新教材同步辅导2023年高中物理第一章静电场的描述第四节电势能与电势课件粤教版必修第三册

第一章静电场的描述学习目标STSE情境导学1．掌握电场力做功的特点并会求电场力做功．(重点)2．理解电势的概念，并能用此解决相关问题．3．掌握电势能及其特性并会求电势能．(重点)4．掌握电场力做功与电势能变化的关系，并能用此解决相关问题．(难点)5．了解等势面的概念，知道在等势面上移动电荷电场力不做功利用电场力做功与等高线类似，可以将矿石分离等势面是电场中电势相等的

各点组成的面

知识点一电场力做功在匀强电场中移动电荷时，电场力所做的功只与电荷的电量及其起点、终点的位置有关，与路径无关，更多的研究表明，上述结论也适用于非匀强电场．知识点二电势能1．定义：一个电荷在静电场中的某一位置的势能．2．电场力做功与电势能的关系：WAB＝EpA－EpB．3．电势能的单位是焦耳，简称焦，符号是J．知识点四等势面1．定义．电场中电势相同的各点构成的面叫作等势面．2．等势面与电场线的关系．(1)电场线跟等势面垂直．(2)电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面．1．如图所示为某电场的一簇电场线，A、B两点的电场强度分别用EA、EB表示，A、B两点的电势分别用φA、φB表示，则(

)A．EA<EB，φA>φBB．EA<EB，φA<φBC．EA>EB，φA>φBD．EA>EB，φA<φB解析：根据沿电场线方向电势逐渐降低可知φA>φB，根据电场线的疏密程度表示电场强度的大小可知EA<EB，则B、C、D错误，A正确．故选A.答案：A2.如图所示，图中实线表示一匀强电场的电场线，一带负电荷的粒子射入电场，虚线是它的运动轨迹，a、b是轨迹上的两点，若粒子所受重力不计，那么正确的判断是(

)A．电场线方向向下B．粒子一定从a点运动到b点C．a点电势比b点电势高D．粒子在a点的电势能大于在b点的电势能解析：无论粒子从a点或者从b点射入电场，由于运动轨迹向下弯曲，说明粒子受电场力方向向下，可判断电场线的方向向上而不是向下，A错误；粒子既可以从a点运动到b点，也可以从b点运动到a点，B错误；由于顺着电场线方向电势降低，故有φa<φb，C错误；负电荷逆着电场线方向运动时电势能减少，顺着电场线方向运动时电势能增加，因而粒子在a点的电势能大于在b点的电势能，D正确．答案：D3.如图所示，实线表示某电场的电场线，虚线表示该电场的等势面，下列判断正确的是(

)A．1、2两点的场强相等B．1、3两点的场强相等C．1、2两点的电势相等D．2、3两点的电势相等解析：由电场线的疏密程度可以描述场强的大小可知，1、2两点和1、3两点的场强均不相同，A、B均错误；1、2两点不在同一等势面上，电势不相等，2、3两点在同一等势面上，电势相等，C错误，D正确．答案：D学习小结1．通过类比重力势能知道静电场中的电荷具有电势能．2．电势的概念采用比值定义法，知道电势是电势能的性质的物理量探究一电场力做功与电势能的变化1．电场力做功的特点．如图所示，在电场中将电荷q从A点移到B点，沿着①②③不同的路径，电场力做功相同，说明电场力做功与路径无关，只由电荷的始末位置决定．2．电势能．(1)概念：电荷在电场中所具有的势能．(2)对电势能的理解．①与重力势能类似，电势能在选取零势能位置后，才能有绝对的大小．②一般选取无限远或大地作为零势能位置．3．电场力做功和电荷电势能的变化关系．(1)电场力做正功，电势能一定减少(电势能转化为其他形式的能)．(2)电场力做负功，电势能一定增加(其他形式的能转化为电势能)．(3)电场力做功的多少，等于电势能的变化：WAB＝EpA－EpB.【典例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，电荷的电势能增加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；负电荷从A移到B，静电力做负功，电势能增加，因此B正确．答案：B判定电势能增减的方法做功判定法无论是哪种电荷，只要电场力做正功，电荷的电势能一定减少；只要电场力做负功，电荷的电势能一定增加电场线法正电荷顺着电场线方向移动，电势能一定减小，逆着电场线方向移动，电势能一定增加；负电荷顺着电场线方向移动，电势能一定增加，逆着电场线方向移动，电势能一定减小电性判定法同种电荷靠近时电势能增大，远离时电势能减小；异种电荷靠近时电势能减小，远离时电势能增大1．在电场中，把电荷量为4×10－9C的正点电荷从A点移到B点，克服静电力做功6×10－8J，以下说法中正确的是(

)A．电荷在B点具有的电势能是6×10－8JB．B点电势是15VC．电荷的电势能增加了6×10－8JD．电荷的电势能减少了6×10－8J解析：电荷在电场中某点的电势能具有相对性，只有确定了零势点，B点的电势、电荷在B点的电势能才是确定的数值，故选项A、B错误；由于电荷从A移到B的过程中是克服静电力做功6×10－8J，故电荷电势能应该是增加了6×10－8J，选项C正确，选项D错误．答案：C2．如图所示，有一带电的微粒，在电场力的作用下沿曲线从M点运动到N点，则微粒(

