高中物理必修3 第十章 静电场中的能量（2024人教版）

必修3第十章静电场中的能量第一节电势能和电势古代，人们用弩来加速箭，箭的速度能达到

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m/s数量级；后来，人们又在枪膛中用火药加

速子弹，子弹的速度能达到103

m/s数量级；而

现代，人们需要用高速的微观粒子轰击另一微

观粒子来进行科学研究，其速度的数量级达到

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m/s，那是怎样加速的呢？

一、静电力做功的特点：一个质量为m的物体在地面某位置所受的重力是一定的，不管它怎样运动，其所受重力的大小都等于mg，方向竖直向下（图10.1-1甲）；一个带正电的电荷量为q的试探电荷在匀强电场中某位置所受的静电力也是一定的，不管它怎样运动，其所受静电力的大小都等于qE，方向跟电场强度E的方向相同（图10.1-1乙）。

重力做功具有跟路径无关的特点，静电力做功是否也具有这一特点？

保守力把试探电荷q沿两条不同路径从A点移动到B点，计算这两种情况下静电力对电荷所做的功

不论q经由什么路径从A点移动到B点，静电

力所做的功都是一样的

这个结论虽然是从匀强电场中推导出来的，但

是可以证明对非匀强电场也是适用的

静电力做功与路径无关，只与始末位置有关沿闭合路径电场力做功为零二、电势能：1、电势能：功和能量的变化密切相关。例如，重力做功等于重力势能的减少量。节前“问题”中电荷所减少的能量，必定跟静电力做的功相关。静电力做功具有跟重力做功一样的特点，即静电力做功的多少与路径无关，只与电荷在电场中的始、末位置有关。电荷在电场中具有势能，我们称这种形式的能为电势能（electricpotentialenergy），用Ep表示

2、电势能是标量3、零电势能的确定：无穷远

大地4、电势能变化的量度——电场力做功静电力做正功，电势能减少负增加电荷在某点的电势能，等于把它从这点移动到零势能位置时静电力所做的功例：证明正试探电荷在正点电荷形成的电场中具有正的电势能+①正试探电荷在正点电荷形成的电场中具有正的电势能②负试探电荷在正点电荷形成的电场中具有负的电势能③正试探电荷在负点电荷形成的电场中具有负的电势能④负试探电荷在负点电荷形成的电场中具有正的电势能三、电势（electricpotential）

1、定义：电场中某一点的电荷具有的电势能和检验电荷所带电量的比值为该点的电势2、单位：伏特V带着正负号计算3、电势是标量0电势——大地或无穷远4、沿电场线方向电势降低把正电荷从A挪到B电场力做正功，电势能减小，ψ=EP/q减小把负电荷从A挪到B电场力做负功，电势能增大，ψ=EP/－q减小第二节、电势差1、两点之间电势的差值叫作电势差（electricpotentialdifference），电势差也叫作电压（voltage）电势差与零电势点无关一、电势差2、电势差和电场力做功的关系：WAB=UABq电场力做功与路径无关，只取决于电荷量和始末位置的电势差推导：二、等势面电场中电势相同的各点构成的面叫作等势面（equipotentialsurface）特点：（1）沿等势面移动电荷，电场力不做功（2）任意两个等势面不相交（3）等势面和电场线处处正交（5）等势面密集处场强大；等势面稀疏处场强小在地图中，常用等高线来表示地势的高低

（4）沿电场线方向电势降低且降低得最快三、典型电场的等势面1、匀强电场2、点电荷:3、等量同种电荷4、等量异种电荷讨论：十字区域的特性a向b移动，E______，φ______c向d移动，E______，φ______第三节电场强度和电势的关系一、在匀强电场中d是这两点沿电场线方向的距离场强的另一个单位：V/m写出WAB的两个表达式：=UABq=FLcosθ=EqLcosθ=Eqd电场强度在数值上等于沿电场方向单位距离上降低的电势二、几何关系：（1）电场线总是垂直于等势面（2）沿电场线方向电势降低且降低得最快A、B（B板接地）两个水平放置的平行金属板带等量异种电荷，间距d＝15cm，在离A板5cm的地方放一个带负电的质点P，质量m＝3kg，电量为0.1C，正好能在该处保持静止，求①AB之间的电压U＝？②质点P所在之处的电势＝？③质点P在该处所具有的电势能Ep

第四节电容器的电容2、电容器的充放电：充电的过程，两极板的电荷量增加，极板间的电场强度增大，电源的能量不断储存在电容器中；放电的过程中，电容器把储存的能量通过电流做功转化为电路中其他形式的能量一、电容器任何两个彼此绝缘又相距很近的导体1、 平行板电容器在两个相距很近的平行金属板中间夹上一层绝缘物质——电介质（空气也是一种电介质），就组成一个最简单的电容器，叫作平行板电容器

二、电容（capacitance）电容器所带的电荷量Q与电容器两极板之间的电势差U之比，叫作电容器的电容。用C表示1、定义式2、单位：法拉F常用单位μF,pF说明：电容是电容器本身的性质，与Q,U无关＋Q－Q带电荷量Q＝单个极板电荷量的绝对值3、决定平行板电容的因素实验：板间距离d正对面积S相对介电常数εr4、常用电容器专题：电容器动态判断变化依据：（1）当两极板充电完毕与电源断开，Q不变（2）当两极板与电源相连，U不变例：一直闭合电键K，把B板略下移，求：C，Q，U，E，ψP的变化情况例：充电完毕后断开电键K，把B板下移，求：C，Q，U，E，以及电子e在该点电势能EP的变化情况第五节带电粒子在电场中的运动不计重力：带电粒子，质子（氢核），氘核，氚核，电子，氦核（α粒子）计重力：带电液滴，带电质点，带电小球，带电物体（计重力的必然会出现水平，竖直的字眼）一、加速电场m,+qUv0vt+-分析带电粒子加速的问题，常常有两种思路：一种是

利用牛顿第二定律结合匀变速直线运动公式来分析；另一种是利用静电力做功结合动能定理来分析

二、偏转电场V0m，+q+-yVtV0Vy侧移量偏转角ψ垂直电场线方向：匀速直线运动沿电场线方向：初速为零的匀加速直线（1）若飞出电场：（2）若未飞出电场：（3）推论：末速度的反向延长线，交初速度的延长线于水平位移中点加速度电场中的运动时间偏移量偏转角V0m，+q+-yVtV0Vy板长L，板间距d，两板电压U，离下板d/ψX：匀速直线运动Y：初速为零的匀加速直线加速电场m,+qUv0vt+-偏转电场xy（1）能离开电场（2）若不能能离开电场V0m，+q+-yVtV0Vy一个有用的推论：末速度的反向延长线，交初速度的延长线于水平位移中点三、一般电场[例]ABC是三条电场线，有一个带负电的粒子，在电场中只受电场力运动的轨迹如MN[例]若ABC是三条等势线？示波器的原理和使用示波器是一种多用途的现代测量工具，它可直接观察电信号的波形，也能测定电压信号的幅度、周期和频率等参数。双踪示波器不仅能独立观察两种信号的波形，以便对它们进行对比、分析和研究，还能测量两个信号之间的时间差和相位差。一切可以转化为电压的其他电学量（如电流、电功率、阻抗、位相等）和非电学量（如温度、位移、压强、磁场、频率等）都可以用示波器来进行观测。用示波器研究物理现象与规律已经形成一种物理实验方法——示波法。示波器的使用1、各部件的作用2、如何调出