高中物理课件-2015-2016学年 第4节《电势能和电势(2)》课时2 课件

[典例] 将带电量为 6×10－6 C 的负电荷从电场中的 A 点移到 B 点，克服电场力做了 3×10－5 J 的功，再从 B 点移 到 C 点，电场力做了 1.2×10－5 J 的功，则
(1)电荷从 A 点移到 B 点，再从 B 点移到 C 点的过程中 电势能共改变了多少？
(2)如果规定 A 点的电势能为零，则该电荷在 B 点和 C 点的电势能分别为多少？
值表示电势能小于参考点的电势能
2．电势能增减的判断方法
做功 无论正、负电荷，只要电场力做正功，电荷的电 判断法 势能一定减小；反之，做负功则增大
电场线 判断法
正电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐减 小；逆着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大。 负电荷的情况正好相反
电势 由公式Ep＝qφ知，正电荷在电势高的地方电势 判断法 能大，负电荷在电势高的地方电势能小
比值。
Ep
2．公式：φ＝__q__。
3．单位：国际单位制中，电势的单位是伏特 ，符号是
V,1 V＝1 J/C。
4．特点
(1)相对性：电场中各点电势的高低，与所选取的零电势的 位置有关，一般情况下取无穷远 或地球为零电势位置。
(2)标矢性：电势是标量，只有大小，没有方向，但有 正负 。
5．与电场线关系：沿电场线方向电势 逐渐降低 。 四、等势面 1．定义 电场中电势大小 相同 的各点构成的面叫做等势面。
2．等势面与电场线的关系 (1)电场线跟等势面 垂直 。 (2)电场线由 电势高 的等势面指向 电势低 的等势面。
对电场力做功的理解
1．匀强电场中电场力做功的计算 W＝qELcos θ，其中 θ 为电场力与位移间夹角。 2．电场力做功的正负判断 (1)根据电场力和位移方向的夹角判断：夹角为锐角，电场力 做正功；夹角为钝角，电场力做负功；电场力和位移方向垂直时 不做功。此法常用于匀强电场中恒定电场力做功情况的判断。

（4）不同等势面在空间不相交、不相切
如图所示，虚线a、b和c是某静电场中的三个等势面，它们的电
势分别为a 、b 和c ，一带正电粒子射入电场中，其运动轨迹
如实线KLMN所示。由图可知：
A、粒子从K到L的过程中，电场力做负功
B、粒子从L到M的过程中，电场力做负功
c
C、粒子从K到L的过程中，电势能增加 D、粒子从L到M的过程中，动能减少
场力F跟点电荷电荷量q的比
值
(2)E＝F/q，E在数值上等于
单位正电荷在该点所受到的 静电力
矢标性
单位Biblioteka 标量 V/m矢量 N/C
联系
(1)电势沿着电场强度的方向降低 (2)大小之间不存在任何关系，电势为零的点，场强不一定为 零；电势高的地方，场强不一定大；场强为零的地方，电势不 一定为零；场强大的地方，电势不一定高
两块带电的平行金属板相距2cm，板间有一与板面垂直 的匀强电场，一电子从负极板自由释放，经1.5×10-8s打 到对面极板上，求该电场的电场强度。（电子质量 m=9.1×10-31kg）
随堂训练
如图所示，细线一端系着一个带电量为+q、质量为m
的小球，另一端固定于O点，加一匀强电场后可使小
球静止于图示位置，此时悬线与竖直方向夹角为θ。
（在离场源电荷无限远处P点的电势能规定为零，或把电 荷在大地表面上电势能规定为零。）
1.如图,在场强E=103N/C的匀强电场中,点电荷
q=+1c从A移动到B,AB相距L=1m,静电力做功
为多少?电势能如何变化?若规定EPB=0,则EPA=?
若规定EPA=0,则EPB=? E
A
B
q+ F
答案：WAB 103 J EPA 103 J

小。
点拨:本题是圆周运动的力电综合问题,解决问题的方法是作好
两个分析,一是受力分析,二是运动分析,然后确定利用什么物理规律
来求解。
解析:(1)在 A 点,小球在水平方向只受静电力作用,根据圆周运
动规律得
2
qE=
所以小球在 A 点的速度 vA=

