高中物理选修3-1第一章 1.3电势能与电势

1、电势能和电势电势能和电势 正电荷q在电场强度为E的匀强电场中从A运动到M点有没有产生位移？在什么力的作用下？位移方向和作用力方向关系如何？E+qAMF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？一、电场力做功的特点一、电场力做功的特点 正电荷q在电场强度为E的匀强电场中由A运动到M电场力做了多少功？Eqq受力吗？多大？AMW=qEAMF求试探电荷求试探电荷q从从A点沿直线点沿直线AB路径移到路径移到B点时电场力做的功：点时电场力做的功：E+q ABMcosWFABqEAMFCE+q ABWqEAMM结论：结论：在在匀强电场匀强电场中移动电荷时，静电力做的功中移动

2、电荷时，静电力做的功与电荷的与电荷的起始位置和终止位置起始位置和终止位置有关，但与有关，但与电荷经过的电荷经过的路径路径无关。无关。(对于非匀强电场也适用对于非匀强电场也适用)这与什么力做功像似呢？二、电势能二、电势能1.1.定义：电荷在电场中具有的与电荷位置有关的能，定义：电荷在电场中具有的与电荷位置有关的能，叫叫电势能电势能。（1 1）、电荷在电场中具有电势能。）、电荷在电场中具有电势能。2 2、电势能的特性：、电势能的特性： 将将+q+q由由A A移到移到B B的过程电场力对电的过程电场力对电荷做功为：荷做功为：将将-q-q由由A A移到移到B B的过的过程，电场力对电荷做程，电场力对电

3、荷做功为：功为：dAB+qELcosWqEdqEl电cosWqEdqEl 电（电场力做正功）（电场力做负功）电场力做功与电势能有什么关系？（联系重力电场力做功与电势能有什么关系？（联系重力做功与重力势能的关系）做功与重力势能的关系） （2 2）电场力对电荷做）电场力对电荷做正功正功，电荷的电势能，电荷的电势能减小减小 重力对物体做重力对物体做负功负功，物体的重力势能增大，物体的重力势能增大 （3 3）电场力对电荷做）电场力对电荷做负功负功，电荷的电势能，电荷的电势能增大增大2 2、电势能的特性：、电势能的特性： 重力对物体做重力对物体做正功正功，物体的重力势能减小，物体的重力势能减小（3 3）

4、电荷在电场中受到的作用力是）电荷在电场中受到的作用力是电场力电场力，也叫做，也叫做静电力静电力，库仑力库仑力。 （4）判断电场强度E和电场力F的方向 如果电场中放入的是正电荷，那么电场力和电场强度方向会相同。 如果电场中放入的是负电荷，那么电场力和电场强度方向会相反。（1 1）电荷之间的相互作用分两种：）电荷之间的相互作用分两种：吸引和排斥吸引和排斥（2 2）有电荷，它周围就存在）有电荷，它周围就存在电场电场（5 5）电场力做）电场力做正功正功，电荷的电势能，电荷的电势能减小减小 电场力做电场力做负功负功，电荷的电势能，电荷的电势能增大增大（6 6）做功的正负做功的正负判断判断XFW.如果作用

5、力如果作用力F F和位移和位移X X方向相同，那么做正功方向相同，那么做正功如果作用力如果作用力F F和位移和位移X X方向相反，那么做负功方向相反，那么做负功(7) A.当同种点电荷相互靠近时，它们的电势能增大 B.当异种点电荷相互靠近时，它们的电势能减小+AB一般放入的试探电荷都是正电荷，这样同种电荷越靠近，电势能越增加，所以EpAEpB，WA WB如果说明放入的负电荷，这样异种电荷越靠近，电势能越减弱，所以EpAEpB，WAEpB，WA WB如果说明放入的负电荷，这样异种电荷越靠近，电势能越减弱，所以EpAEpB，WA B 场强EAEBB、电势A B 场强EAEpBA AB BE EBC

6、（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（或E）等势面，且由电势较高的等势面指向电势较低的等势面 （4）等势面密处场强大、电场线密，等势面疏处场强小、电场线疏 （3）不同等势面在空间不相交、不相切，闭合2、等势面的特点：202010100 0（5）沿电场方向电势降低最快（6）匀强电场中电势均匀变化。1、定义：电场中电势相同的各点构成的面，叫做等势面。+等势面是两簇对称曲面，两电荷的连线上中点电等势面是两簇对称曲面，两电荷的连线上中点电势最低；中垂线上中点电势最高，向两侧电势逐势最低；中垂线上中点电势最高，向两侧电势逐渐降低，以中点对称的两点电势相等。渐降低，以中点对称

