电势能和电势课件高二上学期物理人教版3

人教版物理必修三第十章

静电场中的能量第一节

电势能和电势复习回顾1.功的计算：W=ELcosα2.重力做功的特点:（1）与路径无关，由初末位置的高度差来决定。（2）重力做功WG与重力势能变化的关系：重力做正功，重力势能减少重力做负功，重力势能增加3.重力势能是相对的，须选定零势能参考面。WG=EP1-EP2=-△EP讨论交流一个试探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做加速运动，一段时间后获得一定的速度，试探电荷的动能增加什么能转换为动能的呢?

电场力对电荷做功有哪些特点、怎样计算？

一、静电力做功的特点与移动电荷所经过的路径无关，只与电荷初、末位置有关.对于非匀强电场也适用W=qEd适用于匀强电场，其中d为沿电场方向的距离．2．电场力做功与电势能变化之间的关系(1)W电＝－ΔE电＝(Ep初－Ep末)适用于所有电场和所有电荷．电场力做的功等于电势能增量的负值二、电势能1．电势能：电荷因处在电场中而具有的能称为电势能，电荷在电场中某点的电势能等于把电荷从这点移动到零电势能点过程中电场力所做的功．(2)电场力做正功，电势能减少，电场力做负功，电势能增加，如图(3)电势能的值是相对的，电势能的变化量是绝对的．(4)通常规定电荷在无限远处的电势能为零，或取电荷在大地表面的电势能为零．3．电势能变化的判断方法(1)用电场力做功来判断：①电场力做了多少正功，电势能就减少多少．②电场力做了多少负功，电势能就增加多少．(3)用公式Ep＝qφ来判断：①q>0且不变时，Ep随φ增大而增大、随φ减小而减小．②q<0且不变时，Ep随φ增大而减小、随φ减小而增大．(2)用能量转化与守恒来判断：①如果只有静电力做功，则动能和电势能相互转化．②如果除电场力之外还有其它力做功，则不能用动能变化来判断电势能的变化．对电势能的理解(1)系统性：电势能由电场和电荷共同决定，属于电场和电荷系统所共有的，我们习惯说成电场中的电荷所具有的．(2)相对性：电势能是一个相对量，其数值与零势能点的选取有关，因此确定电荷的电势能首先应确定参考点，也就是零势能点的位置．(3)标量性：电势能是标量，有正负、无方向．电势能为正值表示电势能大于参考点的电势能，电势能为负值表示电势能小于参考点的电势能．电势能大小的判断(1)场源电荷判断法：离正场源电荷越近，正试探电荷的电势能越大，负试探电荷的电势能越小；离负场源电荷越近，正试探电荷的电势能越小，负试探电荷的电势能越大．(2)电场线法：正电荷顺着电场线的方向移动时电势能逐渐减小，逆着电场线的方向移动时电势能逐渐增大；负电荷顺着电场线的方向移动时电势能逐渐增大，逆着电场线的方向移动时电势能逐渐减小．(3)做功判断法：无论正、负电荷，电场力做正功，电荷的电势能减小；电场力做负功，电荷的电势能增大．2．电势的定义式φ＝Ep/q(式中q是试探电荷电量，包括符号，Ep也包括符号)三、电势1．电势：电荷在某点的电势能与其电荷量的比值叫这一点的电势．(1)电荷在某点电势能为零，则这点的电势就是零．(2)电势在数值上等于单位正电荷由该点移动到零电势点过程中电场力做的功．推导过程：φ＝(EpA/q)，WA0＝EpA－Ep0(电荷初位置电势能EpA，末位置电势能Ep0＝0)，两方程结合，得φ＝WA0/q，当q＝1C，φ＝WA0.单位：伏特，符号：V.(3)电势是标量，只有大小没有方向．电势的值是相对的，与零电势点的选取有关．(4)沿电场线方向电势降低最快，垂直于电场线方向电势不变。(5)电势是电场的性质，由电场决定，与有无试探电荷无关。(6)设无限远处为电势为零，则正场源电荷周围电势都是正值，负场源电荷周围电势都是负值．在利用φ＝Ep/q计算电势时，Ep、q可代入正、负号运算，计算结果的正、负号恰好反映了电势的高低．4．电势叠加原理空间存在多个点电荷时，某点电势的值等于各点电荷单独存在时在该位置产生的电势的代数和．3．判断电势变化的方法(1)沿电场线方向电势逐渐降低且降低得最快，逆电场线方向电势升高且升高得最快．(2)根据场源电荷判断：离正场源电荷越近，电势越高；离负场源电荷越近，电势越低．如何比较电场中两点电势的高低(1)根据电场力做功判断：①在两点间移动正电荷，如果电场力做正功，则电势降低，如果电场力做负功，则电势升高．②在两点间移动负电荷，如果电场力做正功，则电势升高；如果电场力做负功，则电势降低．(3)根据电荷电势能的变化：①如果在两点间移动正电荷时，电势能增加，则电势升高；电势能减少，则电势降低．②如果在两点间移动负电荷时，电势能增加，则电势降低；电势能减少，则电势升高．(2)根据电场线确定：电场线的方向就是电势降低最快的方向．1．等势面一般规律(1)等势面处处与电场线垂直．(2)电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面，两个等势面不会相交．(3)同一幅图中，相邻等势面间电势的差值相等．(4)在同一等势面上移动电荷，电场力始终不做功．(5)静电平衡时带电导体表面是一个等势面．四、等势面：电场中电势相同的各点构成的面叫等势面．2．常见电场等势面讨论交流：场强为零的地方电势也为零吗？例如图，等量同种电荷两电荷连线中点场强为零，但电势不为零，等量异种电荷连线中点电势为零(整个中垂线一直延伸到无穷远处，而无穷远处电势为零．)但中点处场强不为零．电势是相对的，我们可以选场强为零的点为零电势，也可以选场强不为零的点为零电势．从本质来讲，场强反映电场力的性质，电势反映电场能的性质，所以这两个物理量是从两个不同的方向来反映电场的，它们没有直接的关系，电势高场强不一定大．场强大电势也不一定高．电场力做功、电势、电势能综合应用1.如图所示，A、B为某电场线上的两点，那么以下结论正确的是(

