【物理】电势能和电势课件 2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

第十章静电场中的能量10.1电势能和电势一个质量为m的物体在地面某位置的重力mg是一定的，与运动状态无关；一个带电量为q的正电荷在匀强电场中某位置的电场力Eq也是一定的，与运动状态也无关。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？一、静电力做功的特点W甲=F·|AB|cosθ=qE·|AM|把正电荷沿不同路径从A点移到B电场力做功沿甲路径电场力做功:沿乙路径电场力做功:沿丙路径电场力做功:W乙=qE·|AM|W丙=qE·|AM|BAө甲M乙丙FE

在匀强电场中移动电荷时，静电力所做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，与电荷经过的路径无关。q+非匀强电场也成立二、电势能1.概念：电荷在电场中具有与其位置有关的能量叫电势能，用EP表示。如果用WAB表示电荷由A点运动到B点静电力所做的功，EpA和EpB分别表示电荷在A点和B点的电势能，它们之间的关系为：WAB=EpA-EpB类比重力势能，电荷在电场中也具有能量。EAB2.电场力做功与电势能关系电场力做正功，WAB>0，EpA>EpB，电势能减少电场力做负功，WAB<0，EpA<EpB，电势能增加若规定电荷在B点的EpB=0，则WAB=EpA，即：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。3.电势能的特点：①系统性：电势能为电荷和电场组成的系统所共有的。②相对性：静电力做的功只能决定电势能的变化量，而不能决定电荷在电场中某点电势能的数值。只有先把电场中某点的电势能规定为0，才能确定电荷在电场中其他点的电势能。通常把无限远处或大地表面的电势能规定为0。③电势能是标量。

匀强电场中任取两点A、B，规定电荷在B点的电势能为0，电荷q在A点的电势能为EpA，从A点移到B点时电场力做功WAB=EPA。+常量与EP及q无关，即与试验电荷无关，反映电场本身的某种性质；电荷量q2qnqA到B电场力做功WABA点电势能EPA2WABnWAB2EPAnEPA1、定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量之比。2、公式：

3、单位：伏特(V)1V=1J/C4、标量：正负代表电势高低5、相对性：确定电势，应先规定电场中某处的电势为零。（通常规定无穷远处或大地电势为0）6、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三、电势如何比较电势的高低？ABE电荷由A点运动的B点正电荷负电荷电场力做功电势能变化电势变化降低降低正功负功减少增加电势高低判断方法（1）沿电场线(场强)方向电势逐渐降低。即电场线指向电势降低的方向。（2）场源电荷判断法：离场源正电荷越近，电势越高，离场源负电荷越近，电势越低.若以无穷远处电势为零，正点电荷周围各处的电势都为正，负点电荷周围各处的电势都为负。（3）电势能判断法：正电荷在高电势处电势能较大；负电荷在低电势处电势能较大.电势

电场强度E定义式物理意义决定因素矢/标量说明电势与电场强度的比较反映电场能的性质反映电场力的性质由电场本身性质决定，与检验电荷无关，某点电势的大小与参考点的选取有关由电场本身性质决定，与检验电荷无关标量矢量（1）沿着电场强度的方向，电势降低得最快（2）二者大小之间无直接关系，φ为零的点，E不一定为零；φ高的地方，E不一定大；E为零的点，φ不一定为零；E大的点，φ不一定高。1、定义：电场中两点间电势的差值叫电势差，也叫电压。用U表示。2、公式：设电场中A点的电势为φA，B点的电势为φB，则AB之间的电势差表示为：UAB=φA-φB，则BA之间的电势差表示为：UBA=φB-φA说明：(1)由电场本身决定；与零电势位置的选取无关；(2)先后顺序不能乱；(3)标量，正负表示A.B两点电势的高低。(4)UAC=UAB+UBC一、电势差UAB=-UBA

