《1.4电势能和电势》.ppt

学习目标1、通过重力做功与重力势能变化的关系理解静电力做功与电势能变化的关系。2、通过阅读课本理解电势能、电势的概念，能根据电场线判断电势高低变化。3、知道什么是等势面及等势面的特点。一个试探电荷在电场中某点由静止释放一个试探电荷在电场中某点由静止释放,将如何运动将如何运动?E 在电场力作用下电荷做加速运动在电场力作用下电荷做加速运动,一段时间后获一段时间后获得一定的得一定的速度速度,试探电荷的试探电荷的动能动能增加增加.+F什么能转换为动能的呢什么能转换为动能的呢BMAFq q W甲甲=F|AB|cos=qE|AM|把正电荷沿不同路径从把正电荷沿不同路径从A A点移到点移到B B电场力做功？电场力做功？+甲甲乙乙丙丙沿甲路径电场力做功沿甲路径电场力做功:沿乙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沿丙路径电场力做功:W乙乙=qE|AM|W丙丙=qE|AM|沿任意路径电场力做功沿任意路径电场力做功:W任意任意=qE|AM|静电力做功静电力做功与路径无关与路径无关,由由初末位置初末位置来决定来决定.做功的过程是一个能量转做功的过程是一个能量转化的过程。化的过程。重力做功的过程是重力重力做功的过程是重力势能转化为动能的过程势能转化为动能的过程.那么电场力做功的过程那么电场力做功的过程是什么能转化为什么能是什么能转化为什么能呢？呢？与重力做功情况相似。与重力做功情况相似。ABE+vABE+v电荷在电场中也具有势能，这种势能叫电荷在电场中也具有势能，这种势能叫电势能电势能。电势能符号：电势能符号：E Ep 正电荷从正电荷从A A点移到点移到B B点时点时,静电力做正功静电力做正功,电荷电荷的电势能减少的电势能减少.正电荷从正电荷从B B点移到点移到A A点时点时,静电力做负功静电力做负功,电荷电荷的电势能增加的电势能增加.电场力对电荷做电场力对电荷做正功正功，电荷的电势能，电荷的电势能减小减小电场力对电荷做电场力对电荷做负功负功，电荷的电势能，电荷的电势能增大增大电场力做的功等于电势能的电场力做的功等于电势能的减少量减少量如图如图,在场强在场强E=10E=103 3N/CN/C的匀强电场中的匀强电场中,点电荷点电荷q=+1cq=+1c从从A A移动到移动到B,ABB,AB相距相距L=1m,L=1m,电场力做功为多少电场力做功为多少?电势能如何电势能如何变化变化?电势能减少电势能减少EqFAB+电荷在电荷在B B点具有的电势能多大？点具有的电势能多大？WAB=EPAEPB=103J设设A A点的电势能点的电势能电荷在电荷在B B点具有的电势能多大？点具有的电势能多大？通常把电荷在离场源电荷通常把电荷在离场源电荷无限远处无限远处的电势能的电势能规定为规定为零零，或把电荷在，或把电荷在大地表面大地表面上电势能规定为上电势能规定为零零。电荷在某点的电势能，等于静电力把它从电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该处移动到零势能位置所做的功。该处移动到零势能位置所做的功。WA0=EPA-EP0 EPA=WA0电势能为电势能为负负表示电荷在该处的电势能比选取的表示电荷在该处的电势能比选取的势能零点的电势能还要小势能零点的电势能还要小.2 2、电势能是电荷和电场所共有的，具有、电势能是电荷和电场所共有的，具有系统性系统性1 1、电势能是、电势能是相对相对的，与零电势能面有关的，与零电势能面有关3 3、电势能是、电势能是标量，标量，重力势能和电势能类比重力势能和电势能类比 重力场中，重力：地球和重力场中，重力：地球和物体之间存在的吸引力物体之间存在的吸引力电场中，电场力：电荷之电场中，电场力：电荷之间的作用力间的作用力有重力就有重力势能有重力就有重力势能Ep=mgh有电场力就有相应的能，有电场力就有相应的能，叫电势能叫电势能EPEp由物体和地面间的相对由物体和地面间的相对位置决定位置决定EP由电荷间的相对位置决定由电荷间的相对位置决定电场力做正功，电势能就减少电场力做正功，电势能就减少电场力做负功，电势能就增加电场力做负功，电势能就增加电场力作功，电势能改变电场力作功，电势能改变重力做功，重力势能改变重力做功，重力势能改变重力做正功，重力势能就减少重力做正功，重力势能就减少重力做负功，重力势能就增加重力做负功，重力势能就增加WW重重 =E=EP P初初-E-EP P末末WW电电 =E=EP P初初-E-EP P末末尽管重力做功与电场力做功很相似，但还是存尽管重力做功与电场力做功很相似，但还是存在很大差异在很大差异正电荷顺电场线移动，正电荷顺电场线移动，电场力做正功，电势能减少电场力做正功，电势能减少 负电荷顺电场线移动，负电荷顺电场线移动，电场力做负功，电势能增加电场力做负功，电势能增加 正电荷逆电场线移动，正电荷逆电场线移动，电场力做负功，电势能增加电场力做负功，电势能增加 负电荷逆电场线移动，负电荷逆电场线移动，电场力做正功，电势能减少电场力做正功，电势能减少存在两种电荷存在两种电荷存在两种电荷存在两种电荷AB+AB例例1右图中右图中MN为电场中某一条电场线方为电场中某一条电场线方向向右，在线取两点向向右，在线取两点a、b 今将一电荷今将一电荷q从从a移到移到b则则（）A.电场力做正功，电场力做正功，q的电势能增加；的电势能增加；B.电场力做负功，电场力做负功，q的电势能增加；的电势能增加；C.电场力做正功，电场力做正功，q的电势能减少；的电势能减少；D.电场力做负功，电场力做负功，q的电势能减少。的电势能减少。C C 例例2：A和和B为电场中某条电场线上的点，为电场中某条电场线上的点，如图：将如图：将q=410-9的正电荷从的正电荷从A点移到点移到B点点需克服电场力做功需克服电场力做功5 10-7J，则，则 电场方向由电场方向由AB还是还是BA？电荷在哪点时电势能大？大多少？电荷在哪点时电势能大？大多少？AB1 1、下列说法中正确的是（、下列说法中正确的是（）A.A.当两正点电荷相互靠近时，它们的电势能增大当两正点电荷相互靠近时，它们的电势能增大B.B.当两负点电荷相互靠近时，它们的电势能增大当两负点电荷相互靠近时，它们的电势能增大C.C.一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它们的一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它们的电势能减小电势能减小D.D.一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它们的一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它们的电势能增大。电势能增大。ABCABC2 2、一个电荷只在电场力作用下从电场中的、一个电荷只在电场力作用下从电场中的A A点移到点移到B B点时，点时，电场力做了电场力做了5 510106 6J J的功，那么的功，那么 ()()A A电荷在电荷在B B处时将具有处时将具有5 510106 6J J 的电势能的电势能B B电荷在电荷在B B处将具有处将具有5 510106 6J J 的动能的动能C C电荷的电势能减少了电荷的电势能减少了5 510106 6J J D D电荷的动能增加了电荷的动能增加了5 510106 6J J CDCD3 3、将带电量为、将带电量为6 61010-6-6C C的负电荷从电场中的的负电荷从电场中的A A点移到点移到B B点，点，克服电场力做了克服电场力做了3 31010-5-5J J的功，再从的功，再从B B移到移到C C，电场力做了，电场力做了1.21.21010-5-5J J的功，则的功，则（1 1）电荷从）电荷从A A移到移到B B，再从，再从B B移到移到C C的过程中电势能共改变了的过程中电势能共改变了多少？多少？（2 2）如果规定）如果规定A A点的电势能为零，则该电荷在点的电势能为零，则该电荷在B B点和点和C C点的电点的电势能分别为多少？势能分别为多少？（3 3）如果规定）如果规定B B点的电势能为零，则该电荷在点的电势能为零，则该电荷在A A点和点和C C点的电点的电势能分别为多少？势能分别为多少？增加了增加了1.810-5J.EPC=1.810-5 J EPC=-1.210-5 JEPB=310-5 J EPA=-310-5 J 1 1、定义：、定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值，叫做这一点的的比值，叫做这一点的电势电势。