4电势能和电势.ppt

1、4.电势能和电势,问题引入,当带电体靠近悬挂小球时，小球受到电场力而偏离竖直方向一定角度，小球的重力势能有何变化？是什么力做功的结果？在这一过程中是什么能量转化为了小球的重力势能呢？,一、静电力做功的特点,W=qEAB cos =qEAM,问题1：正电荷q在电场强度为E的匀强电场中沿直线路径由A运动到B的过程中电场力做功吗？做了多少功？,F,问题2：正电荷q在电场强度为E的匀强电场中沿折线路径AMB由A运动到B电场力做功吗？做了多少功？,F,(1)从A到M电场力做功W=qEAM,(2)从M到B电场力不做功,因此从A到B电场力做功W=qEAM,问题3：正电荷q在电场强度为E的匀强电场中沿曲线路径

2、AB由A运动到B电场力做功吗？做了多少功？,F,从A到B电场力做功W=qEAM,在匀强电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷经过的路径无关，但与电荷的起始位置和终止位置有关。,(对于非匀强电场也适用),我们以前学习的哪个力也有这样的做功特点？,结论：,思考：,(1)如果将一个电荷在电场中沿一闭合路径运动一周，电场力做功是多少？,(2)将+q由沿如图所示的曲线路径从A移到B的过程电场力对电荷做功多少？,d,L,W=qEd,技巧：在匀强电场中计算电场力做功，可以利用电场力做功的特点，不用考虑具体路径，只要用电场力乘以沿电场方向移动的距离即可。,（3）做功的过程是一个能量转化的过程，那么电场力做功的过

3、程是什么能转化为什么能呢？,重力做功与电场力做功有相似的特点，那么对应的功能关系也应该是相似的！我们就可以用类比法研究电荷具有的能量。,1.因为重力做功与路径无关，只与初末位置有关，据此我们定义了在重力场中与物体的位置相关的能量重力势能,1.因为电场力做功与路径无关，只与初末位置有关，据此我们可以定义在电场场中与电荷的位置相关的能量电势能,二、电势能,概 念,2. （1）重力做正功时，重力势能减小； （2）重力做负功时，重力势能增大；,功与能之间的关系,2. （1）电场力做正功时，电势能减小； （2）电场力做负功时，电势能增大；,3. 重力做功与重力势能的变化量之间的关系：,3. 电场力做功与

4、电势能的变化量之间的关系：,4.先选择一个零势能参考面，当物体在参考面处时其重力势能为零，物体在其他位置的重力势能在数值上等于把物体从该位置移动到参考面时，重力做的功。,由W=-EP=EP初-EP末，如何确定势能的值？（相对性）,4.先选择一个零势能参考面，当电荷在参考面处时其电势能为零，物体在其他位置的电势能在数值上等于把电荷从该位置移动到参考面时，电场力做的功。,零势面的选择是任意的，但在电场中通常选择无穷远或大地表面为参考面。,势能的系统性,5.重力势能是物体和地球所共有的,5、电势能是电荷和电场所共有的,在一般的表述中，我们略去了地球或电场，而说重力势能是物体的，电势能是电荷的。这是不

5、确切的说法。,势能的标量性,6.重力势能是标量，但有正负,6、电势能是标量，但有正负,势能的符号表示势能的大小：正的势能零势能负的势能,重力场与电场的差异性,向下移动物体，重力做正功，重力势能减小。 向上移动物体，重力做负功，重力势能增大；,思考： 顺电场线移动电荷，电荷的电势能一定减小吗？ 逆电场线移动电荷，电荷的电势能一定增大吗？,负电荷 顺电场线移动，电场力做负功，电势能增大； 逆电场线移动，电场力做正功，电势能减小,正电荷 顺电场线移动，电场力做正功，电势能减小； 逆电场线移动，电场力做负功，电势能增大,1.在场中具有能量,物体在重力场中具有重力势能,电荷在电场中具有电势能,2.场力做

6、功与势能变化,（1）重力做正功，重力势能减小； （2）重力做负功，重力势能增大；,（1）电场力做正功，电势能减小； （2）电场力做负功，电势能增大；,3.功是能量转化的量度,4.势能具有相对性,重力势能有相对性，值与零势面选择有关,电势能有相对性，值与零势面选择有关,5.势能的系统性,重力势能属于地球和物体组成的系统共有,电势能属于电荷和电场组成的系统共有,通常把电荷在距离场源电荷无穷远处或在大地处表面上的电势能规定为0,【练习】有一电荷量为q=-310-6的点电荷，从电场中的A点移动到B点时，克服静电力做功610-4J,从B点移动到C点时静电力做功910-4J。问： （1）以B点为零势能点，

