2013高二物理：1.4 电势能和电势_课件(人教版选修3-1).ppt

第四第四节节电势电势能和能和电势电势课标课标定位定位学学习习目目标标：1.知道知道电场电场力做功的特点，理解力做功的特点，理解电场电场力力做功与做功与电势电势能能变变化的关系化的关系2理解理解电势电势能、能、电势电势的概念及相互关系的概念及相互关系3理解等理解等势势面的概念及等面的概念及等势势面和面和电场线电场线的关系的关系重点重点难难点：点：电场电场力做功的特点及力做功的特点及电场电场力做功与力做功与电势电势能能变变化的关系，化的关系，电场线电场线与等与等势势面的关系及面的关系及应应用用一、静一、静电电力做功的特点力做功的特点静静电电力力对对电电荷荷所所做做的的功功与与电电荷荷的的_位位置置和和_位位置置有有关关，而而与与电电荷荷经经过过的的_无关无关二、二、电势电势能能1概念：概念：电电荷在荷在电场电场中所具有的中所具有的_起始起始终终止止路径路径势势能能2与与电电场场力力的的功功的的关关系系：静静电电力力的的功功等等于于电电势势能能的的_，即：，即：WABEpAEpB.3相相对对性：性：电电荷在荷在电场电场中某点的中某点的电势电势能，等于静能，等于静电电力把它从力把它从该该点移到点移到_位置位置时时所做的功所做的功减少量减少量零零势势能能思考感悟思考感悟将将某某电电荷荷在在一一电电场场中中由由A点点移移到到B点点，若若选选不不同同的的点点作作零零势势能能参参考考点点，表表示示A点点(或或B点点)电电势势能能的的大大小小相相同同吗吗？表示从？表示从A到到B过过程程电势电势能的能的变变化相同化相同吗吗？提示：提示：由于由于电势电势能具有相能具有相对对性性选择选择不同的点作零不同的点作零势势能参考点，表示同一点能参考点，表示同一点A(或或B)的的电势电势能大小可能能大小可能不相同，但在同一不相同，但在同一过过程中如由程中如由A到到B，电场电场力做功相力做功相同，同，电势电势能的能的变变化相同化相同三、三、电势电势1定定义义：电电荷荷在在电电场场中中某某一一点点的的电电势势能能与与它它的的电电荷荷量的量的_2定定义义式：式：_.3单单位位：在在国国际际单单位位制制中中，电电势势的的单单位位为为_，符号：，符号：_.4矢矢标标性：性：电势电势是是_，但有正，但有正值值和和负值负值之之分分比比值值伏特伏特V标标量量5相相对对性性(1)电电势势是是相相对对的的，只只有有先先确确定定了了电电场场中中某某点点的的电电势势为为零零以以后后，才才能能确确定定电电场场中中其其他他各各点点的的电电势势即即电电场场中某点的中某点的电势电势跟零跟零电势电势位置的位置的选择选择_关关(2)电势电势正正值值与与负值负值的意的意义义：在：在规规定了零定了零电势电势后，后，电电场场中各点的中各点的电势电势可以是正可以是正值值，也可以是，也可以是负值负值正正值值表示表示该该点点电势电势_于零于零电势电势；负值负值表示表示该该点点电势电势_于零于零电势电势有有高高低低6与与电场线电场线的关系：沿的关系：沿电场线电场线的方向的方向电势电势_四、等四、等势势面面1定定义义：电电场场中中_相相同同的的各各点点构构成成的的面面叫叫做做等等势势面面降低降低电势电势2特点特点(1)在在同同一一等等势势面面内内任任意意两两点点间间移移动动电电荷荷时时，静静电电力力_(2)电电场场线线跟跟等等势势面面_，并并且且由由电电势势高高的的等等势势面指向面指向电势电势低的等低的等势势面面(3)在在电场线电场线密集的地方，等差等密集的地方，等差等势势面面_在在电场线电场线稀疏的地方，等差等稀疏的地方，等差等势势面面_不做功不做功垂直垂直密集密集稀疏稀疏核心要点突破核心要点突破一、一、电势电势能和重力能和重力势势能的能的对对比理解比理解两种两种势势能能比比较较内容内容电势电势能能重力重力势势能能系系统统性性电电荷和荷和电场电场物体和地球物体和地球大小的相大小的相对对性性电电荷在某点的荷在某点的电势电势能等于把能等于把电电荷从荷从该该点移到零点移到零势势能位置能位置时时静静电电力做的功力做的功物体在某点的重力物体在某点的重力势势能等于能等于把物体从把物体从该该点移到零点移到零势势能位能位置置时时重