。

(2)在小球从 A 到 B 的过程中,根据动能定理,静电力做的正功
是中垂线上的两点,OA<OB,用EA、EB和φA、φB分别表示A、B两点
的电场强度和电势,则(
)
A.EA一定大于EB,φA一定大于φB
B.EA不一定大于EB,φA一定大于φB
C.EA一定大于EB,φA不一定大于φB
D.EA不一定大于EB,φA不一定大于φB
点拨:根据两个带等量正电荷的点电荷的电场线的分布图可解决
大 电势能 Ep 与它的电荷量 q 的比值
(2)E=
小 (2)φ=
E
F
, 在数值上等于单位正电荷在电场中该点具有的电势能, 在数值上等于单位正电荷在该点所受到的静电力
q
q
矢
标 标量
矢量
性
单
V(J/C)
N/C
位
(1)电势沿着电场强度的方向降低
联
(2)大小之间不存在任何关系,电势为零的点,电场强度不一定为零;电势高的地方,电场强度不一定大;电场
点拨:根据粒子的运动轨迹可确定粒子所受静电力方向,则可知
电场线的方向,判断出电势高低,即可得电势能的大小。
解析:无论粒子从A点还是从B点射入电场,由于运动轨迹向下弯
曲,说明粒子受静电力方向向下,可判明电场线的方向向上而不是
向下,A错误;粒子既可能从A点运动到B点,也可能从B点运动到A

E
q
q
人教版高二物理选修：电势能和电势 课件
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思考
在上面关于电势能和电势
的讨论及插图中,我们一直把试 探电荷q当作正电荷处理.请把q 当做负电荷,重复以上讨论.其结 果与上面的结果是否一致?
人教版高二物理选修：电势能和电势 课件
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(对于非匀强电场也适用)
d
+q
AL
做功的E过程是一个 将+q由A移 能量转化的过程， 到B的过程电 那么电场力做功的 场力对电荷做
过B程是什么能转化 功为：
为什么能呢？ W电＝qEd qEl cos
将-q由A移到B的过程，电场
力对电荷做功为：
W电＝ qEd qEl cos
二、电势能
电荷在电场中具有的与电荷位置有关的 能，叫电势能。
b a MN
L
K
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等势面
2.如图所示，三个等差等势面上有a、b、c、d四点，若 将一个正电荷由c经a移动到d电场力做正功W1，若由c 经b移动到d电场力做正功W2，则：
A.W1 W2，1 2 B.W1 W2，1 2 C.W1 W2，1 2 D.W1 W2，1 2
电场力做功与电势能有什么关系？（联系重力 做功与重力势能的关系）
物1、体电被荷举在高具电有场重中力具势有能电。势能。
2、重电力场对力物对体电做荷正做功正，功物，体电的荷重的力电势势 能能减减小小
3、重电力场对力物对体电做荷负做功负，功物，体电的荷重的力电势能 增大势能增大

电势差和电场的应用
4
强度有关，根据电势差的定义可以求 出电场强度。
电势差可用于求电场的强度、方向和 分布；电势差还可用于判断电势的大 小和正负，而电势的大小反映电场的
强度。
总结
学习重点
1.电势能的定义和计算；2.电势的定义和计 算；3.电势能和电势与电场的关系。
与电势能和电势相关的学科与职业 介绍
电势能
1
点电荷电势能的定义与计算
由于电荷在电场内相互作用而形成的场态能，可表示为Φ = KQ/r(K为常数，Q为 电量，r为距离)
2
常见电荷分布情况下电势能的计算方法
1. 板电容器的电势能；2. 点电荷分布的电势能；3. 一般电荷分布情况下的电势能。
3
电势差和电场强度的关系
电势差是由感应电场或静电场做功所产生的，在电场中电势差等于电势能变化率。
物理学，电力工程师，计算机工程师，电子 工程师，机械工程师。
学习难点
常见电荷分布情况下电势和电势能的计算方 法；电势差和电场的应用。
课后作业及参考答案
1. 计算一个点电荷受到的电势能；2. 计算常 见电荷分布情况下的电势；3. 探究不同电场 中电势能与电势的变化规律。
相关应用
1
电势能和电势与电场的关系
在电场中，电势是一种描述电荷在不
电势能表达式的应用
2
同位置具有的电场能量状态的物理量， 而电势能是一种感性的能量概念，用
利用电势能公式求电荷电势能，可以
来描述电荷在电场中的能量状态。
解决电荷在电场中受力运动的问题。
3
电势能变化与电场强度的关系
电势能的变化等于做功量，与电ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的
《电势能和电势》PPT课 件

