人教版（2019）高二物理必修三第十章　10.1.电势能和电势课件（共25张PPT）

1.电势能和电势
必备知识
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一、静电力做功的特点
静电力做的功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。
二、电势能
1.电势能:电荷在电场中具有的势能叫作电势能,可用Ep表示。
2.静电力做功与电势能变化的关系:静电力做的功等于电势能的减少量,静电力做正功,电势能减少;静电力做负功,电势能增加。
3.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。
4.零电势能位置的规定:通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为0,或把电荷在大地表面上的电势能规定为0。
必备知识
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三、电势
1.电场中某一点的电势:电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值叫作该点的电势,即
2.单位:伏特,符号为V。
1 V的物理意义:在电场中某一点,如果电荷量为1 C的电荷在这点的电势能是1 J,这一点的电势就是1 V。?
3.矢标性:电势是标量,但有正、负之分。
4.沿着电场线方向电势逐渐降低。
必备知识
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1.正误判断。
(1)只有在带电体只受静电力作用的条件下,静电力做功才与路径无关。 (　　)
解析:无论带电体受不受其他力,静电力对带电体所做功均与路径无关。
答案:×
(2)负电荷沿电场线方向移动时,静电力做负功,电势能增加。 (　　)
解析:负电荷在电场中受力与电场线方向相反,沿电场线方向移动时,静电力做负功,因此电势能增加。
答案:√
必备知识
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(3)某电场中,带电物体在A点具有的电势能EpA=5 J,在B点具有的电势能EpB=-8 J,则EpA>EpB。 (　　)
解析:电势能是标量,正负表示电势能的大小,所以EpA>EpB。
答案:√
(4)某电场中,A点的电势φA=3 V,B点的电势φB=-4 V,则φA>φB。 (　　)
解析:电势是标量,正负表示电势的大小,所以φA>φB。
答案:√
必备知识
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解析:电势是电场本身的属性,定义式中q为试探电荷,电势与试探电荷q无关。
答案:×
(6)电荷在电势越高的位置电势能越大。 (　　)
解析:正电荷在电势越高处电势能越大,负电荷在电势越高处电势能越小。
答案:×
必备知识
自我检测
2.电场线分布如图所示,电场中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,则(　　)
A.Ea>Eb,φa>φb
B.Ea>Eb,φa<φb
C.Eaφb
D.Ea 解析:电场线的疏密表示电场强度的大小,得Ea 答案:C
探究一
探究二
对静电力做功、电势能的理解
情景导引
1.如图所示,试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中,沿直线从A移动到B。(1)静电力做的功为多少?(2)若q沿折线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?
2.(1)物体从高处向低处运动,重力做什么功?物体的重力势能如何变化?重力做功和物体的重力势能变化有什么关系?
(2)正电荷顺着电场线移动,静电力做什么功?电荷的电势能如何变化?负电荷顺着电场线移动,静电力做什么功?电荷的电势能如何变化?电势能的变化与静电力做功有什么关系?
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探究一
探究二
要点提示:1.(1)静电力F=qE,静电力与位移夹角为θ,静电力对试探电荷q做的功W=F·|AB|cos θ=qE·|AM|。(2)在线段AM上静电力做的功W1=qE·|AM|,在线段MB上静电力做的功W2=0,总功W=W1+W2=qE·|AM|。(3)W=qE·|AM|。(4)电荷在匀强电场中沿不同路径由A点运动到B点,静电力做功相同。说明静电力做功与路径无关,只与初、末位置有关。
2.(1)重力做正功　重力势能减少　WG=Ep1-Ep2
(2)静电力做正功　电势能减少　静电力做负功　电势能增加　W电=Ep1-Ep2
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探究一
探究二
知识归纳
1.对静电力做功特点的理解
(1)静电力对电荷所做的功,与电荷的初末位置有关,与电荷经过的路径无关。该结论适用于任何静电场。
(2)无论带电体在电场中做直线运动还是做曲线运动,无论带电体只受静电力作用还是受多个力作用,无论静电力做正功还是做负功,静电力做功的特点不变。
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探究一
探究二
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2.对电势能的理解
3.静电力做功与电势能变化的关系
(1)静电力做的功等于电势能的减少量。表达式:WAB=EpA-EpB。
探究一
探究二
实例引导
例1(多选)如图所示,固定在Q点的正点电荷的电场中有M、N两
A.若把一正的点电荷从M点沿直线移到N点,则静电力对该电荷做正功,电势能减少
B.若把一正的点电荷从M点沿直线移到N点,则该电荷克服静电力做功,电势能增加
C.若把一负的点电荷从M点沿直线移到N点,则静电力对该电荷做正功,电势能减少
D.若把一负的点电荷从M点沿直线移到N点,再从N点沿不同路径移回到M点,则该电荷电势能不变
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探究一
探究二
解析:由点电荷产生的电场的特点可知,M点的电势高,N点的电势低,所以正电荷从M点到N点,静电力做正功,电势能减少,故选项A正确,选项B错误;负电荷由M点到N点,克服静电力做功,电势能增加,故选项C错误;静电力做功与路径无关,负点电荷又回到M点,则整个过程中静电力不做功,电势能不变,故选项D正确。
答案:AD
规律方法 (1)在正场源电荷Q产生的电场中,正电荷q离场源电荷Q越远电势能越小;负电荷-q离场源电荷Q越远电势能越大。
(2)在负场源电荷-Q产生的电场中,正电荷q离场源电荷-Q越远电势能越大;负电荷-q离场源电荷-Q越远电势能越小。
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探究一
探究二
变式训练1在电场中,把电荷量为4×10-9 C的正点电荷从A点移到B点,克服静电力做功6×10-8 J,以下说法中正确的是(　　)
A.电荷在B点具有的电势能是6×10-8 J
B.B点电势是15 V
C.电荷的电势能增加了6×10-8 J
D.电荷的电势能减少了6×10-8 J
解析:电荷在电场中某点的电势能具有相对性,只有确定了零势能点,B点的电势、电荷在B点的电势能才是确定的数值,故选项A、B错;由于电荷从A点移到B点的过程中是克服静电力做功6×10-8 J,故电荷电势能应该是增加了6×10-8 J,选项C对,选项D错。
答案:C
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探究一
探究二
对电势的理解及电势高低的判断
情景导引
如图所示的匀强电场,电场强度为E,取O点为零势能点,A点距O点为l,AO连线与电场线的夹角为θ。
(1)电荷量分别为q和2q的试探电荷在A点的电势能为多少?