7、的两点电势相等。等势面越密集的地方，等势面越密集的地方，电场强度越大。电场强度越大。等势面是与电场线垂直，间隔相等，相互平行的一簇平面。1111、关于等势面，正确的说法是（、关于等势面，正确的说法是（）A A电荷在等势面上移动时不受电场力作用，所以不做功电荷在等势面上移动时不受电场力作用，所以不做功B B等势面上各点的场强大小相等等势面上各点的场强大小相等C C等势面一定跟电场线垂直等势面一定跟电场线垂直D D两等势面不能相交两等势面不能相交CDCD等势面等势面如图所示，虚线如图所示，虚线a、b和和c是某静电场中的三个等势面，它们的电是某静电场中的三个等势面，它们的电势分别为势分别为 、 和和

8、 ，一带正电粒子射入电场中，其运动轨迹，一带正电粒子射入电场中，其运动轨迹如实线如实线KLMN所示。由图可知：所示。由图可知：A、粒子从、粒子从K到到L的过程中，电场力做负功的过程中，电场力做负功B、粒子从、粒子从L到到M的过程中，电场力做负功的过程中，电场力做负功C、粒子从、粒子从K到到L的过程中，电势能增加的过程中，电势能增加D、粒子从、粒子从L到到M的过程中，动能减少的过程中，动能减少abcACabcKLMN孤立点电荷电场中的一簇等势面如图所示中虚线所示，孤立点电荷电场中的一簇等势面如图所示中虚线所示，其电势分别为其电势分别为1 1、2 2、3 3，A A、B B、C C是某电场线与是某

9、电场线与这簇等势面的交点，且这簇等势面的交点，且abab=ac.=ac.现将一负电荷由现将一负电荷由a a移到移到b b，电场力做正功电场力做正功W W1 1；再由；再由b b移至移至C C，电场力做正功，电场力做正功W W2 2, ,则则（）A.WA.W1 1=W=W2 2，1 12 23 3B.WB.W1 1=W=W2 2，1 12 23 3C.WC.W1 1W W2 2，1 12 23 3D.WD.W1 1W W2 2，1 12 23 3C C1 12 23 3等势面等势面如图所示，三个等差等势面上有如图所示，三个等差等势面上有a、b、c、d四点，若四点，若将一个正电荷由将一个正电荷由c

10、经经a移动到移动到d电场力做正功电场力做正功W1，若由，若由c经经b移动到移动到d电场力做正功电场力做正功W2，则：，则：2121212121212121.，WWDWWCWWBWWA123cabdD1.如图所示，如图所示，a、b、c、d为某电场中的等势为某电场中的等势面，一带正电粒子飞入电场后只在电场力作面，一带正电粒子飞入电场后只在电场力作用下沿用下沿M点到点到N点的虚线运动由图可知，点的虚线运动由图可知，四个等势面电势四个等势面电势Ua、Ub、Uc、Ud由高到低由高到低的排列顺序是的排列顺序是_，带电粒子在，带电粒子在M、N两两点中，电势能较大的是点中，电势能较大的是_点点能力提升能力提升

11、:2.图一表示等量异种电荷图一表示等量异种电荷P和和Q形成的电场内的一簇形成的电场内的一簇等势面，求等势面，求(1)P、Q各带何种电荷？各带何种电荷？(1)(2)把把q=107C的正点电荷从的正点电荷从A移到移到B，电场力做多少功？，电场力做多少功？(2)(3)把把q从从B移到移到C电场力做多少功？电场力做多少功？(3)(4)把把q从从C移到移到A电场力做多少功？电场力做多少功？(4)(5)q从从A出发经过出发经过B和和C回到回到A的过程中电场力对电荷做的的过程中电场力对电荷做的总功为多少？总功为多少？3.如图所示，细线一端系着一个带电量为如图所示，细线一端系着一个带电量为+q、质量为、质量为

