新人教高中物理必修第三册课件10.1电势能和电势（26页PPT）

第
节
1
电势能和电势
高中物理 必修第三册
学习目标
1.通过讨论静电力对试探电荷做功，知道静电力做功与路径无关的特点。
2.将静电力做功与重力做功进行类比，理解静电力做功与电势能变化的关系。认识电势能的相对性。
3.知道电势的定义方法及其定义公式、单位。
4.知道等势面的定义，知道电场线一定垂直于等势面。
复习回顾
1、功的计算：
2、重力做功有什么特点？
(1)与路径无关,由初末位置的高度差来决定.
(2)WG与重力势能的关系.
(3)重力势能是相对的,有零势能面.(人为选定)
重力势能具有系统性
功是能量转化的量度！
一、静电力做功的特点
正电荷q在电场强度为E的匀强电场中由A运动到M电场力做功吗？做了多少功？
E
q
q受力吗？多大？
A
M
W=qE·｜AM｜
F
M
?
E
A
B
2.将电荷q从A沿折线移至B:
对AM:
W1 = q E ·|AM|
对MB:
W2 = 0
对全程:
W = W1 + W2= q E·|AM|
+
q
F
+
q
F
情境导引
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)若q沿折线AMB从A点移动到B点,静电力做的功为多少?
(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?
(3)由此可得出什么结论?
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
W = W1 + W2 + W3 +… = q E·|AM|
W1 = q E ·x1
W2 = q E ·x2
W3 = q E ·x3
… … … …
M
x1 + x2 + x3 +…=?
X1
x2
4、结论：静电力做功特点
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。
特别提醒：静电力做功特点对于非匀强电场也适用
这与什么力做功像似呢？
请思考？
做功的过程是一个能量转化的过程，那么电场力做功的过程是什么能转化为什么能呢？
电场力对电荷做负功，电荷的电势能增大
1、定义：电荷在电场中具有的与电荷位置有关的能，称为电势能。同样用Ep表示。
电场力做的功等于电势能的减少量
电场力对电荷做正功，电荷的电势能减小
2、电场力做功与电势能的关系:
二、电势能
3、电势能的性质：
（1）相对性：电势能与零电势能面有关,常把无限远或大地的电势能规定为零
（2）系统性：电势能是电荷和电场所共有的
（3）标量性：电势能是标量，但有正、负之分。电势能的正、负仅表示大小，正值表示高于零电势能，负值表示低于零电势能。
WAB=EpA-0
4．电势能的大小：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．
5、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
电场力作功，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
WAB = EPA-EPB
例 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?
思路点拨：(1)电势能的变化量对应静电力做的功。
(2)电荷在某点具有的电势能与零电势能的选取有关,同时注意电势能的正负。
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。
前面学习到
将一个电荷放入电场中，电荷会受到电场力，我们将电场力（F）与电荷所带 电荷量（q）的比值定义为电场强度（E）
如今
将一个电荷放入电场中，电荷会具有电势能，我们将电势能（Ep）与电荷所带电荷量（q）的比值定义为一个新的物理量
电势：描述电场的能的性质的物理量。
如图所示，设想把一试探电荷+q 放在电场中某处A或B。它们在电场力F的作用下均移至无限远处。则有： WA>WB
那么怎样去衡量电场的能的性质、怎样去定义“电势”呢？
+
·A
·B
EpA-0>EpB-0
同理可知：若试探电荷为-q，也有：
结论：比值EpA/q的大小与试探电荷的正负及电量q均无关，只与电场中该点在电场中的位置有关，故其可衡量电场的性质。
三. 电势
电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值
2. 公式:
3. 单位: 伏特 符号为V
1 V = 1 J/C
1. 定义:
4、对电势的理解
（1）电势的相对性：某点电势的大小是相对于零点电势而言的。零电势的选择是任意的，一般选地面和无穷远为零势能面。
（2）电势的固有性：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。
（3）电势是标量
（4）计算时EP, q, 都带正负号。