(2)电势能与电荷量的比值各是多少?
(3)对电场中的不同位置,这个比值一般不同,是由电场中这点的性质决定的。
要点提示:由EpA-EpO=WAO=Eqlcos θ,知电荷量为q和2q的试探电荷在A点的电势能分别为Eqlcos θ、2Eqlcos θ;电势能与电荷量的比值相同,都为Elcos θ。
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探究一
探究二
知识归纳
1.对电势的理解
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探究一
探究二
2.电势高低的判断方法
(1)电场线法:沿电场线方向,电势越来越低。
(2)场源电荷判断法: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)电势能判断法:正电荷在电势高处电势能大,负电荷在电势低处电势能大。
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探究一
探究二
实例引导
例2将电荷量为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点移到C点,静电力做了1.2×10-5 J的功。
(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点的电势为零,则该电荷在B点和C点的电势能分别为多少?B点和C点的电势分别为多少?
(3)如果规定B点的电势为零,则该电荷在A点和C点的电势能分别为多少?A点和C点的电势分别为多少?
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探究一
探究二
解析:(1)WAC=WAB+WBC=(-3×10-5+1.2×10-5) J=-1.8×10-5 J。
可见电势能增加了1.8×10-5 J。
(2)如果规定A点的电势为零,由公式得该电荷在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。
两点的电势分别为
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探究一
探究二
(3)如果规定B点的电势为零,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。
两点的电势分别为
答案:(1)增加了1.8×10-5 J　(2)3×10-5 J　1.8×10-5 J　-5 V　-3 V　(3)-3×10-5 J　-1.2×10-5 J
5 V　2 V
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探究一
探究二
规律方法 (1)电势和电势能具有相对性,与零势点的选择有关。
(2)φ= 是电势的定义式。电场中某点处φ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、电荷的电性、电荷量均无关。
(3)由φ= 求电势时,可将各物理量的“+”“-”直接代入计算,这样更方便。
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探究一
探究二
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变式训练2如果把电荷量q=1.0×10-8 C的电荷从无限远移到电场中的A点,需要克服静电力做功W=1.2×10-4 J,那么:
(1)q在A点的电势能和A点的电势各是多少?
(2)q未移入电场前,A点的电势是多少?
解析:(1)静电力做负功,电势能增加,无限远处的电势为零,电荷在无限远处的电势能也为零,即φ∞=0, =0。
(2)A点的电势是由电场本身决定的,跟A点是否有电荷存在无关,所以q未移入电场前,A点的电势仍为1.2×104 V。
答案:(1)1.2×10-4 J　1.2×104 V　(2)1.2×104 V
探究一
探究二
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1.(多选)如图所示,某区域电场左右对称分布,M、N为对称线上的两点,下列说法正确的是(　　)
A.M点电势一定高于N点电势
B.M点电场强度一定大于N点电场强度
C.正电荷在M点的电势能大于在N点的电势能
D.将电子从M点移动到N点,静电力做正功
解析:沿电场线方向电势逐渐降低,M点电势一定高于N点电势,选项A正确;因电场线越密的区域电场强度越大,由题图可知,N点电场强度大于M点电场强度,选项B错误;由Ep=qφ可知,正电荷在M点的电势能大于在N点的电势能,选项C正确;电子从M点移到N点的过程中,受到的静电力与移动方向相反,静电力做负功,选项D错误。
答案:AC
探究一
探究二
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2.(多选)关于电势,下列说法正确的是(　　)
A.电场中某点的电势,其大小等于单位正电荷从该点移动到零电势点时,静电力所做的功
B.电场中某点的电势与零电势点的选取有关
C.由于电势是相对的,所以无法比较电场中两点的电势高低
D.电势是描述电场能的性质的物理量
解析:由电势的定义可知A对。由于电势是相对量,电势的大小与零电势点的选取有关,故B对。虽然电势是相对的,但电势的高低是绝对的,因此C错。电势与电势能相联系,它是描述电场能的性质的物理量,故D对。
答案:ABD