7、电荷在A点时的电势能为EPA1多少？ （2）如选取C点的电势能为0，则电荷在A点的电势能EPA2又是多少？,【分析】（1）EPA1=WAB=- 610-4J,（2）EPA2=WAC=WAB+WBC =-610-4J+ 910-4J =+310-4J,势能具有相对性，取不同的点为零势能参考点，同一电荷在电场中同一点的电势能的值不同。,【思考】 根据电荷在电场中受到电场力的性质我们引入了场强E来描述电场。 根据电荷在电场中具有的电势能的性质我们应该用什么物理量来描述电场呢？能否用“电势能”呢？,不能！因为检验电荷在电场中的电势能不但与电场有关，还与检验电荷本身有关。,【思考1】一个电荷量为+q的点

8、电荷在一个场强为E的匀强电场中的A点具有多大的电势能呢？取O点为零势能参考点.,F,L,【分析】EPA=WAO=qELcos,【思考2】考查计算结果，如何剥离掉电势能对检验电荷的依赖关系，定义一个与检验电荷无关的量来描述电场？,三. 电势,1.定义：检验电荷在电场中某点的电势能与其电量的比值叫做该点的电势。,3.说明：这又是一个利用比值定义法的定义的物理量，电势是用来描述电场的能的性质的物理量，它取决于电场本身而与检验电荷无关！,4.单位：伏特（V）（1V=1J/C）,【思考】在场强E=50N/C的匀强电场中，取O点为参考点，A到O的距离为L=0.2m， （1）将一电荷q=+210-8C的电荷

9、置于A点，其电势能多大？A点的电势多大？ （2）将一电荷q=-210-8C的电荷置于A点，其电势能多大？A点的电势多大？,对电势的认识：,【思考】（1）请你画出同一电荷在电场中不同点的电势能EP随电势的变化关系图像。（2）若是负电荷又如何？,3.电势能与电势的关系： （1）正电荷：电势能对电势的升高而增大； （2）负电荷：电势能对电势的升高而减小。(P19.2),1. 电势是标量，但有正负，具有相对性。正值表示该点电势高于零电势；负值表示该点电势低于零电势。,【思考】 （1）顺电场线方向移动正电荷，电势能怎样变化？电势怎样变化？ （2）逆电场线方向移动负电荷，电势能怎样变化？电势怎样变化？,【

10、结论】 （1）正电荷：顺电场线移动电场力做正功 电势能减小电势降低,（2）负电荷：顺电场线移动电场力做负功 电势能增大电势降低,5. 常见电场中电势的分析：取无穷远电势为0,（一）点电荷,【思考】 点电荷电场中各点电势的符号（P20.5）,【特点】 （1）正电荷：各点电势均为正值 （2）负电荷：各点电势均为负值,4. 判断电势高低的方法：沿着电场线方向电势逐渐降低。（20页练习3，5）,（二）等量异号电荷,【思考】 在等量异号电荷中垂线上移动电荷，电场力的做功情况？电势能怎样变化？电势怎样变化？,【分析】 在在等量异号电荷中垂线上移动电荷，电场力不做功，电势能不变化，电势不变化。,【特点】 中

11、垂线所在平面是一个零势面，各点电势均为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。,（三）等量同号电荷,【思考】 在两等量正电荷中垂线上移动正电荷，电场力的做功情况？电势能怎样变化？电势怎样变化？,【分析】从中点向两侧无穷远处，电场力做正功，电势能减小，电势逐渐降低，中点电势最高。,【特点】 等量正电荷（负电荷）连线的中垂线上中点O的电势最高（低），从中点O到两侧无穷远处，电势逐渐降低（升高）。,E,E,若是等量负电荷呢？,四.等势面,1.【定义】 电场中电势相等的点构成的面叫做等势面。这是电场中继电场线后引入的又一种形象化描述电场的工具。,【思考】 在等势

12、面上移动电荷，电场力做功情况如何？电场力与等势面之间有什么关系？等势面与电场线之间有何位置关系？,2.【特点】 （1）在同一等势面上移动电荷，电场力不做功。 （2）电场线跟等势面垂直，并且有电势高的等势面指向电势低的等势面。,动画：地理等高线,3.【常见电场的等势面】,（一）点电荷,【特点】以点电荷为中心的同心球面,动画：立体图,（二）等量电荷（无箭头）,【特点】（1）两簇对称曲面 （2）等量异种电荷的中垂线就是一个等势面，且为平面，且为零势面。,（三）匀强电场,【特点】匀强电场的等势面是一组相互平行的平行平面,（四）不规则带电体（无箭头）,3.【等势面与电场线对比总结】,（2）等势面通常画成等差等势面，在等差等势面中，等势面越密集的地方场强越大！,（2）等势面是虚拟的，实际不存在。,（1）等势面在空间不相交,（1）电场线在空间不相交,（2）电场线是虚拟的，实际不存在。,相同点,联系,不同点,等势面不一定闭合。,电场线一定不闭合,（1）电场线与等势面垂直，由高等势面指向低等势面,【思考】判断以下说法是否正确 A.电场强度为0的地方，电势也一定为0 B.电势为0的地