【课件】电势能和电势（第1课时：电势能与电势） 课件 -2022-2023学年高二上学期物理人教版选修3-1.pptx

第第4 4节电势能和电势节电势能和电势（第（第1 1课时）课时）重力做功与路径无关重力做功与路径无关,只与初、末位只与初、末位置的高度差有关置的高度差有关.复复 习习 重力做功有什么特点重力做功有什么特点？思考思考：一个试探电荷在匀强电场中的某点一个试探电荷在匀强电场中的某点由静止释放由静止释放,将如何运动将如何运动?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,一段时间后一段时间后获得一定获得一定速度速度,电荷的电荷的动能动能增加增加.E E+F F思考思考：是什么能转化为电荷的动能呢是什么能转化为电荷的动能呢?一、静电力做功的特点一、静电力做功的特点 W W甲甲=F|AB|cos=F|AB|cos=qE|AM|=qE|AM|分析把正电荷沿不同路径从分析把正电荷沿不同路径从A A移到移到B B电场力的做功电场力的做功情况？情况？B BM MA AF Fq q+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 W乙乙=qE|AM|=qE|AM|W W丙丙=qE|AM|=qE|AM|沿任意路径电场力做功沿任意路径电场力做功:W W任意任意=qE|AM|=qE|AM|一、静电力做功的特点一、静电力做功的特点 在电场中移动电荷，静电力做的在电场中移动电荷，静电力做的功与电荷运动的路径无关功与电荷运动的路径无关,只与电荷只与电荷的初的初、末位置有关。末位置有关。对于非匀强电场也适用对于非匀强电场也适用重力做功的过程是重力势能与动能重力做功的过程是重力势能与动能相互转化的过程相互转化的过程.复复 习：习：重力做功的过程是什么能量发生重力做功的过程是什么能量发生转化的过程？转化的过程？思考思考电场力做功的过程是什么能与什么能发生电场力做功的过程是什么能与什么能发生转化呢？转化呢？（3 3）电势能是电荷和电场共有的。）电势能是电荷和电场共有的。2 2、对电势能的理解、对电势能的理解：（1 1）电势能是相对的，与零势面选择有关；）电势能是相对的，与零势面选择有关；（2 2）电势能是标量，电势能是标量，二、电势能：二、电势能：1 1、定义：电荷在电场中具有的势能。、定义：电荷在电场中具有的势能。用用E EP P表示，单位是表示，单位是J J。通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为零，或把电荷在大地表面的电势能规定为零，或把电荷在大地表面的电势能规定为零。能规定为零。重力做功与重力势能变化有什么关系？重力做功与重力势能变化有什么关系？重力做正功，重力势能减小重力做正功，重力势能减小 重力做负功，重力势能增大重力做负功，重力势能增大 重力做的功等于重力势能的改变量重力做的功等于重力势能的改变量 2 2、电场力做正功，电势能减小、电场力做正功，电势能减小 电场力做负功，电势能增大电场力做负功，电势能增大1 1、电场力做功的过程是动能与电势能相电场力做功的过程是动能与电势能相互转化的过程。如果只有电场力做功，动能互转化的过程。如果只有电场力做功，动能与电势能在转化过程中，总能量保持不变。与电势能在转化过程中，总能量保持不变。三、静电力做功与电势能变化的关系三、静电力做功与电势能变化的关系4 4、电荷在某点的电势能，等于把电荷从、电荷在某点的电势能，等于把电荷从该点移动到零势面处静电力做的功。该点移动到零势面处静电力做的功。3 3、重力做的功等于重力势能的改变量、重力做的功等于重力势能的改变量 正电荷从正电荷从A A移到移到B B时时,静电力做正功静电力做正功,电荷的电势能减少电荷的电势能减少.正电荷从正电荷从B B移到移到A A时时,静电力做负功静电力做负功,电荷的电势能增加电荷的电势能增加.A AB BE E+v vA AB BE E+v v思考思考：如何判断电场力做功的正：如何判断电场力做功的正、负？负？四、重力势能和电势能的类比四、重力势能和电势能的类比 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EPEpEp由物体和地面间的由物体和地面间的相对位置决定相对位置决定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做功，电势能改变电场力做功，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=EP1P1-E-EP2P2WW电电 =E=EPAPA-E-EPBPB 例例1.1.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,电荷量为电荷量为q=+1Cq=+1C的点电荷沿着电场线从的点电荷沿着电场线从A A移动移动到到B,AB,A、B B相距相距L=1m,L=1m,电场力做功为多少电场力做功为多少?