物理选修31电势能和电势课件 新课标 人教.ppt
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1、四、电势能和电势2021/8/8 星期日1 力学中我们研究其中心问题力和运动的关系时，是分别从动力学和能量两个角度来进行的。现在电学中我们要深刻认识电场的性质，也要采用类似的方法。前面三节内容我们已经从电荷在电场中受力作用“电场具有力的性质”的角度研究了电场的性质，并且引入“电场强度”去描述电场的这种性质；那么从能量的角度来看，电场又有什么性质呢？n我们知道，若把一个试探电荷放入电场中，它将在静电力的作用下做加速运动，从而获得一定的动能，这是静电力做功的结果，显然要研究电场的能的性质，首先就要研究静电力的作功问题。2021/8/8 星期日21 1、静电力做功的特点：、静电力做功的特点：n如图所
2、示，一带电量为+q的试探电荷放在场强为E的匀强电场中，它在电场力的作用下从A点移到B点。则电场力所做的功为：ABEqE123C沿着路径“1”时：W1=qEABcos沿着路径“2”时：W2=qEABcos沿着路径“3”时：W3=qEABcos=qEAC 电场力所做的功只跟始末位置有关，而电场力所做的功只跟始末位置有关，而与电荷移动的路径无关与电荷移动的路径无关.2021/8/8 星期日3 在必修物理中我们学过，正是由于重力做功与路径无关，故质量为m的物体在重力场中具有一定的重力势能；同样的道理，电场力做功也与路径无关，所以电量为q的带电体在电场中也应该具有一定的“电势能”。n（1 1）电场力做正
3、功，电势能减小；电场力做正功，电势能减小；n 电场力做负功，电势能增加。电场力做负功，电势能增加。即：即：WWWWABABABAB=E=E=E=EPAPAPAPA-E-E-E-EPBPBPBPBn（2 2）电荷在某点的电势能，等于静电力把它）电荷在某点的电势能，等于静电力把它 从该点移到零势能点时所做的功。从该点移到零势能点时所做的功。n通常取通常取“无限远处或大地无限远处或大地”的电势能为零。的电势能为零。2 2、电势能：、电势能：电荷电荷 在电场中具有的由电荷在电场中具有的由电荷 间的相互作用而产生的势能。间的相互作用而产生的势能。n（3 3）电势能是标量。正负表示大小不表方向）电势能是标
4、量。正负表示大小不表方向2021/8/8 星期日4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 C2021/8/8 星期日5 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
5、荷从A点移到点移到B点需克服电场力做功点需克服电场力做功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？AB2021/8/8 星期日6电场的力的性质我们必须用场强E来描述，那么电场的能的性质我们又应该用什么物理量来描述呢？能否用“电势能”呢？电场的能的性质也是电场本身的一种属性，它只能由场源本身所决定，而与电场中有无放入试探电荷无关。而电势能的大小是与试探电荷的电量q有关的（因q越大，其所受电场力就越大，具有的做功本领大，电势能也就大），故不能用“电势能”来描述电场的能的性质，我们引入一个新的物理量“电势”来表示它。20
6、21/8/8 星期日73 3、电势：、电势：描述电场的能的性质的物理量。描述电场的能的性质的物理量。n如图所示，设想把一试探电荷+q 放在电场中某处A或B。它们在电场力F的作用下均移至无限远处。则有：WAWB那么怎样去衡量电场的能的性质、怎样去定义“电势”呢？+ABEpA-0EpB-0同理可知：若试探电荷为-q，也有：也就是说，比值EpA/q的大小与试探电荷的正负及电量q均无关，只与电场中该点在电场中的位置有关，故其可衡量电场的性质。（1 1 1 1）概念：电荷在电场中某一点的电势能与它的）概念：电荷在电场中某一点的电势能与它的）概念：电荷在电场中某一点的电势能与它的）概念：电荷在电场中某一点
7、的电势能与它的 电荷量的比值，叫做这一点的电势。电荷量的比值，叫做这一点的电势。电荷量的比值，叫做这一点的电势。电荷量的比值，叫做这一点的电势。2021/8/8 星期日8（2 2）定义式：）定义式：（3 3）单位：伏特（）单位：伏特（V V）（4 4 4 4）电势是标量。但有正有负，其正负同样表示）电势是标量。但有正有负，其正负同样表示）电势是标量。但有正有负，其正负同样表示）电势是标量。但有正有负，其正负同样表示 大小（其零点在大小（其零点在大小（其零点在大小（其零点在无限远处或大地）无限远处或大地）无限远处或大地）无限远处或大地）。a.a.a.a.电势是表征电场中某点的能的性质的物理量，仅