2 2、定义式：、定义式：（E EP P及及q q含符号）含符号）电势能电势能重力势能重力势能电势电势高度高度 g3 3、单位：、单位：伏特伏特伏特伏特，符号为，符号为V V V V 4 4、电势只有大小，没有方向，是、电势只有大小，没有方向，是标量标量5 5、电势具有相对性、电势具有相对性电势是相对于零势能参考点的，电势是相对于零势能参考点的，一般选取无穷远电势为一般选取无穷远电势为0 0，实际应用中常取大地电势为，实际应用中常取大地电势为0 0沿电场线沿电场线 (场强场强)方向电势方向电势越来越低越来越低 即电场线指向电势降低的方向即电场线指向电势降低的方向如何比较电势的高低？如何比较电势的高低？ABE电荷由电荷由A点运动的点运动的B点点正电荷正电荷负电荷负电荷电场力电场力做功做功正功正功负功负功电势能电势能变化变化减少减少增加增加电势电势变化变化减少减少减少减少1 1、如果把、如果把q=1.0q=1.01010-8-8C C的电荷从无穷远处移至电场中的电荷从无穷远处移至电场中的的A A点，需克服电场力做功点，需克服电场力做功W=1.2W=1.21010-4-4J.J.那么那么 q q在在A A点的电势能和在点的电势能和在A A点的电势各是多少？点的电势各是多少？q q未移入电场前未移入电场前A A点的电势是多少点的电势是多少？2 2、如图所示，电场中有、如图所示，电场中有A A、B B两点，则下列说法中正确两点，则下列说法中正确的是（的是（）A A、电势、电势A A B B 场强场强E EA AEEB BB B、电势、电势A A B B 场强场强E EA AEEEpBpBA AB BE EBC1 1、定义：、定义：电场中电势相同的各点构成的面，叫做电场中电势相同的各点构成的面，叫做等势面等势面。与与等高线等高线类比类比（1 1）在同一等势面上的任意两点间移动电荷，电场力不做功）在同一等势面上的任意两点间移动电荷，电场力不做功（2 2）电场线跟等势面垂直，且由电势较高的等势面指向电势）电场线跟等势面垂直，且由电势较高的等势面指向电势较低的等势面较低的等势面 （3 3）等势面密处场强大、电场线密，等势面疏处场强小、电）等势面密处场强大、电场线密，等势面疏处场强小、电场线疏场线疏 （4 4）不同等势面在空间不相交、不相切）不同等势面在空间不相交、不相切2 2、等势面的特点：、等势面的特点：等量异号点电荷连线上和中垂等量异号点电荷连线上和中垂面上电势的变化规律：面上电势的变化规律：连线上，从正电荷到负电荷连线上，从正电荷到负电荷电势逐渐降低电势逐渐降低中垂面是一个等势面，沿中中垂面是一个等势面，沿中垂面移动电荷时电场力不垂面移动电荷时电场力不做功做功若取无限处电势为零，则中若取无限处电势为零，则中垂面上各点的电势都为零，垂面上各点的电势都为零，整个中垂面是零等势面整个中垂面是零等势面等量同种点电荷连线上和中垂面等量同种点电荷连线上和中垂面上电势的变化规律上电势的变化规律连线上：中点处场强最小为零，连线上：中点处场强最小为零，电势最低电势最低中垂面上：中点处场强为零，中垂面上：中点处场强为零，电势最高，从中点沿中垂面向电势最高，从中点沿中垂面向两侧移动，场强由零先增大后两侧移动，场强由零先增大后减小到零，电势始终降低。减小到零，电势始终降低。在连线上和中垂面上：关于中在连线上和中垂面上：关于中点对称的点点对称的点 电势相等电势相等回答下列问题回答下列问题:(:(请请举例抢答举例抢答)1)1)场强为零的地方场强为零的地方,电势是否一定为零电势是否一定为零?2)2)电势为零的地方电势为零的地方,场强是否一定为零场强是否一定为零?3)3)场强大的地方，电势一定高？场强大的地方，电势一定高？4)4)电势高的地方，场强一定大？电势高的地方，场强一定大？5)5)场强大小相等的地方场强大小相等的地方,电势是否一定相等电势是否一定相等?6)6)等势面上的各点的场强大小是否一定相等等势面上的各点的场强大小是否一定相等?等势面越密集的地方，等势面越密集的地方，电场强度越大。电场强度越大。本节我们学会了什么？本节我们学会了什么？