电势能的特点
3.电势能是相对的，具体数值与零势能面的选取有关；
通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规 定为0，或把电荷在大地表面的电势能规定为0。
4.电势能为电荷和对它作用的电场组成的系统共有。
我们说某个电荷的电势能，只是一种简略的说法。
5.电势能是标量。
+2J与-5J大小
电势能 规律总结
WAB=EpA-EpB （q代入正负号）
正电荷：顺线降势能 负电荷：顺线升势能
习题训练 B
习题训练
-10-8
+10-8
反映电场中 力性质 的物理量
F
A
B
处在电场中的其他电荷受到的作用力就是这个电场给予的。
反映电场中 能量性质 的物理量
“地势”
“高度”
“电势”
反映电场中 能量性质 的物理量
将质量m的物体提升h高度，重力势能增加mgh； 将质量为2m的物体提升h高度，重力势能增加2mgh； 将质量为3m的物体提升h高度，重力势能增加3mgh。
标准表达：某力对物体做功W。（描述动能的变化）
某力对物体做负功,往往说成“物体克服某力做功”W克（取绝对值）
回顾
1.公式：W = Flcosα
“lcosα”整体也可称
为力方向上的位移
力对物体所做的功，等于力的大小、位移的大小、力与位移夹
角（ α取0～180°）的余弦这三者的乘积。
2.国际单位: 焦耳（简称：焦 ——符号：J）
(有正负,负电势表示该处的电势比零电势低)
反映电场中 能性质 的物理量 （q代入正负号）
φa Epa=qφa
(顺线降势)
正电荷顺线降势能 负电荷顺线升势能
习题训练
多选

4.电势能具有相对性。 ——电荷在某点的电势能,等于静电力把它从该点移动到零 势能位置时所做的功。
5.电势能是标量。 6.电势能是电荷和电场所共有的，具有系统性。
7.电势能不属于机械能。
例1 将带电荷量为6×10－6 C的负电荷从电场中的A点移到B点，克服静电力做了 3×10－5 J的功，再从B点移到C点，静电力做了1.2×10－5 J的功，则： (1)电荷从A点移到B点，再从B点移到C点的过程中电势能共改变了多少？ (2)如果规定A点的电势能为零，则该电荷在B点和C点的电势能分别为多少？ (3)如果规定B点的电势能为零，则该电荷在A点和C点的电势能分别为多少？
场源电荷无限远处或大地的电势为零.）
例4(多选)如图3所示，在正点电荷产生的电场中的一条电场线上依次有A、B、C
三点，分别把带电荷量为＋q和－q的试探点电荷依次放在这三个点上，关于这三
个点的电势高低，下列说法中正确的是
A.放上＋q的试探点电荷时，三点电势的大小关系
为 ABC B.放上＋q的试探点电荷时，三点电势大小关系为 ABC
5. 电势具有相对性： 确定电势应先规定电场中某处的电势为零.（通常规定离场
源电荷无限远处或大地的电势为零.）
6. 沿电场线方向电势降低
例5 如图5所示，匀强电场的电场线与AC平行，把带电荷
量为－1×10－8 C的电荷从A点移到B点，静电力做功6×10－
8 J.B处电势为1 V，求：
(1)场强方向；
零；场强大的地方，电势不一定高
例5 （多选）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。a、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，根据此图可作出正确

