1.4电势能和电势—人教版高中物理选修3-1课件(共34张PPT)

(共34张PPT)
1.4电势能和电势
第一章
静电场
一、静电力做功的特点
导学探究
(1)如图1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，静电力做的功为多少？若q沿折线AMB从A点移动到B点，静电力做的功为多少？
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|.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|.
答案
图1
(2)若q沿任意曲线从A点移动到B点，静电力做的功为多少？由此可得出什么结论？
W＝qE·|AM|.电荷在匀强电场中从不同路径由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.
答案
一.静电力做功的特点
(1)静电力做功的特点：静电力对某电荷所做的功，与该电荷的电荷量
(填“有关”或“无关”)，与电荷经过的路径
(填“有关”或“无关”)，该结论在任何电场中均成立.
(2)静电力做功与
做功相似，只要初、末位置确定了，移动电荷q做的功就是确定值.
有关
无关
重力
(3)对于非匀强电场也适用
导学探究
(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？
答案
重力做正功　重力势能减少　WG＝Ep1－Ep2
(2)正电荷顺着电场线移动，电场力做什么功？电荷的电势能如何变化？负电荷顺着电场线移动，电场力做什么功？电荷的电势能如何变化？电场力做功与电势能的变化有什么关系？
答案
电场力做正功　电势能减少　电场力做负功　电势能增加　W电＝Ep1－Ep2
二.电势能
静电力做正功，电势能______；
静电力做负功，电势能
.
1.电势能：电荷在
中具有的势能，用Ep表示.
2.静电力做功与电势能变化的关系：静电力做的功等于电势能的
.表达式：WAB＝
.
减少量
增加
电场
EpA－EpB
减少
二.电势能
【牛刀小试】.
如图,在场强
的匀强电场中,点电荷q=+1c从A移动到B,AB相距L=1m,电场力做功为多少?电势能如何变化?
电荷在A点具有的电势能多大？
电势能减少
E
q
F
A
B
设B点的电势能
WAB
=
EPA－EPB
=103J
+
电荷在B点具有的电势能多大？
设A点的电势能
WAB
=
EPA－EPB
=103J
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_____
_________时静电力做的功.
4.电势能具有相对性
电势能零点的规定：通常把电荷在离场源电荷
处或把电荷在
上的电势能规定为零.
零势
能位置
无限远
大地表面
5.电势能是相对的，与零势能面的选择有关。
6.电势能为负表示电荷在该处的电势能比零还要小.
7.电势能是标量
重力势能和电势能类比
重力场中，重力：地球和物体之间存在的吸引力
电场中，电场力：电荷之间的作用力
有重力就有重力势能Ep=
mgh
有电场力就有相应的能，叫电势能EP
Ep由物体和地面间的相对位置决定
EP由电荷间的相对位置决定
电场力做正功，电势能就减少
电场力做负功，电势能就增加
电场力做功，电势能改变
重力做功，重力势能改变
重力做正功，重力势能就减少
重力做负功，重力势能就增加
W重
=
EP1-EP2
W电
=
EPA-EPB
导学探究
如图2所示的匀强电场，场强为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.把电荷量分别为q和2q的试探电荷由A点移到O点，电场力做功分别是多少？电荷q、2q在A点的电势能各为多少？电势能与电荷量的比值各是多少？
答案
WAO1＝Eqlcos
θ，WAO2＝2Eqlcos
θ，由EpA＝WAO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.
图2
二.电势
三.电势能
(1)定义及公式：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的
，即φ＝
，单位为
，符号为
.
(2)电势高低的判断：沿着电场线的方向电势逐渐
.
(3)电势的标量性：电势是
量，只有大小，没有方向，但有正、负之分，电势为正表示比零电势
，电势为负表示比零电势
.
(4)电势的相对性：零电势点的规定原则，一般选
或
处的电势为0，只有规定了电势零点才能确定某点的电势大小.
(5)电势描述电场能的性质，决定于
本身，与试探电荷
(填“有关”或“无关”).
比值
伏特
V
降低
标
低
大地
无限远
电场
无关
高
四、等势面
导学探究
(1)类比地图上的等高线，简述什么是等势面？
答案
电场中电势相等的各点构成的面
(2)当电荷从同一等势面上的A点移到B点时，电荷的电势能是否变化？电场力做功情况如何？
答案
不发生变化　电场力不做功
1.等势面的特点
(1)在等势面上移动电荷时静电力
.
(2)电场线跟等势面垂直，并且由电势
的等势面指向电势
的等势面.
(3)等势面密的地方，电场强度较
；等势面疏的地方，电场强度较
.
(4)任意两个等势面都不相交.
不做功
低
高
强
弱
2.几种常见电场的等势面
(1)点电荷的等势面是以点电荷为球心的一簇球面.
(2)等量异号点电荷的等势面：点电荷的连线上，从正电荷到负电荷电势越来越低，中垂线是一条等势线.
