教科版选修3-1_4. 电势能 电势与电势差课件37张PPT

4 电势能 电势与电势差
第一章 静电场
重力做功与路径无关，只与初、末位置的高度差有关.
复习回顾
WG = Ep1-Ep2
B
h1
参考平面
h2
A
h
θ
m
l
Δh1
Δh2
Δh3
物体从A沿直线运动到B
物体从A沿任意曲线运动到B
1.类比重力做功，理解电场力做功的特点.
2.用类比法研究电场能的性质，理解电势能、电势、电势差之间的联系.
3.会从电场力做功的角度分析电势能、电势的变化. (重点)
4.了解用等势面描述电场的方法.
一、电场力做功的特点
一个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将做加速运动,一段时间后, 电荷的动能增加.是什么能转化为电荷的动能呢?
E
+
F
地球
m
mg
场方向
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，只与电荷的起点位置和终点位置有关.
对于非匀强电场也适用
B
+
M
A
F
?
q
+
WAB = F·|AB|cosθ=qE·|AM|
把正电荷沿不同路径从A点移到B点，电场力做功有何不同？
E
类比：重力和电场力做功的特点
做功的过程是一个能量转化的过程.重力做功改变物体的重力势能.
与重力势能类似，电荷在静电场中也具有势能，叫做电势能，用符号Ep表示
正电荷从A点移到B点时,静电力做正功,电荷的电势能减少.
正电荷从B点移到A点时，静电力做负功,即电荷克服静电力做功,电荷的电势能增加.
A
B
E
+
v
A
B
E
+
v
如果是负电荷情况相反
二、电势能
电场力做的功等于电势能的减少量
重力做正功,重力势能减少.
电场力做正功,电势能减少.
重力做负功,重力势能增加.
电场力做负功,电势能增加.
电荷在电场中具有的与其位置有关的能量.
电势能为负表示电荷在该处的电势能比零还要小.
2.电势能是电荷和电场所共有的，具有系统性.
1.电势能是相对的，与零电势能面有关.
3.电势能是标量.
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.
注意：
用类比法研究电场能的性质
重力场
电场
势 差
1.WAB∝G，
WAB/G ——恒量hAB
1.WAB∝q，
WAB/q——恒量UAB
2.比值定义法：
高度差hAB=WG/G
2.比值定义法：
电势差UAB=WAB/q
hAB与G无关，只取决于始、末的位置.
UAB与q（包括大小、正负）无关，只取决于始、末的位置.
1.定义:规定A、B两点的电势之差φA-φB为A、B两点的电势差
3.单位: 伏特(V)
4.电势差是标量:
1V=1J/C
2.定义式:
正负代表一点比另一点电势高或低.
电场中A、B两点间的电势差UAB,在数值上等于把单位正电荷由A点移动到B点时,电场力所做的功WAB.
三、电势差
WAB=qUAB
6.电场力做功：
5.决定因素:
WAB跟路径无关,UAB也跟路径无关，且跟WAB 和q都无关,只是由电场本身和两点位置决定.
7.拓展：电子伏特
电子伏特:
1.定义：1电子伏特(简称电子伏，符号：eV)，就是在电压为1V的两点间移动一个电子时电场力所做的功.
2.应用：在W=qU中.
q — 元电荷.U — 伏.W — 电子伏特
3.物理意义：电子伏特是电场力的功的一种单位，即为能量单位.
4.电子伏与焦耳的关系：
1 eV=1.6×10－19J
用类比法研究电场能的性质
重力场
电场
高度是特殊的高度差
电势是特殊的电势差
高度差hAB =hA - hB
hA = hAO = hA - hO
hA=hAO =WAO/G
UAB =φA-φB
φA =UAO= φA - φO
φA=UAO = WAO/q
一般取地面或最低点为参考点
一般取无穷远处或电场中的接地点为参考点
1.定义: 场中某点的电势数值上等于把单位正电荷由该点移动到参考点(零电势点)时电场力所做的功.
4.单位:伏特(V)
3.标量:正负代表高低
5.电势差和电势的关系:
四、电势
2.公式：
1.高度差、高度与零高度点的选择有关吗？
2.电势差、电势与零电势点的选择有关吗？
【交流讨论】
A
B
C
D
0V
1V
2V
3V
高度差是绝对量,高度是相对量
E
0V
1V
2V
-1V
电势差和电势的关系
电势差是绝对量,电势是相对量
电势差与零电势点的选取无关，电势差是绝对量;但电势是相对零电势点而言的，与零电势点的选取有关．电势是一个相对量.