思考：
1.沿着电场线方向,电势将怎样变化?
电场线指向电势降低的方向
2.如何确定电场中某点的电势?(提示:类比于电势能的确定.)
与电势能的情况相似,应先确定电场中某点的电势为零.(通常取离场源电荷无限远处或大地的电势为零.)
3.电势为负数时,负号表示方向吗?
电势是标量,只有大小,没有方向.(负电势表示该处的电势比零电势处电势低.)
结论：电场线指向电势降低的方向

M
E
A
B
?
+
q
+
q
F
思考：1、沿着电场线方向,电势将怎样变化?
φA-φB=EpA/q-EpB/q=WAB/q ＞0
2、如果以无穷远处电势为零，则：
(1)正电荷（+Q）形成的电场中各点的电势均为正值
(2)负电荷（-Q）形成的电场中各点的电势均为负值
例 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?
(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。
1.看电场力做功
2.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。
3.看电场线
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
拓展：两点电势能大小的判断
Ep=qφ
拓展：两点电势高低的判断
1、看电场线：在同一电场线上，电势顺着电场线的方向不断减少。
2、看场源电荷：在正电荷的电场中，离它越近电势越高。在负电荷产生的电场中，情况相反。
3、看电场力做功：移动正电荷时，电场力若做正功，电势降低。电场力若做负功，电势升高。 对于负电荷，情况恰好相反。
例 将一正电荷从无穷远处移至电场中M点,静电力做功为6.0×10-9 J,若将一个等量的负电荷从电场中N点移向无穷远处,静电力做功为7.0×10-9 J,则M、N两点的电势φM、φN的关系为(　　)
A.φM<φN<0 B.φN>φM>0
C.φN<φM<0 D.φM>φN>0
C
本课小结
1、有两个带电小球的电荷量分别为+q、-q，固定在一长度为L的绝缘细杆的两端，置于电场强度为E的匀强电场中，杆与电场强度方向平行，其位置如图所示，若此杆绕过O点且垂直于杆的轴转过180°，在此过程中静电力做功为（　　）
A.0　　　B.qEL　　　C.2qEL　　　D.πqEL
C
解析：细杆转动过程中，带正电荷的小球受力方向与运动方向的夹角为锐角，静电力做正功，W1>0，为qEL；同理可知，静电力对带负电荷的小球也做正功，W2>0，为qEL。静电力对两小球所做的功：W=W1+W2=2qEL。
当堂检测
2.［多选］以无穷远处电势为零，下列关于电势与电势能的说法正确的是（　　）
A.电荷在电场中电势高的地方电势能大
B.在电场中的某点，电荷量大的电荷具有的电势能比电荷量小的电荷具有的电势能大
C.在正点电荷形成的电场中的某点，正电荷具有的电势能比负电荷具有的电势能大
D.在负点电荷形成的电场中的某点，正电荷具有的电势能比负电荷具有的电势能小
解析：A、B错：不管是正电荷还是负电荷，比较不同位置的电势能大小关系时，要看静电力的做功情况，电场力做正功，电势能减小。
C、D对：规定无穷远处的电势为零，正点电荷附近各点的电势都大于零，则某位置处正电荷的电势能比负电荷的电势能大；反之，负点电荷附近各点的电势都小于零，某位置处负电荷的电势能大于正电荷的电势能。
CD
3、(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,受到的静电力的方向与移动方向相反,静电力做负功,选项D错误。
AC
4. 如图所示的匀强电场中，有a、b、c三点，ab=5 cm，bc=12 cm，其中ab沿电场方向，bc和电场方向成60°角，一个电荷量为q=4×10-8 C的正电荷从a移到b时静电力做的功为W1=1.2×10-7 J，求：
（1）匀强电场的电场强度E的大小；
（2）电荷从b移到c，静电力做的功W2。