认识了电势能和电势、等势面认识了电势能和电势、等势面学会了电势能和电势的计算学会了电势能和电势的计算清楚了电势能和电势的相对性清楚了电势能和电势的相对性知道了电场性质另一描述知道了电场性质另一描述1 1、关于等势面，正确的说法是（、关于等势面，正确的说法是（）A A电荷在等势面上移动时不受电场力作用，所以不做电荷在等势面上移动时不受电场力作用，所以不做功功B B等势面上各点的场强大小相等等势面上各点的场强大小相等C C等势面一定跟电场线垂直等势面一定跟电场线垂直D D两等势面不能相交两等势面不能相交CDCD2 2、孤立点电荷电场中的一簇等势面如图所示中虚线所、孤立点电荷电场中的一簇等势面如图所示中虚线所示，其电势分别为示，其电势分别为1 1、2 2、3 3，A A、B B、C C是某电场线是某电场线与这簇等势面的交点，且与这簇等势面的交点，且ab=ac.ab=ac.现将一负电荷由现将一负电荷由a a移到移到b b，电场力做正功，电场力做正功W W1 1；再由；再由b b移至移至C C，电场力做正功，电场力做正功W W2 2,则（则（）A.WA.W1 1=W=W2 2，1 12 23 3B.WB.W1 1=W=W2 2，1 12 23 3C.WC.W1 1W W2 2，1 12 23 3D.WD.W1 1W W2 2，1 12 23 3C C1 12 23 33 3、如图所示、如图所示,在等量正点电荷形成的电场中在等量正点电荷形成的电场中,它们它们连线的中垂面连线的中垂面abab上上,有一电子有一电子,从静止开始由从静止开始由a a运动到运动到b b的过程中的过程中(a(a、b b相对相对O O对称对称),),下列说法正确的是下列说法正确的是()A.A.电子的电势能始终增多电子的电势能始终增多B.B.电子的电势能始终减少电子的电势能始终减少C.C.电子的电势能先减少后增加电子的电势能先减少后增加D.D.电子的电势能先增加后减少电子的电势能先增加后减少COab+-4 4、如图所示，点电荷的静电场中电场线用实线表示，但其方、如图所示，点电荷的静电场中电场线用实线表示，但其方向未标明，虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹。向未标明，虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹。a a、b b是轨迹上的两点。若带电粒子在运动中只受到电场力作用，是轨迹上的两点。若带电粒子在运动中只受到电场力作用，根据此图可作出正确判断的是根据此图可作出正确判断的是()()A.A.带电粒子所带电荷的性质带电粒子所带电荷的性质B.B.带电粒子在带电粒子在a a、b b两点的受力方向两点的受力方向C.C.带电粒子在带电粒子在a a、b b两点的速度何处较大两点的速度何处较大D.D.带电粒子在带电粒子在a a、b b两点的电势能何处较大两点的电势能何处较大BCDab5 5：如图所示，实线是某一电场中的电场线，一带电粒子在电场：如图所示，实线是某一电场中的电场线，一带电粒子在电场中运动的径迹如图中虚线所示，若不考虑其它力，则下列判断中中运动的径迹如图中虚线所示，若不考虑其它力，则下列判断中正确的是：正确的是：A A、粒子一定是从、粒子一定是从A A运动到运动到B BB B、粒子一定是带负电、粒子一定是带负电C C、粒子受力方向一定沿电场线向左、粒子受力方向一定沿电场线向左DD、粒子在、粒子在A A点速度一定大于在点速度一定大于在B B点的速度点的速度E E、粒子在、粒子在B B点加速度一定大于在点加速度一定大于在A A点加速度点加速度F F、粒子在、粒子在B B点的电势能一定大于在点的电势能一定大于在A A点的电势能点的电势能GG、电场线的方向一定向右、电场线的方向一定向右ABCDEF小结：小结：1、电场力的方向由轨迹判断、电场力的方向由轨迹判断 2、电场力方向、场强方向、电荷正负知二求一、电场力方向、场强方向、电荷正负知二求一 3、电势高低由电场线方向判断，电势能高低由作功判断、电势高低由电场线方向判断，电势能高低由作功判断 4、电场强度、电场力、加速度大小由线疏密判断、电场强度、电场力、加速度大小由线疏密判断变化变化1 1：如图所示，三条虚线表示某电场中的三个等势如图所示，三条虚线表示某电场中的三个等势面，其中面，其中1 1=10V=10V，2 2=20V=20V，3 3=30V=30V。一个带电粒。