电势电势能变化了多少能变化了多少?EqFAB+电势能减少电势能减少例题分析例题分析 例例2 2、将带电量为、将带电量为610610-6-6C C的负电荷从电场中的负电荷从电场中的的A A点移到点移到B B点，克服电场力做功点，克服电场力做功310310-5-5J J，再从再从B B移到移到C C，电场力做功，电场力做功1.2101.210-5-5J J，则，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的全过程中的全过程中电势能改变了多少？电势能改变了多少？（2 2）如果规定）如果规定A A点的电势能为零，则该电荷点的电势能为零，则该电荷在在B B点和点和C C点的电势能分别为多少？点的电势能分别为多少？增加了增加了1.8101.810-5-5J J.E EPCPC=1.810=1.810-5-5 J JE EPBPB=310=310-5-5 J J例例3 3（多选）、一个电荷只在电场力作用下从（多选）、一个电荷只在电场力作用下从电场中的电场中的A A点移到点移到B B点时，电场力做了点时，电场力做了5105106 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5105106 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5105106 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5105106 6J J D D电荷的动能增加了电荷的动能增加了5105106 6J J CDCD例例4 4、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,它们连线的中垂面它们连线的中垂面abab上有一电子从静止开上有一电子从静止开始由始由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大电子的电势能始终增大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大电子的电势能先减少后增大D.D.电子的电势能先增大后减少电子的电势能先增大后减少COab+-1 1、（多选）一负电荷仅受电场力的作用（多选）一负电荷仅受电场力的作用,从电场中的从电场中的A A点运动到点运动到B B点点,在此过程中该电在此过程中该电荷做初速度为零的匀加速直线运动荷做初速度为零的匀加速直线运动,则则A A、B B两点电场强度两点电场强度E EA A、E EB B及电荷在及电荷在A A、B B两点的电两点的电势能势能E EPAPA、E EPBPB之间的关系为之间的关系为 ()()A.E A.EA A=E=EB B B.EB.EA AEEPBAD课堂练习课堂练习2 2、（多选）一带电油滴在匀强电场中的运动（多选）一带电油滴在匀强电场中的运动 轨迹如图虚线所示轨迹如图虚线所示,电场方向竖直向下电场方向竖直向下,不计不计 空气阻力空气阻力,则此带电油滴从则此带电油滴从a a运动到运动到b b的过程的过程中中,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.电势能减少电势能减少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EabBC3 3（多选）如图，点电荷的静电场中电场线用（多选）如图，点电荷的静电场中电场线用实线表示，但其方向未标明，虚线是某实线表示，但其方向未标明，虚线是某 带带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹。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是轨迹上的两点。若带电粒子在运动中只受到电场力作用，到电场力作用，且从且从a a运动到运动到b b，根据此图可，根据此图可作出的判断是作出的判断是()()A.A.带电粒子的带电性质带电粒子的带电性质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EBCDab电势能小结电势能小结1.1.电场力能够对放入其中的电荷做功电场力能够对放入其中的电荷做功.所以电所以电荷位于电场中具有能荷位于电场中具有能.这和能为电势能这和能为电势能3.3.电势能具有相对性电势能具有相对性5.5.电场力做正功电场力做正功,电势能减少电势能减少电场力做负功电场力做负功,电势能增大电势能增大4.4.电势能是标量电势能是标量,但有正负但有正负2.2.电势能由电荷和电荷在电场中的相对位置决定电势能由电荷和电荷在电场中的相对位置决定第第4 4节电势能和电势节电势能和电势（第（第2 2课时）课时）W W1 1=F=F|AB|cos|AB|cos=q=qA AE E|AM|AM|把正电荷把正电荷q qA A从从A A移到移到B B电场力做的功电场力做的功B BM MA AF Fq q+甲甲乙乙丙丙 把正电荷把正电荷q qB B从从A A移到移到B B电场力做的功电场力做的功 W W2 2=F=F|AB|cos|AB|cos=q=qB BE E|AM|AM|结论结论 ：把任意电荷：把任意电荷q q从从A A移到移到B B，电场力做，电场力做的功与电荷量的功与电荷量q q的比值不变。若令的比值不变。