第一章静电场第四节电势能和电势

1、物理选修物理选修3-13-1 物理选修物理选修3-13-1物理选修物理选修3-13-1 1.功能关系 2.静电力做功的特点 3.电势能 4.电势 5.等势面从能的角度研究电场性质从能的角度研究电场性质物理选修物理选修3-13-11.功能关系EEqA v kE? E 而能量守恒，故一个带正电粒子（忽略重力）在匀强电场中静止释放功：过程量。能：状态量。ABWB =ABEE？物理选修物理选修3-13-12.电场力做功的特点E电场力做功与路径无关ABLcos WEqLEqxEqX11221coscosco. scos = nnnnnWEqEqEqEqLLLxEqLEqEqX（似重力做功）C，与初末位置

2、有关物理选修物理选修3-13-12.电场力做功的特点 WqEx gWmghhABgmgExABqE电场力电场力做功做功与路径无关与路径无关，只取决于初、末位置，只取决于初、末位置 pE重力势能 pE_能物理选修物理选修3-13-13.电势能hABgmgExABqE电势能电势能, ,符号符号Ep ：电荷在电场中所具有的势能（电荷：电荷在电场中所具有的势能（电荷在电场中受到在电场中受到电场力电场力作用而具有由作用而具有由相对位置相对位置决定的能决定的能量）量）物理选修物理选修3-13-1E3.电势能电场力做正功，故电势能_，ABF带电粒子静止释放（忽略重力） ABpApBWEE电势能具有相对性，通

3、常取离场源无穷远处为势能零点。工程应用上取大地的电势为零。若规定电荷在B点电势能为零，则归结：电场力做功等于电势能减少量。即0 pAAEW减少反之，电场力做负功，电势能增加（判断依据）。电势能转化为其他形式的能量EABv带电小球静止释放后竖直上升请中文翻译式子请中文翻译式子电荷在电荷在A A点的电势能等于把它从点的电势能等于把它从A A点点移动到零势能点电场力所做的功移动到零势能点电场力所做的功物理选修物理选修3-13-1电势能是一个标量，有正负。系统性：属于电荷和电场相对性：零势能点未确定时，同一电荷在某点的电势能是任意的。单位：焦耳，J重力势能是否有类似的特点？物理选修物理选修3-13-1

4、有一带负电的点电荷，从电场中的A点移到B点时，克服电场力做功6104 J从B点移到C点，电场力做功9104 J，问：(1)若以A为零势能点，B、C两点的电势能各为 、 。A、C间的电势能之差为 。(2)若以B为零势能点，A、C两点的电势能各为 、 。A、C间的电势能之差为 。46 10 J 4 3 10 J 43 10 J 4 6 10 J 4 9 10 J 43 10 J 物理选修物理选修3-13-1将一个带电荷量为7.010-6C的负电荷从无限远处移动到电场中的A点时，电荷的电势能为-1.410-6J.求此过程电场力对电荷做的功（取无限远处电势能为零）600W1.4 10 JAAEpEp物

5、理选修物理选修3-13-14.电荷量的影响 pAABEWEqx零势面零势面ExAB+q电荷量分别为+q和+2q，点电荷在A点的电势能？ 电势能与电荷量有关人们直接用电势能描述电场性质面临困难？22 pAEEqxExAB+2q重力势能mgh与物体有关什么量是与物体没关的呢？物理选修物理选修3-13-1AF-q4.存在两种电荷的影响0 pAABEWEqxxEB零势面零势面0 pAABEWEqx ExABF+q请同学们计算两种电荷在同一匀强电场中A点的电势能？（以B为势能零点）正负电荷在同一点电势能正负相反找寻只有电场有关的物理量？物理选修物理选修3-13-14.电势电势：电荷在电场中某一点的电势能

6、与它的电荷量的比值 PEq（计算时都代入正负号） AB结论：沿着电场线，电势降低。由电场本身决定，与放入电荷无关。是标量，有正负。单位是焦耳每库伦（J/C）或者伏特（V）。正电荷由A到B,电场力做_0 0,0 pApBpApBABpApBEEEEWEEqqq则正功负电荷由A到B,电场力做_0 0,0 pApBpApBABpApBEEEEWEEqqq则负功AEB物理选修物理选修3-13-14.电势 0 C, AB取 为零势点，则_（正负）？_（正负)？AEBC 0 CABAB 取 为零势点，正电荷在电势能_(正负)？正电荷在 电势能_(正负)？负电荷在电势能_(正负)？负电荷在 电势能_(正负)

7、？ 0 0 0 0 = PEq（电势能计算式（前提计算时都代入正负号：确定好零势点）电势也具有相对性，通常取离场源无穷远处为势能零点。工程应用上取大地的电势为零。物理选修物理选修3-13-14.电势0 AAWq请判断：电场中某点的电势在数值上等于单位正请判断：电场中某点的电势在数值上等于单位正电荷由该点移动到零电势点时电场力做的功电荷由该点移动到零电势点时电场力做的功物理选修物理选修3-13-1A= ABpApBpApBABBWEEEEWqqq由5.电势差qWUABAB 电荷电荷q在电场由一点在电场由一点A移动到另一移动到另一点点B时，电场力做的功时，电场力做的功WAB与电荷量与电荷量q的的比