12、m的小球，另一端固定于的小球，另一端固定于O点，加一匀强电场后可使小点，加一匀强电场后可使小球静止于图示位置，此时悬线与竖直方向夹角为球静止于图示位置，此时悬线与竖直方向夹角为。要使电场的场强最小，该电场场强的方向怎样？大小要使电场的场强最小，该电场场强的方向怎样？大小如何？如何？Oq垂直悬线斜向上方垂直悬线斜向上方qmgEsin5 5、一带电油滴在匀强电场、一带电油滴在匀强电场E E中的运动轨迹如中的运动轨迹如图虚线所示图虚线所示, ,电场方向竖直向下电场方向竖直向下. .若不计空气阻力若不计空气阻力, ,则此带电油滴从则此带电油滴从a a运动到运动到b b的过程中的过程中, ,能量变化情况

13、能量变化情况为为( )( )A.A.动能减小动能减小B.B.电势能增加电势能增加C.C.动能和电势能之和减少动能和电势能之和减少D.D.重力势能和电势能之和增加重力势能和电势能之和增加EabC 电场的电场的力的性质力的性质我们必须用我们必须用场强场强E E来描述，那来描述，那么电场的么电场的能的性质能的性质我们又应该用什么物理量来描我们又应该用什么物理量来描述呢？能否用述呢？能否用“电势能电势能”呢？呢？ 电场的能的性质也是电场本身的一种属性，电场的能的性质也是电场本身的一种属性，它只能由场源本身所决定，而与电场中有无放入它只能由场源本身所决定，而与电场中有无放入试探电荷无关。而电势能的大小是

14、与试探电荷的试探电荷无关。而电势能的大小是与试探电荷的电量电量q q有关的（因有关的（因q q越大，其所受电场力就越大，越大，其所受电场力就越大，具有的做功本领大，电势能也就大），故不能用具有的做功本领大，电势能也就大），故不能用“电势能电势能”来描述电场的能的性质，我们引入一来描述电场的能的性质，我们引入一个新的物理量个新的物理量“电势电势”来表示它。来表示它。6.6.沿电场线沿电场线 ( (场强场强) )方向电势方向电势越来越低越来越低如何比较电势的高低？如何比较电势的高低？ABE电荷由电荷由A点运动的点运动的B点点正电荷正电荷负电荷负电荷电场力电场力做功做功正功正功负功负功电势能电势能变

15、化变化减少减少增加增加电势电势变化变化减少减少减少减少6 6、如图所示，点电荷的静电场中电场线用实线表示，但其方、如图所示，点电荷的静电场中电场线用实线表示，但其方向未标明，虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨向未标明，虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹。迹。a a、b b是轨迹上的两点。若带电粒子在运动中只受到电场是轨迹上的两点。若带电粒子在运动中只受到电场力作用，根据此图可作出正确判断的是力作用，根据此图可作出正确判断的是( )( )A.A.带电粒子所带电荷的性质带电粒子所带电荷的性质B.B.带电粒子在带电粒子在a a、b b两点的受力方向两点的受力方向C.C.带电粒子在带

16、电粒子在a a、b b两点的速度何处较大两点的速度何处较大D.D.带电粒子在带电粒子在a a、b b两点的电势能何处较大两点的电势能何处较大BCDab方法一方法一: : 根据电场力做功的正负判断：根据电场力做功的正负判断： 如何比较电荷电势能的大小呢？如何比较电荷电势能的大小呢？方法二方法二: : 直接根据公式直接根据公式 判断判断q方法三方法三: : 根据电场线来判断根据电场线来判断 例例3. 3. 将一电量为将一电量为 的点电荷从电场外的点电荷从电场外一点一点P P移至电场中某点移至电场中某点A, A, 电场力做电场力做 功功 , ,求求A A点的电势点的电势. .cq6102J5104解

17、解: :设场外一点设场外一点P P的电势为的电势为0pJWEPA5104VVqEPAA2010210465从从P A,P A,电场力做的功电场力做的功 PAEW-= 点评点评: :电势的确定首先要确定零电势处电势的确定首先要确定零电势处, ,且电势可以且电势可以为负为负. . 练习. 如图所示,在同一条电场线上有A . B .C 三点,将 的点电荷由A点移动到B点,电场力做什么功?做多少功?电势能变化了多少?在将该电荷由B点移到C点,电场力做什么功?做多少功?电势能变化了多少? cq6106VA5VC20BABC重力势能和电势能类比重力势能和电势能类比 重力场中，重力：地球和重力场中，重力：地球和物体之间存在的吸引力物体之间存在的吸引力电场中，电场力：电荷之电场中，电场力：电荷之间的作用力间的作用力有重力就有重力势能有重力就有重力势能Ep= mghEp= mgh有电场力就有相应的能，