电场中A、B两点的电势之差等于A、B两点的电势差.
结论:沿着电场线方向电势越来越低.
在电场中沿着场强方向移动电荷，电场力做功，电势将如何变化？
沿着电场线的方向将正试探电荷从A点移到B点
取无穷远处电势为零时，正电荷电场中各点电势都大于零；负电荷电场中各点电势都小于零.
思考:怎样比较电场中两点电势的高低呢?
方法一:根据电场线方向来确定电势高低：
沿着电场线的方向，电势逐渐降低.
(简称：电势顺电场线降低)
A
B
E
A
B
E
方法二:根据电势差定义式来判断：
方法三:根据电势的表达式来判断：
方法四:如果电荷只在静电力作用下由静止开始运动，正电荷由电势高的点移向电势低的点，负电荷由电势低的点移向电势高的点.
1.等势面：
电场中电势值相等的各点构成的曲面.
通常相邻等势面之间的电势差相等.(称为等差等势面）
2.典型电场的等势面
发展空间：等势面
一个正点电荷形成的电场的等势面
匀强电场的等势面
等量异种点电荷形成的电场的等势面
两个等量正点电荷形成的电场的等势面
等势面的特点
（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）电场线与等势面处处垂直，且由电势较高的等势面指向电势较低的等势面、电场线方向就是电势降落最快的方向.
（3）等势面密处场强大、电场线密，等势面疏处场强小、电场线疏.
（4）不同等势面在空间不相交、不相切.
（5）匀强电场的等势面是一组相互平行的疏密均匀的平面.
例题：如图所示A、B、C为电场中的三个点，已知B点电势为零.现将一电量q＝10－5C的正点电荷由A点移到C点电场力做功W1＝8×10－5J，将该电荷由C点移到B点电场力做功W2＝-2×10－5J，试求A、C两点的电势.
q已知
思路分析:分析法
解析：
项目
重 力 场
电 场
定义
场强
（矢量）
场力
场力做功特点
势差（标量）
地球附近的引力场
存在于电荷周围的场
重力场强度g=G/m，
方向：竖直向下
电场强度 E=F/q ，
方向：正电荷在该点所受电场力的方向
重力 G=mg
电场力 F=qE
WAB=mghAB
只与始、末位置有关，与路径无关
WAB=qUAB 只与始、末位置有关，与路径无关
高度差hAB= hA–hB，
与参考点选取无关
电势差UAB=φA- φB，
与参考点选取无关
项目
重 力 场
电 场
势
（标量）
势能
（标量）
场力做功与势能变化的关系
重力势能 EP=mgh，
与参考平面选取有关
电势能 EPA =qφA，
与参考点选取有关
重力做正功，重力势能减少（转化为其他形式的能）；重力做负功，重力势能增加.
WAB=EpA-EpB
电场力做正功，电势能减少（转化为其他形式的能）；电场力做负功，电势能增加.
高度h与参考点的选取有关，具有相对性
电势φ与参考点的选取有关，具有相对性
1. 将一电量为 的点电荷从电场外一点P移
至电场中某点A, 电场力做功 ,求A点的电势.
解析:
场外一点P的电势为
从P A,电场力做的功W=-EPA
注意:计算电势首先要规定零电势点,且电势可以为负.
2.喷墨打印机的简化模型如图所示，重力可忽略的
墨汁微滴，经带电室带负电后，以速度v垂直匀强电
场飞入极板间，最终打在纸上，则微滴在极板间电
场中( )
A.向负极板偏转
B.电势能逐渐增大
C.运动轨迹是抛物线
D.运动轨迹与带电量无关
C
3.下列关于电场的描述，正确的是（ ）
A.电场中某点电势的大小、正负与零电势点的选取有关
B.电场中两点间的电势差与零电势点的选取有关
C.同一点电荷在电场中的不同点时，电荷的电势能较大处电势一定较高
D.同一点电荷在电场中任意两点间移动时，若电场力做功相同，则两点间的电势差相同
AD
4.关于等势面说法正确的是（??? ）
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
5.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点移到C点，电场力做了1.2×10-5J的功，
则（1）电荷从A点移到B点，再从B点移到C点的过程中电势能共改变了多少？
增加了1.8×10-5J.
（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？
EpB=3×10-5J EpC=1.8×10-5J
（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？
EpA= -3×10-5 J EpC=-1.2×10-5 J