8、与电电势是表征电场中某点的能的性质的物理量，仅与电电势是表征电场中某点的能的性质的物理量，仅与电电势是表征电场中某点的能的性质的物理量，仅与电场中某点性质有关，与电场力做功的值及试探电荷量、场中某点性质有关，与电场力做功的值及试探电荷量、场中某点性质有关，与电场力做功的值及试探电荷量、场中某点性质有关，与电场力做功的值及试探电荷量、电性无关。类似场强电性无关。类似场强电性无关。类似场强电性无关。类似场强E E E Eb.b.b.b.电势是相对的，只有选定了零电势点后才有意义，类电势是相对的，只有选定了零电势点后才有意义，类电势是相对的，只有选定了零电势点后才有意义，类电势是相对的，只有选定了零
9、电势点后才有意义，类似重力场中的高度。似重力场中的高度。似重力场中的高度。似重力场中的高度。2021/8/8 星期日9（5 5）决定式：）决定式：（真空中，点电荷）（真空中，点电荷）a.a.电势是电场本身的性质，其大小只跟场源电势是电场本身的性质，其大小只跟场源QQ及及该点到场源间的距离该点到场源间的距离r r有关。有关。b.b.电势能的大小不仅与场源有关，还与试电势能的大小不仅与场源有关，还与试探电荷探电荷q q有关有关2021/8/8 星期日10C.C.C.C.如以无穷远处电势为零，则：如以无穷远处电势为零，则：如以无穷远处电势为零，则：如以无穷远处电势为零，则：正电荷正电荷正电荷正电荷（
10、+Q+Q+Q+Q）形成的电场中各点的）形成的电场中各点的）形成的电场中各点的）形成的电场中各点的电势均为正值（且离电势均为正值（且离电势均为正值（且离电势均为正值（且离场源近处电势大）场源近处电势大）场源近处电势大）场源近处电势大）；负电荷负电荷负电荷负电荷（-Q-Q-Q-Q）形成的电场中各点的）形成的电场中各点的）形成的电场中各点的）形成的电场中各点的电势均为负值（且离电势均为负值（且离电势均为负值（且离电势均为负值（且离场源近处电势小）。场源近处电势小）。场源近处电势小）。场源近处电势小）。2021/8/8 星期日11 例例3.将一电量为将一电量为 的点电荷的点电荷从电场外一点从电场外一点
11、P移至电场中某点移至电场中某点A,电场电场力做力做 功功 ,求求A点的电势点的电势.解解:设场外一点设场外一点P的电势为的电势为从从P A,电场力做的功电场力做的功 PAEW-=点评点评:电势的确定首先要确定零电势处电势的确定首先要确定零电势处,且电势可以为负且电势可以为负.2021/8/8 星期日122021/8/8 星期日13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=mghEp=mgh有电场力就有相应的
12、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W W重重 =E=EP1P1-E-EP2P2W W电电 =E=EPAPA-E-EPBPB2021/8/8 星期日14高度和电势高度和电势 重力场中
13、，同一物体在不重力场中，同一物体在不同位置，同位置，E Ep p不同。不同。电场中，同一电荷在电场中，同一电荷在电场中的不同位置电场中的不同位置,E,EP P不同。不同。不同物体在同一位置，不同物体在同一位置，E Ep p正比于质量正比于质量m m不同电荷在同一位置，不同电荷在同一位置，E EP P正比于电量正比于电量q qE Ep p/m=gh/m=gh，h h只与相对位只与相对位置有关置有关E EP P/q/q 叫做电势叫做电势 ，只与只与相对位置有关相对位置有关 2021/8/8 星期日15n1 1、电场与重力场有许多相似之处，电势类似于高度，、电场与重力场有许多相似之处，电势类似于高度
14、，电场力做功类似于重力做功；物体在重力场中具有电场力做功类似于重力做功；物体在重力场中具有 重力势能，同样电荷在电场中具有电势能。重力势能，同样电荷在电场中具有电势能。n2 2、电场力做功与电势能变化的关系、电场力做功与电势能变化的关系:电场力做多少正功，电势能就减少多少，电场力做电场力做多少正功，电势能就减少多少，电场力做 多少负功（电荷克服电场力做多少功）电势能就增多少负功（电荷克服电场力做多少功）电势能就增 加多少。（类似重力做功与重力势能变化。）加多少。（类似重力做功与重力势能变化。）n3 3、电势是反映电场中某点能量的性质的物理量。它的、电势是反映电场中某点能量的性质的物理量。它的