)A．把正电荷从A移到B，静电力做正功，电荷的电势能减少B．把负电荷从A移到B，静电力做负功，电荷的电势能增加C．把负电荷从A移到B，静电力做正功，电荷的电势能增加D．不论正电荷还是负电荷，从A到B电势能逐渐降低解析:正电荷从A移到B，静电力做正功，电势能减少，A项正确．负电荷从A移到B，静电力做负功，电势能增加，B项正确.AB2.如图所示，仅在电场力作用下，一带电粒子沿图中虚线从A运动到B，则(

)A．电场力做正功B．动能增加C．电势能增加D．加速度增大CD解析:由于带电粒子的运动轨迹向电场力方向偏转，由此可知电场力逆着电场线方向，故从A运动到B，电场力对带电粒子做负功，粒子的动能减少，电势能增加，A、B错，C对；由题图知，EA<EB，故电场力FA<FB，加速度aA<aB，D对．电场力做功正负的判断(1)根据电场力和位移的方向夹角判断：夹角为锐角时电场力做正功，夹角为钝角时电场力做负功．此法常用于匀强电场中恒定电场力做功情况的判断．(2)根据电场力和瞬时速度方向的夹角判断：夹角为锐角时电场力做正功，夹角为钝角时电场力做负功，电场力和瞬时速度方向垂直时电场力不做功．此法常用于判断曲线运动中变化电场力的做功情况．3.关于电势和电势能的说法正确的是(

)A．电荷在电场中电势越高的地方电势能也越大B．电荷在电场中电势越高的地方，电荷量越大，所具有的电势能也越大C．在正点电荷电场中的任意一点处，正电荷所具有的电势能一定大于负电荷所具有的电势能D．在负点电荷电场中的任意一点处，正电荷所具有的电势能一定小于负电荷所具有的电势能CD解析：正电荷在电场中电势越高的地方电势能越大，A选项错误；正电荷在电场中电势越高的地方，电荷量越大，所具有的电势能也越大，B选项错误；正点电荷周围的电势为正，电场中的任意一点处，正电荷所具有的电势能一定大于负电荷所具有的电势能，C选项正确；负点电荷周围的电势为负，电场中的任意一点处，正电荷所具有的电势能一定小于负电荷所具有的电势能，D选项正确．答案：CD4.如图a、b是某电场中的某一条电场线上的两点，一带负电的质点只受电场力的作用，沿电场线从a点运动到b点．在这个过程中，此质点的速度—时间图象如图(2)所示，比较a、b两点电势的高低φa和φb以及场强Ea和Eb的大小，正确的是(

)A．φa＞φb，Ea＜Eb

B．φa＞φb，Ea＝Eb

C．φa＜φb，Ea＞EbD．φa＜φb，Ea＝Eb

解析:速度—时间图象的斜率表示加速度的大小，故a、b两点的电场强度相等，Ea＝Eb，分析图象可知，电荷做减速运动，电场力与速度方向相反，电场力由b指向a，质点带负电，则电场线由a到b，电势φa>φb，B选项正确．B5.如果把q＝1.0×10－8C的电荷从无穷远移至电场中的A点，需要克服电场力做功W＝1.2×10－4J，选取无穷远处为电势能零点，那么：(1)q在A点的电势能及A点的电势各是多少？(2)如果把q拿走，换成一个q＝－1.0×10－8C的负电荷，则A点的电势是多少，电荷电势能是多少？解析:(1)根据电场力做的功等于初电势能减末电势能，所以q在A点的电势能：W＝Ep∞－EpA推出EpA＝Ep∞－W＝0－(－1.2×10－4)＝1.2×10－4JφA＝EpA/q＝1.2×10－4/1.0×10－8V＝1.2×104V(2)A点的电势是由电场本身决定的，跟A点是否有电荷或是什么电荷无关，所以A点的电势仍为1.2×104V，而根据EpA＝qφA＝－1.0×10－8×1.2×104J＝－1.2×10－4J.用电场线可以方便的比较场强和电势：电场线密集场强大，电场线稀疏场强小，沿电场线方向电势降低，逆电场线方向电势升高．依据带电粒子的运动轨迹和电场线、等势面解决问题：(1)带电粒子轨迹的切线方向为该点的速度方向．(2)利用物体做曲线运动时力一定在曲线内侧这一运动学规律可以帮助判断物体所受电场力的方向，进而可以判断电场力做正功还是负功，再一步就可以判断电势能及电势变化．(3)由电场力与速度方向夹角可以判断电场力做功情况，进而判断电势能和电势．利用电场线、等势面判断电势、电势能6.如图所示，某区域电场线左右对称分布，M、N为对称轴上的两点．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，A项对．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，B项错．由Ep＝qφ可知，正电荷在M点的电势能大于在N点的电势能，C项对．电子从M点移到N点的过程中，受到的静电力与移动方向相反，静电力做负功，D项错．AC7.如图所示，虚线为某电场的等势面，今有两个带电粒子(重力不计)