8、比值值叫做电势差。叫做电势差。（比值定义）（比值定义）【定义定义】AA BBU电势之差电势之差描述电场能的性质的物理量描述电场能的性质的物理量物理选修物理选修3-13-15.电势差焦耳每库伦（J/C）或伏特（V）1V=1J/C 【单位单位】【说明】说明】3 3、电势差也叫、电势差也叫电压电压2、UAB = -UBA1 1、电势差是绝对的，、电势差是绝对的，与零势点选择无关，只与电与零势点选择无关，只与电场本身有关场本身有关4.标量，有正负值，正值表示标量，有正负值，正值表示A电势比电势比B电势高电势高A0A BBU 在电场中把一个电荷量为在电场中把一个电荷量为 的点电荷从的点电荷从A点点移到移

9、到B点，电场力做功为点，电场力做功为 ，将此电荷从，将此电荷从B移到移到C点，电场力做功为点，电场力做功为 ，求：，求： （1） A、B间的电势差间的电势差UAB； （2） A、C间的电势差间的电势差UAC。 （3）B、C间的电势差间的电势差UBC86 10 C 54.510J53 10J 583.0 10(1)V500V6.0 10ABABWUq581.5 10V250V6.0 10ACACWUq 555(2)3.0 104.5 101.5 10 JACABBCWWW BC(3)750VACABUUU 物理选修物理选修3-13-1ABABWqU适用范围适用范围：任意电场（匀强或非匀强：任意电

10、场（匀强或非匀强-变力）中移变力）中移动电荷时电场力所做的功动电荷时电场力所做的功6.电场力做功计算式优点优点：不考虑受力、过程：不考虑受力、过程cosWEql匀 强 电 场物理选修物理选修3-13-1课本课本P16,P16,第一题第一题. .在研究微观粒子常用电子伏特在研究微观粒子常用电子伏特(eV)(eV)做能量做能量的单位。的单位。1eV1eV等于一个电子在等于一个电子在1 1V V电压加速后所增加的动能。电压加速后所增加的动能。请推导电子伏特与焦耳的换算关系。请推导电子伏特与焦耳的换算关系。19191.6 101J=1.6 10JkEWqU191eV=1.6 10J1V1V电压表示大小

11、电压表示大小物理选修物理选修3-13-17.点电荷的电势取无限远处的电势为零。请判断点电荷周围的电势？取无限远处的电势为零。请判断点电荷周围的电势？ABCD拓展拓展【点电荷的电势公式点电荷的电势公式】(0)QkQr代 正 负 ，【电势的叠加电势的叠加】合电场中某点的电势等于各点电荷在该点电势的合电场中某点的电势等于各点电荷在该点电势的标量和标量和321AB 00 CD物理选修物理选修3-13-1【概念】概念】电场中电势相等的点构成的面，叫等势面电场中电势相等的点构成的面，叫等势面通常做法（画法）通常做法（画法）： 相邻的等势面之间的电势差相等，从而使得等势面相邻的等势面之间的电势差相等，从而使

12、得等势面的的疏密疏密能够能够反映电场的强弱反映电场的强弱。（密。（密强、疏强、疏弱）弱）【相关的特点】【相关的特点】1 1、在同一等势面上移动电荷时、在同一等势面上移动电荷时等势面等势面，电场力不做功；，电场力不做功；2 2、等势面与电场线垂直；、等势面与电场线垂直；3 3、电场线一定是从、电场线一定是从电势高的电势高的等势面指向等势面指向电势低的电势低的等势面；等势面；4 4、任意两个等势面不相交、任意两个等势面不相交. .8、等势面（参考课本（参考课本P P1818）物理选修物理选修3-13-1+(0)QkQr代 正 负 ，问题1:同一电荷在同一等势面上电势能是否一样大？问题2:一粒子从A

13、点以速度大小为v沿电场线射向固定的正点电荷的电场中，若粒子无法撞击点电荷，则粒子将怎么运动？+A问题2续:回到A点时，粒子的速度大小也是v吗？是。只有电场力做功，动能和电势能总和保持不变。物理选修物理选修3-13-1图图. .等量异种电荷的等势面等量异种电荷的等势面图图. .等量同种电荷的等势面等量同种电荷的等势面判断电势高低：沿电场线，电势下降判断电势高低：沿电场线，电势下降判断电势高低：电场力对正电荷做正功，电势差为正，即电势减判断电势高低：电场力对正电荷做正功，电势差为正，即电势减小小qWUABAB物理选修物理选修3-13-1E问题问题1 1：上图中同一等势面，场强：上图中同一等势面，场

14、强大小大小_?_?匀强电场的等势面（虚线）匀强电场的等势面（虚线）问题2：场强大的地方电势一定大？问题3：场强为零的地方电势一定为零？错错+-0V10V20V30V40V物理选修物理选修3-13-1 甲是等量异号电荷的电场线分布图，乙是等量同号点电荷甲是等量异号电荷的电场线分布图，乙是等量同号点电荷的电场线分布图。的电场线分布图。AOBAOB是两点电荷的连线的垂直平分线，是两点电荷的连线的垂直平分线，O O是连线中点。是连线中点。（1 1）在甲图中，把单位正试探电荷从）在甲图中，把单位正试探电荷从O O点沿点沿OAOA移动到无限远处，移动到无限远处，静电力是否做功？电势能是否变化？怎样变化？静电力是否做功？电势能是否变化？怎样变化？（2 2）在乙图中，把单位正试探电荷从）在乙图中，把单位正试探电荷从O O点沿点沿OAOA移动到无限远处，移动到无限远处，静电力是否做功？电势能是否变化？怎样变化？静电力是否做功？电势能是否变化？怎样变化？物理选修物理选修3-13-1hABgmgExABqE物体的重力势能与质量的比值定义为重力势，以物体物体的重力势能与质量的比值定义为重力势，以物体在地