)A．带负电，电势能增加

B．带负电，电势能减少C．带正电，电势能增加

D．带正电，电势能减少解析：由带电微粒运动的径迹可以看出带电微粒受到的电场力指向径迹凹侧，即与电场方向相同，故带电微粒带正电，选项A、B错误；电场力对带电微粒做正功，微粒电势能减少，选项C错误，D正确．答案：D探究二电势的理解和电势高低的判断1．对电势的理解．(1)相对性：电势是相对的，电场中某点的电势高低与电势零点的选取有关．通常将离场源电荷无穷远处或地球表面选为电势零点．(2)固有性：电场中某点的电势大小是由电场本身的性质决定的，与在该点是否放有电荷及所放电荷的电荷量和电势能均无关．(3)标量性：电势是只有大小、没有方向的物理量，在规定了电势零点后，电场中各点的电势可能是正值，也可能是负值．正值表示该点的电势高于零电势；负值表示该点的电势低于零电势．显然，电势的正负只表示大小，不表示方向．2．电势高低的判断方法．(1)电场线法：沿电场线方向，电势越来越低．(2)场源电荷判断法：离场源正电荷越近的点，电势越高；离场源负电荷越近的点，电势越低．(3)电势能判断法：对于正电荷，电势能越大，所在位置的电势越高；对于负电荷，电势能越小，所在位置的电势越高．3．电势与电势能的比较．项目电势φ电势能Ep物理意义反映电场能的性质的物理量电荷在电场中某点所具有的电势能续上表相关因素电场中某一点的电势φ的大小，只跟电场本身有关，跟试探电荷q无关电势能大小是由点电荷q和该点电势φ共同决定的大小电势沿电场线方向逐渐下降，选定零电势点后，某点的电势高于0，为正值；某点的电势低于0，为负值正电荷(＋q)电势能的正负跟电势的正负相同；负电荷(－q)电势能的正负跟电势的正负相反单位伏特(V)焦耳(J)【典例2】如果把电荷量为q＝＋1.0×10－8C的电荷从无限远处移到电场中的A点，需要克服电场力做功W＝1.2×10－4J，取无限远处的电势为零，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？答案：(1)1.2×10－4J

1.2×104V

(2)1.2×104V(1)计算电势和电势能时，一般要注意“＋”“－”号的代入.(2)电势和电场强度由电场本身决定，与试探电荷q无关，但两者大小没有任何联系．而电势能由电场和电荷q共同决定，满足Ep＝qφ的关系．(3)沿电场线电势一定降低，而电势能则不一定，若为正电荷，沿电场线电势能降低；若为负电荷，沿电场线电势能升高．3．(多选)如图所示，某区域电场线左右对称分布，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点场强一定大于N点场强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，电场力做正功解析：沿电场线方向，电势降低，所以M点电势，一定高于N点电势，A正确；电场线的疏密程度表示电场的强弱，由题图可知，M点场强一定小于N点的场强，B错误；正电荷q在M点的电势能EpM＝qφM，在N点的电势能EpN＝qφN，由于φM＞φN，所以EpM＞EpN，C正确；电子在电场中受电场力的方向沿NM指向M，故从M移动到N，电场力做负功，D错误．答案：AC探究三等势面的理解应用1．等势面的特点．(1)在等势面内任意两点间移动电荷，电场力不做功．(2)在空间中两等势面不相交．(3)电场线总是和等势面垂直，且从电势较高的等势面指向电势较低的等势面．(4)在电场线密集的地方，等差等势面密集；在电场线稀疏的地方，等差等势面稀疏．(5)等势面是为描述电场的性质而假想的面．(6)等势面的分布与零电势点的选取无关．2．几种常见电场的等势面．3．电场线与等势面的区别与联系．项目电场线等势面物理意义形象描述电场强度的强弱和方向形象描述电场中各点电势的高低图线特点带箭头的不闭合的曲线，两电场线不相交可以闭合，也可以不闭合，不同等势面不相交描述电场曲线上某一点的切线方向为场强方向，疏密表示场强大小等势面的垂线方向为场强方向，等差等势面的疏密表示场强大小做功情况电荷沿电场线移动时静电力必做功电荷沿等势面移动时静电力不做功联系(1)沿电场线方向电势降低．(2)电场线与等势面垂直【典例3】

(多选)如图所示，虚线同心圆是一簇某静电场中的等势面，其电势分别是φa、φb和φc，一带正电粒子射入电场中，运动轨迹如图中实线KLMN所示．由图可知(

)A．粒子从K到L的过程中，静电力做负功，电势能增加B．粒子从L到M的过程中，静电力做负功，电势能增加C．φa＞φb＞φcD．φa＜φb＜φc解析：由等势面的分布规律可知，该电场为点电荷的电场．由运动轨迹可知，运动的正电荷跟场源电荷的相互作用规律是排斥，所以场源电荷是正电荷．根据电场线与等势面垂直，得电场的分布是发散状辐射向外的．正电荷从K到L受静电力的方向背离圆心，与移动方向相反，做负功，电荷的电势能增加，选项A正确；从L到M的过程中，静电力先做负功再做正功，电势能先增加，后减少，选项B错误；根据电场线的方向就是电势降低最快的方向可知选项C错误，D正确．答案：AD电场力做功正负的判断(1)根据电场力和位移方向的夹角判断：夹角为锐角，电场力做正功；夹角为钝角，电场力做负功．(2)根据电场力和瞬时速度方向的夹角判断：夹角是锐角时电场力做正功，夹角是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．(3)根据电势能的变化情况判断：若电势能增加，则电场力做负功；若电势能减小，则电场力做正功．(4)根据动能的变化情况判断(物体只受电场力作用)：若物体的动能增加，则电场力做正功；若物体的动能减少，则电场力做负功．4.如图所示，实线和虚线分别表示等量异种电荷的电场