电荷q从电场中A点移到B点：比值定义法说明：电场力做功、电荷量、电势差都有正负之分。利用该式计算时，正负号参与运算。二、静电力做功与电势差的关系AB静电力做的功:静电力做功方法：四种求法表达式注意问题功的定义W＝qEd(1)适用于匀强电场(2)d表示沿电场线方向的距离功能关系WAB＝EpA－EpB＝－ΔEp(1)既适用于匀强电场，也适用于非匀强电场(2)既适用于只受电场力的情况，也适用于受多种力的情况电势差法WAB＝qUAB动能定理W静电力＋W其他力＝ΔEk在地图中，常用等高线来表示地势的高低三、等势面在电场的图示中常用等势面来表示电势的高低1.定义：电场中电势相同的各点构成的面叫做等势面。2.特点：（假想的面）1、同一等势面上移动电荷，电场力做功为0。2、电场线和等势面垂直，并由电势高的等势面指向电势低的等势面。3、任何两个等势面都不相交。4、等差等势面，等势面疏密表示场强小大。5、处于静电平衡状态的导体是一个等势体，其表面为一个等势面。常见等势面正电荷各点电势均为正负电荷各点电势均为负垂直于电场线的一簇等间距平面形状不规则的带电导体附近的电场线及等势面等量异种电荷连线上从正到负电势降低。中垂线所在平面是一个等势面，电势为0；以中垂线为分界线，靠近正电荷一侧各点电势为正；靠近负电荷一侧各点电势为负。等量正电荷（负电荷）连线上电势最低（高），向两侧升高（降低）中垂线上中点的电势最高（低），从中点到两侧无穷远处，电势逐渐降低（升高）。【典例3】关于静电场的等势面，下列说法正确的是(

)A．两个电势不同的等势面可能相交B．电场线与等势面处处相互垂直C．同一等势面上各点电场强度一定相等D．将一负的试探电荷从电势较高的等势面移至电势较低的等势面，电场力做正功B解析：B[两个电势不同的等势面一定不相交，若相交则同一点出现不同的电势，选项A错误；电荷在同一等势面上移动时电场力不做功，所以电场线与等势面是处处相互垂直的，选项B正确；同一等势面上电势相等，电场强度是矢量，有大小和方向，各点电场强度可能相等，也可能不相等，选项C错误；将一负的试探电荷从电势较高的等势面移至电势较低的等势面，电势能增大，电场力做负功，选项D错误。电势差与路径无关关系图

？电场力电场强度电势电势能电场力的功如果只画出带电体空间分布的电场线和等势面的剖面图，等势面就成了等势线。图中每相邻两条等势线之间的电势差是相等的。电场线密的地方等势线也密，电场线稀疏的地方等势线也稀疏。这是为什么呢？问题一.若沿场强方向移动电荷从力的角度：Ｗ=Fd=qEd

①从能的角度：Ｗ=qUAB

②由①

②

两式得:

UAB=Ed

静电力做功问题二、不沿场强方向移动电荷Ｗ=Flcosθ=qEd

①Ｗ=qUAB

②由①

②

两式得:

UAB=Ed

匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点沿电场方向的距离的乘积。①只适用于匀强电场；②d--沿场强方向上的距离电场强度与电势差的关系1.定义：在匀强电场中电场强度大小等于两点间电势差与两点沿电场强度方向的距离之比。2.单位：伏每米（V/m）1V/m=1N/C或3.在匀强电场中，场强在数值上等于沿场强方向单位距离降低的电势。

5.等差等势面U相等，E越大，d越小；越密集4.在匀强电场中,沿电场方向电势降落的最快关于场强的三个表达式的比较区别公式物理含义适用范围说明定义式一切电场q为试探电荷的电荷量点电荷场强的决定式在真空中，静止点电荷Q为场源电荷的电荷量匀强电场中的决定式匀强电场d为沿电场方向的距离2.在匀强电场中，两条平行线段上相