力做的功重力做的功变变化大小的量度化大小的量度电场电场力的功是力的功是电势电势能能变变化大化大小的量度，静小的量度，静电电力做的功等力做的功等于于电势电势能的减少量能的减少量重力的功是重力重力的功是重力势势能能变变化大化大小的量度，重力做的功等于小的量度，重力做的功等于重力重力势势能的减少量能的减少量对应对应力做功特点力做功特点做功多少只与始末位置有关，与做功多少只与始末位置有关，与经过经过的路径无关，且功等于的路径无关，且功等于势势能的减少量能的减少量特特别别提提醒醒：静静电电力力做做功功和和重重力力做做功功尽尽管管有有很很多多相相似似特特点点，但但因因地地球球产产生生的的重重力力场场只只会会对对物物体体产产生生引引力力，但但电电场场对对电电场场中中的的电电荷荷既既可可产产生生引引力力，也也可可产产生生斥斥力力，所所以以计计算算电电场场力力的的功功时时要要注注意意电电荷荷的的电电性性、移移动动的的方方向向、场场强强的的方方向向等等，以以便便确确定定功功的的正正负负和和电电势势能的能的变变化情况化情况即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)1一一负负电电荷荷仅仅受受静静电电力力的的作作用用，从从电电场场中中的的A点点运运动动到到B点点，在在此此过过程程中中该该电电荷荷做做初初速速度度为为零零的的匀匀加加速速直直线线运运动动，则则A、B两两点点的的电电场场强强度度EA、EB及及该该电电荷荷在在A、B两两点点的的电电势势能能EpA、EpB之之间间的的关系关系为为()AEAEBBEAEpB解析：解析：选选AD.电电荷做匀加速直荷做匀加速直线线运运动动，说说明明电电荷所荷所受静受静电电力恒定，由力恒定，由FqE可知，可知，A、B两点两点电场电场强强度度相等，故相等，故A对对，B错错由于静由于静电电力做正功，所以力做正功，所以电势电势能减小，即能减小，即EpAEpB，故，故C错错，D对对二、二、对电势对电势的理解和的理解和电势电势高低的判断高低的判断1对电势对电势概念的理解概念的理解(1)电势电势的相的相对对性性电势电势是相是相对对的，只有先确定了零的，只有先确定了零电势电势的位置，才的位置，才能确定其他点的能确定其他点的电势电势电场电场中某点的中某点的电势电势跟零跟零电势电势位置的位置的选择选择有关有关实际问题实际问题中，常中，常选选取无限取无限远处电势为远处电势为零，零，还还常取常取大地大地电势为电势为零零(2)电势电势的固有性的固有性电势电势是表示是表示电场电场能量属性的一个物理量，能量属性的一个物理量，电场电场中某中某点点处处的大小是由的大小是由电场电场本身的条件决定的，与在本身的条件决定的，与在该该点点处处是否放着是否放着电电荷、荷、电电荷的荷的电电性、性、电电荷量均无关，荷量均无关，这这和和许许多用比多用比值值定定义义的物理量相同，如前面学的物理量相同，如前面学过过的的电电场场强强度度EF/q.(3)电势电势是是标标量量电势电势是是标标量，只有大小，没有方向量，只有大小，没有方向电势电势有正、有正、负负，正，正值值表示表示该该点点电势电势比零比零电势电势高，高，负值负值表示表示该该点点电势电势比零比零电势电势低低当当规规定了无限定了无限远处为远处为零零电势时电势时，正，正电电荷荷产产生的生的电电场场中各点的中各点的电势电势均均为为正正值值，且越靠近正，且越靠近正电电荷的地方荷的地方电势电势越高越高负电负电荷形成的荷形成的电场则电场则相反相反2电场电场中两点中两点电势电势高低的判断方法高低的判断方法(1)根据根据电场电场力做功判断力做功判断在两点在两点间间移移动动正正电电荷，如果荷，如果电场电场力做正功，力做正功，则电则电势势降低；如果降低；如果电场电场力做力做负负功，功，则电势则电势升高升高在两点在两点间间移移动负电动负电荷，如果荷，如果电场电场力做正功，力做正功，则电则电势势升高；如果升高；如果电场电场力做力做负负功，功，则电势则电势降低降低(2)根据根据电场线电场线方向判定方向判定电场线电场线的方向就是的方向就是电势电势降低最快的方向降低最快的方向(3)根据根据电电荷荷电势电势能的能的变变化判断化判断在两点在两点间间移移动动正正电电荷