一个带电粒子只受电场力作用，按图中实线轨迹从子只受电场力作用，按图中实线轨迹从A A点运动到点运动到B B点，点，由此可知：由此可知：A A、粒子带负电、粒子带负电 B B、粒子速度变大、粒子速度变大C C、粒子加速度变小、粒子加速度变小 D D、粒子电势能变大、粒子电势能变大 AB123ABC小结：先根据等势线画小结：先根据等势线画出电场线，再用类似于出电场线，再用类似于上一题的方法分析上一题的方法分析6 6、一带电油滴在匀强电场、一带电油滴在匀强电场E E中的运动轨迹如图中的运动轨迹如图虚线所示虚线所示,电场方向竖直向下电场方向竖直向下.若不计空气阻力若不计空气阻力,则则此带电油滴从此带电油滴从a a运动到运动到b b的过程中的过程中,能量变化情况为能量变化情况为()A.A.动能减小动能减小B.B.电势能增加电势能增加C.C.动能和电势能之和减少动能和电势能之和减少D.D.重力势能和电势能之和增加重力势能和电势能之和增加EabC例例3：若带正电荷的小球只受电场力作用，则它在某一：若带正电荷的小球只受电场力作用，则它在某一段时间内：段时间内：A、一定沿电场线由高电势处向低电势处运动、一定沿电场线由高电势处向低电势处运动B、一定沿电场线由低电势外向高电势处运动、一定沿电场线由低电势外向高电势处运动C、不一定沿电场线运动，但一定由高电势处向低电势、不一定沿电场线运动，但一定由高电势处向低电势处运动处运动D、不一定沿电场线运动，也不一定由高电势处向低电、不一定沿电场线运动，也不一定由高电势处向低电势处运动势处运动D小结小结 ：判断运动方向与运动轨迹要依据：判断运动方向与运动轨迹要依据初速度与初速度与力（加速度）力（加速度）两个因素来判断两个因素来判断变化变化1：若静止释放呢？若静止释放呢？例例4、一一带带电电油油滴滴在在匀匀强强电电场场E中中的的运运动动轨轨迹迹如如图图中中虚虚线线所所示示，电电场场方方向向竖竖直直向向下下。若若不不计计空空气气阻阻力力，则则此此带带电电油油滴滴从从a运运动动到到b的的过过程程中中，能能量量变变化情况为化情况为学学.科网科网A、动能减小动能减小 B 、电势能增加电势能增加C、动能和电势能之和减小动能和电势能之和减小 D、重力势能和电势能之和增加重力势能和电势能之和增加CabE有哪几种形式的能量？各种形式的能量如有哪几种形式的能量？各种形式的能量如何转化？各对应了什么力做功？何转化？各对应了什么力做功？在只有重力和电场力作用下，动能、重力在只有重力和电场力作用下，动能、重力势能和电势能间相互转化，三种形式能量势能和电势能间相互转化，三种形式能量的总和保持不变。的总和保持不变。变化变化1：一个带正电的微粒，从一个带正电的微粒，从A点射入水平方向的匀强点射入水平方向的匀强电场中，微粒沿直线电场中，微粒沿直线AB运动，如图所示，则下列说法正运动，如图所示，则下列说法正确的是：确的是：A、电场方向水平向左、电场方向水平向左B、带电粒子在运动过程中动能和电势能的总和不变、带电粒子在运动过程中动能和电势能的总和不变C、带电粒子在运动过程中动能和电势能的总和增加、带电粒子在运动过程中动能和电势能的总和增加D、带电粒子在运动过程中动能一定减小、带电粒子在运动过程中动能一定减小E、带电粒子在运动过程中电势能一定增加、带电粒子在运动过程中电势能一定增加小结：在既有电场力又有重力小结：在既有电场力又有重力作用的情况下，动能、电势能、作用的情况下，动能、电势能、重力势能三者总和不变。重力势能三者总和不变。ADE变化变化2 2：如图所示，实线为电场线，虚线表示等势面，如图所示，实线为电场线，虚线表示等势面，相邻两个等势面之间的电势差相等，有一个运动的正相邻两个等势面之间的电势差相等，有一个运动的正电荷只受电场力作用，在等势面电荷只受电场力作用，在等势面L L3 3上某点的动能为上某点的动能为20J20J，运动至等势面，运动至等势面L L1 1上的某一点时的动能变为零，若取上的某一点时的动能变为零，若取L L2 2为零等势面，则此电荷的电势能为为零等势面，则此电荷的电势能为4J4J时，其动能为时，其动能为A.16J B.10JA.16J B.10JC.6J D.4JC.6J D.4JL3L2L1小结：类似小结：类似“在只有重力做功的情况下机械能守恒在只有重力做功的情况下机械能守恒”有有“只有电场力做功的情况下，动能和电势能只有电场力做功的情况下，动能和电势能的总和不变的总和不变”学学.科网科网C