若令A A处的电处的电势能为零，则有势能为零，则有：不同电荷在不同电荷在B B点的电势能点的电势能与它的电荷量与它的电荷量q q的比值是个定值。对于电的比值是个定值。对于电场中的不同点，这个比值一般不同。这个场中的不同点，这个比值一般不同。这个比值反映了电场本身的一种性质，与是否比值反映了电场本身的一种性质，与是否在电场中放入电荷以及放什么电荷都无关。在电场中放入电荷以及放什么电荷都无关。电荷在电场中某一点的电势能与电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值。它的电荷量的比值。一、电势一、电势1.1.定义：定义：2.2.定义式定义式:1 V=1 J/C3.单位单位:伏特伏特(V)注意：注意：（1 1）计算时要代入正）计算时要代入正、负号负号（2 2）比值法定义）比值法定义 4 4、对电势的理解、对电势的理解（）固有性：（）固有性：电场中各点的电势由电电场中各点的电势由电场本身的性质决定，与其他因素都无关。场本身的性质决定，与其他因素都无关。（2 2）电势是标量，）电势是标量，在规定了零电势后，电在规定了零电势后，电场中各点的电势可以是正值，也可以是负场中各点的电势可以是正值，也可以是负值。正值表示该点电势比零高，负值表示值。正值表示该点电势比零高，负值表示该点电势比零低。该点电势比零低。（3 3）相对性：）相对性：电势的值与零电势点的选电势的值与零电势点的选择有关。择有关。二、电势能的计算方法：二、电势能的计算方法：2 2、功能关系：、功能关系：电荷在某点的电势能等于把电荷从该点电荷在某点的电势能等于把电荷从该点移动到零势面静电力做的功。移动到零势面静电力做的功。1 1、公式法：、公式法：三、电势高低的判断方法：三、电势高低的判断方法：根据电场线方向判断：沿电场线方向电根据电场线方向判断：沿电场线方向电势逐渐降低。电势降低的方向不一定是势逐渐降低。电势降低的方向不一定是电场线方向，电场线方向是电势降低最电场线方向，电场线方向是电势降低最快的方向。快的方向。（2 2）负的点电荷周围各处的电势都为负，）负的点电荷周围各处的电势都为负，越靠近负电荷电势越低。越靠近负电荷电势越低。2 2、若取无穷远处为零电势，则：、若取无穷远处为零电势，则：（1 1）正的点电荷周围各处的电势都为正，）正的点电荷周围各处的电势都为正，越靠近正电荷电势越高。越靠近正电荷电势越高。四、零电势点的选取。四、零电势点的选取。1 1、零电势点的选取是任意的，一般选无、零电势点的选取是任意的，一般选无 穷远或大地的电势为零。穷远或大地的电势为零。分析与思考分析与思考 1 1，若源电荷是正的，同一正检验电荷离源电若源电荷是正的，同一正检验电荷离源电荷越近，它的电势能越大还是越小？同一负荷越近，它的电势能越大还是越小？同一负检验电荷离源电荷越近，它的电势能越大还检验电荷离源电荷越近，它的电势能越大还是越小？是越小？2、正检验电荷在正的源电荷产生的电场正检验电荷在正的源电荷产生的电场中的电势能是正的还是负的？中的电势能是正的还是负的？3 3、负检验电荷在正的源电荷产生的电、负检验电荷在正的源电荷产生的电场中的电势能是正的还是负的？场中的电势能是正的还是负的？4 4、负的检验电荷在负的源电荷产生的、负的检验电荷在负的源电荷产生的电场中的电势能是正的还是负的？电场中的电势能是正的还是负的？1 1、有关电场中某点的电势，下列说法中正、有关电场中某点的电势，下列说法中正确的是（确的是（）A A、由放在该点的电荷所具有的电势能的多、由放在该点的电荷所具有的电势能的多 少决定少决定B B、由放在该点的电荷的电量多少决定、由放在该点的电荷的电量多少决定C C、与放在该点的电荷的正负有关、与放在该点的电荷的正负有关D D、是电场本身的属性，与放入该点的电荷、是电场本身的属性，与放入该点的电荷 情况无关情况无关D D 课堂练习课堂练习2 2、如图，实线为一电场的电场线，如图，实线为一电场的电场线，A A、B B、C C为电场中的三点，以下的结论正确的为电场中的三点，以下的结论正确的（）A AB BC CD DB BABC3 3、如图所示，如图所示，a a、b b为某电场线上的两点，那为某电场线上的两点，那么以下的结论正确的是么以下的结论正确的是 （）A A把正电荷从把正电荷从a a移到移到b b，电场力做正功，电，电场力做正功，电荷的电势能减少，电势升高。荷的电势能减少，电势升高。B B把正电荷从把正电荷从a a移到移到b b，电场力做负功，电，电场力做负功，电荷的电势能增加，电势降低。荷的电势能增加，电势降低。C C把负电荷从把负电荷从a a移到移到b b，电场力做正功，电，电场力做正功，电荷的电势能减少，电势升高。荷的电势能减少，电势升高。D D把负电荷从把负电荷从a a移到移到b b，电场力做负功，电，电场力做负功，电荷的电势能增加，电势降低。荷的电势能增加，电势降低。D Dab 4 4、把把 的试探电荷放在电的试探电荷放在电 场中场中A A点点,具有具有 的电势能的电势能,（1 1）求）求A A点的电势。点的电势。（2 2）若把）若把 的试探电荷放在电的试探电荷放在电 场中场中A A点点,电荷所具有的电势能是多少电荷所具有的电势能是多少?（3 3）若把）若把 的试探电荷放在的试探电荷放在 电场中电场中A A点点,电荷所具有的电势能是多少电荷所具有的电势能是多少?答案：答案：15V