荷时时，电势电势能增加，能增加，则电势则电势升升高；高；电势电势能减小，能减小，则电势则电势降低降低在两点在两点间间移移动负电动负电荷荷时时，电势电势能增加，能增加，则电势则电势降降低；低；电势电势能减小，能减小，则电势则电势升高升高即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)2关于关于电势电势的高低，下列的高低，下列说说法正确的是法正确的是()A沿沿电场线电场线方向方向电势电势逐逐渐渐降低降低B电势电势降低的方向一定是降低的方向一定是电场线电场线的方向的方向C正正电电荷荷在在只只受受静静电电力力作作用用下下，一一定定向向电电势势低低的的地方运地方运动动D负电负电荷在只受静荷在只受静电电力的作用下，由静止力的作用下，由静止释释放，放，一定向一定向电势电势高的地方运高的地方运动动解析：解析：选选AD.电场线电场线方向一定是方向一定是电势电势降落的方向，降落的方向，反之反之则则不一定成立，故不一定成立，故A对对，B错错对对C、D可先判可先判断出断出电场电场的方向，再判断的方向，再判断电势电势的高低，但的高低，但C项项中初中初速度的大小和方向不确定，所以速度的大小和方向不确定，所以C错错，D对对三、三、对对等等势势面的面的认识认识1等等势势面的特点面的特点(1)等等势势面一定与面一定与电场线电场线垂直，即跟垂直，即跟电场电场强强度的方向度的方向垂直；垂直；(2)在同一等在同一等势势面上移面上移动电动电荷荷时时静静电电力不做功；力不做功；(3)电场线总电场线总是从是从电势电势高的等高的等势势面指向面指向电势电势低的等低的等势势面；面；(4)任意两个等任意两个等势势面都不会相交，不相切面都不会相交，不相切2几种典型几种典型电场电场的等的等势势面面(1)点点电电荷荷电场电场中的等中的等势势面：是以点面：是以点电电荷荷为为球心的一球心的一簇球面，如簇球面，如图图141甲；甲；(2)等量异号点等量异号点电电荷荷电场电场中的等中的等势势面：是两簇面：是两簇对对称的称的曲面，如曲面，如图图乙；乙；(3)等量同号点等量同号点电电荷荷电场电场中的等中的等势势面：是两簇面：是两簇对对称的称的曲面，如曲面，如图图丙；丙；(4)匀匀强强电场电场中的等中的等势势面：是垂直于面：是垂直于电场线电场线的一簇平的一簇平面，如面，如图图丁；丁；(5)形状不形状不规则规则的的带电导带电导体附近的体附近的电场线电场线及等及等势势面，面，如如图图戊戊图图141即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)3关于等关于等势势面的面的说说法，正确的是法，正确的是()A电电荷荷在在等等势势面面上上移移动动时时，由由于于不不受受静静电电力力作作用用，所以所以说说静静电电力不做功力不做功B在同一个等在同一个等势势面上各点的面上各点的场场强强大小相等大小相等C两个不等两个不等电势电势的等的等势势面可能相交面可能相交D若相若相邻邻两等两等势势面面间间的的电势电势之差相等，之差相等，则则等等势势面面的疏密程度能反映的疏密程度能反映场场强强的大小的大小解析：解析：选选D.等等势势面由面由电势电势相等的点相等的点组组成，等成，等势势面附面附近的近的电场线电场线跟等跟等势势面垂直，因此面垂直，因此电电荷在等荷在等势势面上移面上移动时动时，静，静电电力不做功，但并不是不受静力不做功，但并不是不受静电电力作用，力作用，A错错，等，等势势面上各点面上各点场场强强大小不一定相等，等大小不一定相等，等势势面面不可能相交，不可能相交，B、C错错等等势势面的疏密反映面的疏密反映场场强强的大的大小，小，D对对课堂互动讲练课堂互动讲练静电力做功与电势能变化的关系静电力做功与电势能变化的关系例例例例1 1 在在电电场场中中，把把电电荷荷量量为为4109C的的正正点点电电荷荷从从A点点移移到到B点点，克克服服静静电电力力做做功功6108J，以以下下说说法中正确的是法中正确的是()A电电荷在荷在B点具有的点具有的电势电势能是能是6108JBB点的点的电势电势是是15 