C点的电势为W/2q
C.Q2从无穷远处移到C点的过程中，所受电场力做的功为-2W
D.Q2在移到C点后的电势能为W/2
ABD
15.两个等量同种电荷固定于光滑水平面上，其连线中垂线上有A、B、C三点，如图1所示。一个电荷量为2C，质量为1kg的小物块从C点静止释放，其运动的v-t图象如图2所示，其中B点处为整条图线切线斜率最大的位置（图中标出了该切线）。则下列说法
正确的是（　　）
A.B点为中垂线上电场强度
最大的点，场强E＝1V/m
B.由C到A的过程中物块的电势能先减小后变大
C.由C点到A点的过程中，电势逐渐升高
D.A、B两点的电势之差φA-φB＝-5V
AD