(3)等量同号点电荷的等势面：等量正点电荷连线的中点电势最低，中垂线上该点的电势最高，从中点沿中垂线向两侧，电势越来越低.等量负点电荷连线的中点电势最高，中垂线上该点的电势最低.从中点沿中垂线向两侧，电势越来越高.
(4)匀强电场的等势面是垂直于电场线的一簇平行等间距的平面.
例1　将带电荷量为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移到C，静电力做了1.2×10－5
J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？
答案
解析
见解析
【牛刀小试】
(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？
答案
解析
见解析
如果规定A点的电势能为零，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.
(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？
答案
解析
见解析
如果规定B点的电势能为零，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.
例2　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
√
答案
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点的电势能才有确定的数值，故选项A、B错误；由于电荷从A点移到B点的过程中克服静电力做功6×10－8
J，故电荷电势能应该是增加了6×10－8
J，选项C正确，选项D错误.
1.2×10－4
J　1.2×104
V
例3　如果把电荷量为q＝1.0×10－8
C的电荷从无限远处移到电场中的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？
答案
解析
(2)q未移入电场前，A点的电势是多少？
答案
解析
1.2×104
V
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.
例4
　将一正电荷从无穷远处移入电场中M点，电势能减少了8.0×10－9
J，若将另一等量的负电荷从无穷远处移入电场中的N点，电势能增加了9.0×10－9
J，则下列判断中正确的是
A.φM＜φN＜0
B.φN＞φM＞0
C.φN＜φM＜0
D.φM＞φN＞0
答案
解析
√
例5
　空间中P、Q两点处各固定一个点电荷，其中P点处为正电荷，P、Q两点附近电场的等势面分布如图3所示，a、b、c、d为电场中的4个点.则
A.P、Q两点处的电荷等量同号
B.a点和b点的电场强度相同
C.c点的电势低于d点的电势
D.负电荷从a到c，电势能减少
图3
答案
解析
√
根据题图可知，该电场是等量异号点电荷的电场，故A错误.根据电场的对称性，a、b两点的电场强度大小相等，而方向不同，故B错误.
c点所在等势面离P点(正电荷)较d点所在等势面离P点近，c点的电势较高，故C错误.
负电荷从a到c，电场力做正功，所以电势能减少，故D正确.
例6　(多选)如图4所示，实线表示一簇关于x轴对称的等势面，在轴上有A、B两点，则
A.A点场强小于B点场强
B.A点场强方向指向x轴负方向
C.A点场强大于B点场强
D.A点电势高于B点电势
答案
√
图4
√
由于电场线与等势面总是垂直，所以B点电场线比A点密，B点场强大于A点场强，故A正确、C错误.
电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面，故B错误.由图中数据可知D正确.
解析
五.课堂达标检测
1.(多选)关于电势，下列说法正确的是
A.电场中某点的电势大小等于单位正电荷从该点移动到零电势点时，
电场力所做的功
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
答案
√
1
2
3
4
√
√
解析
1
2
3
4
由电势的定义可知A正确；
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正确；
虽然电势是相对的，但电势的高低是绝对的，因此C错误；
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正确.
2.关于静电场的等势面，下列说法正确的是
A.两个电势不同的等势面可能相交
B.电场线与等势面处处相互垂直
C.同一等势面上各点电场强度一定相等
D.将一负的试探电荷从电势较高的等势面移至电势较低的等势面，电场
力做正功
答案
√
1
2
3
4
解析
1
2
3
4
若两个不同的等势面相交，则在交点处存在两个不同电势数值，与事实不符，A错；
电场线一定与等势面垂直，B对；
同一等势面上的电势相同，但电场强度不一定相同，C错；
将一负电荷从电势较高的等势面移至电势较低的等势面，电场力做负功，故D错.
3.如图所示，实线表示电场线，虚线表示带电粒子运动的轨迹，带电粒子只受电场力的作用，运动过程中电势能逐渐减少，它运动到b处时的运动方向与受力方向可能是
答案
解析
1
2
3
4
由于带电粒子只受电场力的作用，而且运动过程中电势能逐渐减少，可判断电场力做正功，即电场力方向与粒子速度方向夹角为锐角，且电场力方向沿着电场线指向轨迹凹侧，故D项正确.
√
1
2
3
4
4.电场中等势面如图5所示，下列关于该电场描述正确的是
答案
解析
由等势面与电场线密集程度的关系可知，等势面越密集的地方电场强度越大，故A点的电场强度比C点的大，A错误；
负电荷在电势越高的位置电势能越小，B错误；
沿等势面移动电荷，电场力不做功，C正确；
正电荷由A移动到C，电场力做正功，D错误.故选C.
A.A点的电场强度比C点的小
B.负电荷在A点的电势能比在C点的电势能大
C.电荷沿等势面AB移动的过程中，电场力始终不做功
D.正电荷由A移动到C，电场力做负功
√
图5
课后习题（做在课本上）
同步练习
课后作业
谢谢聆听！！