VC电电荷的荷的电势电势能增加了能增加了6108JD电电荷的荷的电势电势能减少了能减少了6108J【思路点思路点拨拨】(1)电势电势能的能的变变化与静化与静电电力做功有关力做功有关(2)电势电势和和电势电势能与零能与零势势面的面的选选取有关取有关【精精讲讲精精析析】电电荷荷在在电电场场中中某某点点的的电电势势能能具具有有相相对对性性，只只有有确确定定零零势势能能点点，B点点的的电电势势、电电势势能能才才有有确确定定的的值值，所所以以A、B错错克克服服静静电电力力做做功功6108J，则电势则电势能增加能增加6108J，所以，所以C对对D错错【答案答案】C【题题后反思后反思】静静电电力做了多少功，力做了多少功，电势电势能就能就变变化化了多少，并不是了多少，并不是说说，静，静电电力做了多少功，力做了多少功，电势电势能就能就等于多少，如有等于多少，如有这这种种错误认识错误认识，就会，就会误选误选A.变变式式训训练练1电电场场中中有有A、B两两点点，A点点的的电电势势A30 V，B点点的的电电势势B10 V，一一个个电电子子由由A点点运运动动到到B点的点的过过程中，下面几种程中，下面几种说说法中正确的是法中正确的是()A电电场场力力对对电电子子做做功功20 eV，电电子子的的电电势势能能减减少少了了20 eVB电电子子克克服服电电场场力力做做功功20 eV，电电子子的的动动能能减减少少了了20 eVC电电场场力力对对电电子子做做功功20 eV，电电子子的的电电势势能能和和动动能能之和增加了之和增加了20 eVD电电子克服子克服电场电场力做功力做功20 eV，电电子的子的电势电势能增加能增加了了20 eV，动动能和能和电势电势能之和不能之和不变变解析：解析：选选BD.WABEpAEpBqAqBe30 V(e10 V)20 eV，即，即电电子克服子克服电场电场力做功力做功20 eV，电势电势能增加能增加20 eV，故，故A错错，由能量守恒可知，由能量守恒可知，动动能减少能减少20 eV，故，故B、D对对，C错错 (2010年年高高考考山山东东理理综综卷卷)某某电电场场的的电电场场线线分分布如布如图图142所示，以下所示，以下说说法正确的是法正确的是()图图142电势电势高低和高低和电势电势能大小的判断能大小的判断例例例例2 2【思思路路点点拨拨】根根据据电电场场线线的的疏疏密密判判定定场场强强大大小小，根根据据电电场场线线方方向向判判断断电电势势高高低低，根根据据电电场场力力做做功功的的正、正、负负判断判断电势电势能的能的变变化化【精精讲讲精析精析】电场线电场线的疏密表示的疏密表示电场电场的的强强弱，弱，A项错误项错误；沿着；沿着电场线电场线方向方向电势电势逐逐渐渐降低，降低，B项项正确；正确；q在在a点所受点所受电场电场力方向沿力方向沿电场线电场线的切的切线线方向，由方向，由于于电场线为电场线为曲曲线线，所以，所以q不沿不沿电场线电场线运运动动，C项错项错误误；在；在d点固定一点点固定一点电电荷荷Q后，后，a点点电势电势仍高于仍高于b点，点，q由由a移至移至b的的过过程中，程中，电场电场力做正功，力做正功，电势电势能减小，能减小，D项项正确正确【答案答案】BD【方法方法总结总结】电场电场中中电势电势高低的判断方法：高低的判断方法：(1)根根据据电电场场线线确确定定：沿沿着着电电场场线线的的方方向向电电势势越越来来越越低低(2)根据静根据静电电力做功判断：力做功判断：在两点间移动正电荷，如果静电力做正功，则电势降低，如果静电力做负功，则电势升高在两点间移动负电荷，如果静电力做正功，则电势升高，如果静电力做负功，则电势降低(3)根据场源电荷的电场来判断：在正电荷产生的电场中，离它越近电势越高，负电荷产生的电场情况恰好相反变变式式训练训练2如如图图143所示，所示，某区域某区域电场电场左右左右对对称分布，称分布，M、N为对为对称称线线上的两点，下列上的两点，下列说说法正确的是法正确的是()AM点点电势电势一定高于一定高于N点点电势电势BM点点场场强强一定大于一定大于N点点场场强强C正正电电荷在荷在M点的点的电势电势能大于在能大于在N点的点的电势电势能能D将将电电子从子从M点移点移动动到到N点，静点，静电电力做正功力做正功图图143解析：解析：选选AC.