15、正负分别表示比参考点的电势高还是低；它的大小正负分别表示比参考点的电势高还是低；它的大小 与该点在电场中的位置和零势点的选取有关。与该点在电场中的位置和零势点的选取有关。小结：小结：2021/8/8 星期日16d.如电荷只在静电力作用下由静止开始运动，正电荷由电势高的点移向电势低的点，负电荷由电势低的点移向电势高的点。c.c.c.c.根据电场线确定：根据电场线确定：根据电场线确定：根据电场线确定：沿着电场线的方向，电势逐渐降低。沿着电场线的方向，电势逐渐降低。沿着电场线的方向，电势逐渐降低。沿着电场线的方向，电势逐渐降低。ABE电场中两点电势高低的比较。电场中两点电势高低的比较。电场中两点电势
16、高低的比较。电场中两点电势高低的比较。a.a.a.a.根据电场力做功判断：在两点间移动根据电场力做功判断：在两点间移动根据电场力做功判断：在两点间移动根据电场力做功判断：在两点间移动正电荷正电荷正电荷正电荷，如，如，如，如电场力做正功，电势降低，如做负功，电势升高。电场力做正功，电势降低，如做负功，电势升高。电场力做正功，电势降低，如做负功，电势升高。电场力做正功，电势降低，如做负功，电势升高。b.b.b.b.根据电荷电势能变化判断：在两点间移动根据电荷电势能变化判断：在两点间移动根据电荷电势能变化判断：在两点间移动根据电荷电势能变化判断：在两点间移动正电荷正电荷正电荷正电荷，如电势能增加，电
17、势升高，电势能减少，电势降低。如电势能增加，电势升高，电势能减少，电势降低。如电势能增加，电势升高，电势能减少，电势降低。如电势能增加，电势升高，电势能减少，电势降低。2021/8/8 星期日17练习巩固练习巩固练习巩固练习巩固1 1下图中下图中MNMN为电场中某一条电场线，方向向右，为电场中某一条电场线，方向向右，在线取两点在线取两点a a、b b，今将一电荷，今将一电荷q q从从a a移到移到b b，则则（）A A、电场力做正功，、电场力做正功，q q的电势能增加；的电势能增加；B B、电场力做负功，、电场力做负功，q q的电势能增加；的电势能增加；C C、电场力做正功，、电场力做正功，q
18、 q的电势能减少；的电势能减少；D D、电场力做负功，、电场力做负功，q q的电势能减少。的电势能减少。C2021/8/8 星期日182 2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，它们之间的库仑、当两正点电荷相互靠近时，它们之间的库仑 力增大，它们的电势能也增大力增大，它们的电势能也增大B B、当两负点电荷相互靠近时，它们之间的库仑、当两负点电荷相互靠近时，它们之间的库仑 力增大，它们的电势能也增大力增大，它们的电势能也增大C C、一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它、一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它 们之间的库仑力增大，它们的电势能减小。们之间的
19、库仑力增大，它们的电势能减小。D D、一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它、一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它 们之间的库仑力减小，它们的电势能增大。们之间的库仑力减小，它们的电势能增大。ABC2021/8/8 星期日19n (1)a (1)a点电势高。点电势高。n（2 2）b b点电势能大；点电势能大；a a 点电势能大。点电势能大。3 3、如图所示，在正的点、如图所示，在正的点 电荷电荷Q Q的电场中有的电场中有a a、b b两点，它们到点电荷两点，它们到点电荷 Q Q的距离的距离 r r1 1rr2 2 。（。（l l）a a、b b两点哪点电势两点哪点电势 高？（高？（2 2）将
20、一负点电荷）将一负点电荷 放在放在a a、b b两点，哪点电势能较大？若放的是正两点，哪点电势能较大？若放的是正 点电荷呢？点电荷呢？2021/8/8 星期日204.4.如如图图所所示示，在在同同一一条条电电场场线线上上有有A A、B B、C C三三点点，三三点点的的电电势势分分别别是是 A A=5V=5V，B B=-2V=-2V，C C=0=0，将将电电荷荷量量q q=-610=-610-6-6C C的的点点电电荷荷从从A A移移到到B B电电场场力力做做功功多多少少？电电势势能能变变化化了了多多少少？若若将将该该电电荷荷从从B B移移到到C C，电电场场力力做做功功多多少少？电电势势能能变
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