沿沿电场线电场线方向方向电势电势逐逐渐渐降低，降低，M点点电势电势一定高于一定高于N点点电势电势，故，故选项选项A正确；因正确；因电场线电场线越密的越密的区域区域场场强强越大，由越大，由题图题图可知可知N点点场场强强大于大于M点点场场强强，故故选项选项B错错由由Epq可知，正可知，正电电荷在荷在M点的点的电势电势能大于在能大于在N点的点的电势电势能，故能，故选项选项C正确；正确；电电子从子从M点点移到移到N点的点的过过程中，受到的静程中，受到的静电电力与移力与移动动方向相反，方向相反，静静电电力做力做负负功，故功，故选项选项D错错 如如图图144所示，虚所示，虚线线同心同心圆圆是一簇某静是一簇某静电场电场中的等中的等势势面，其面，其电势电势分分别别是是a、b和和c，一一带带正正电电粒子射入粒子射入电场电场中，运中，运动动轨轨迹如迹如图图中中实线实线KLMN所示由所示由图图可知可知()等等势势面的面的应应用用问题问题例例例例3 3图图144A粒子从粒子从K到到L的的过过程中，静程中，静电电力做力做负负功，功，电势电势能能增加增加B粒子从粒子从L到到M的的过过程中，静程中，静电电力做力做负负功，功，电势电势能能增加增加CabcDabc【思思路路点点拨拨】根根据据运运动动轨轨迹迹可可以以判判断断场场源源电电荷荷的的性性质质，从从而而确确定定各各等等势势面面的的电电势势高高低低，根根据据移移动动方方向向跟跟静静电电力力方方向向的的关关系系确确定定静静电电力力做做功功的的正正负负及及电电荷荷电势电势能的增减能的增减问题问题【自主解答自主解答】由等由等势势面的分布面的分布规规律可知，律可知，该电场该电场为为点点电电荷的荷的电场电场由运由运动轨动轨迹可知，运迹可知，运动动的正的正电电荷荷跟跟场场源源电电荷的相互作用荷的相互作用规规律是排斥，所以律是排斥，所以场场源源电电荷荷是正是正电电荷荷根据根据电场线电场线与等与等势势面垂直，面垂直，电场电场的分布是的分布是发发散状散状辐辐射向外的正射向外的正电电荷从荷从K到到L受静受静电电力的方向背离力的方向背离圆圆心，心，与移与移动动方向相反，做方向相反，做负负功，功，电电荷的荷的电势电势能增加，能增加，选选项项A正确；从正确；从L到到M，可看作从跟，可看作从跟轨轨迹有交点的同一迹有交点的同一等等势势面的点到面的点到M，受到的静，受到的静电电力与移力与移动动方向相同，方向相同，静静电电力做正功，力做正功，电电荷的荷的电势电势能减少，能减少，选项选项B错误错误；根据根据电场线电场线的方向是的方向是电势电势降低的方向可知降低的方向可知选项选项D正正确确【答案答案】AD【题题后反思后反思】粒子在同一等粒子在同一等势势面上的面上的电势电势能是相能是相等的，从同一等等的，从同一等势势面上的不同点移面上的不同点移动电动电荷到某一点，荷到某一点，静静电电力做功是相同的力做功是相同的变变式式训练训练3如如图图145所示，所示，虚虚线为线为某点某点电电荷荷电场电场的等的等势势面，面，现现有两个比荷相同的有两个比荷相同的带电带电粒粒子子(不不计计重重力力)以以相相同同的的速速率率从从同同一一等等势势面面的的a点点进进入入电场电场后沿不同的后沿不同的轨轨迹迹1和和2运运动动，则则可判断可判断()A两个粒子两个粒子电电性相同性相同B经过经过b、d两点两点时时，两粒子的加速度的大小相同，两粒子的加速度的大小相同C经过经过b、d两点两点时时，两粒子的速率相同，两粒子的速率相同D经过经过c、e两点两点时时，两粒子的速率相同，两粒子的速率相同图图145由已知条件有：在由已知条件有：在b、d两点两点时时，两者加速度大小相，两者加速度大小相同，同，B正确粒子正确粒子1受斥力，从受斥力，从a到到b过过程中，程中，电场电场力力和运和运动动方向成方向成钝钝角，做角，做负负功，功，动动能减小；粒子能减小；粒子2受引受引力，从力，从a到到d过过程中，程中，电场电场力和运力和运动动方向始方向始终终成成锐锐角，角，做正功，做正功，动动能增加；又两粒子初速度大小相同，能增加；又两粒子初速度大小相同，则则两粒子两粒子经过经过b、d两点两点时时的速率不相同，的速率不相同，C错误错误a、c、e三点在同一等三点在同一等势线势线上，上，则则从从a分分别别到到c、e时时，动动能相同，速率相同，能相同，速率相同，D正确正确