重力做功特点 定义重力势能Ep=mgh
重力做的功等于重力势能的减少量。 WG=－∆Ep
重力做功特点：与路径无关.
物体在重力场中由于在某个位置具有能量----重力势能。
匀强电场中电场力做功也与路径无关
类比：电荷在静电场中由于位置而也会具有能量---- 电势能
重力做功引起相应重力势能的变化 电场力做功也会引起相应势能的变化
3.电势能是相对的，具体数值与零势能面的选取有关；
通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定 多远算“无限远” 呢？ 为0，或把电荷在大地表面的电势能规定为0。
4.电势能为电荷和对它作用的电场组成的系统共有。 我们说某个电荷的电势能，只是一种简略的说法。
5.电势能是标量。
Qq
6.电势能的大小：
如图，若A→B电场力所做功为WAB
动能
从做功角度研究能量是我们常用的思路，静电力做功有什 么特点呢？
重力——重力做功与路径无关 滑动摩擦力——滑动摩擦力做功与路径有关
问题：静电力对电荷做功与电荷的移动路径是否有关系？
一、静电力做功的特点
如图所示，试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中， 沿直线从A移动到B. (1)静电力做的功为多少？ (2)若q沿折线AMB从A点移动到B点，静电力做的功为多少？ (3)若q沿任意曲线从A点移动到B点，静电力做的功为多少？ (4)由此可得出什么结论？
WAB＝－ΔEp
(3)如果规定B点为零势能位置，若电荷从A移动至B静电力对电荷做功为
WAB，则电荷在A点电势能是多少？你能得出什么结论？ 由WAB＝EpA－EpB＝EpA－0得：EpA＝WAB. 结论：电荷在某点的电势能，等于把它从该点移动到零势能位置时静电
力所做的功.
电场强度为E=3000N/C，AB的连线

标量：只有大小，没有方向。
（电势能有正负，正负表大小）
2、电势能
电场力做正功，电势能减少；
电场力做负功，电势能增加。
与重力做功跟重力势能变化关系相类比
类比猜想
重力场中，重力：地球和物体之间
存在的吸引力
有重力就有重力势能Ep= mgh
Ep由物体和地面间的相对位置决定
重力做功，重力势能改变
电场中，电场力：电荷之间的作用力
（4）电势能的大小：
在（3）的理解上我们可以认为：电荷在某点的电势能，等于
零势能位置
把它从这点移动到______________时静电力做的功。
2、电势能
（5）电势能的特性：
相对性：与零电势能面有关
系统性：电势能是相互作用的________所共有的，或者说是电荷
电荷
电荷
及对它作用的________所共有的。
(1)电场线法：沿电场线方向，电势越来越低。
(2)场源电荷判断法：离场源正电荷越近的点，电势越高；
离场源负电荷越近的点，电势越低。
(3)电势能判断法：对于正电荷，电势能越大，所在位置的
电势越高；对于负电荷，电势能越小，所在位置的电势越高。
练习、(多选)如图所示,某区域电场左右对称分布,M、N为对称线上的
于M点电场强度,选项B错误;由Ep=qφ可知,正电荷在M点的电势能大于
在N点的电势能,选项C正确;电子从M点移到N点的过程中,受到的静电
力与移动方向相反,静电力做负功,选项D错误。
有电场力就有相应的能，叫电势能EP
EP由电荷间的相对位置决定
电场力作功，电势能改变
重力做正功，重力势能就减少
电场力做正功，电势能就减少
重力做负功，重力势能就增加

电荷的电势能与位置有关,如何反映电场中 “位置”这一能的特性?
三、电势
1、定义:检验电荷在电场中某一点的电势能与 它的电荷量的比值.(反映电场的能的性质)
2、公式: EP (计算时要代入正负号)
q 3、单位: 伏特(V) 1 V = 1 J/C 电荷在零电
势处的电势 能为零
类 电势能EP q 电势
1、定义：电场中电势相同的各点构成的面. 2、几种常见电场的(等差)等势面分布
1、定义：电场中电势相同的各点构成的面. 2、几种常见电场的(等差)等势面分布
3、等势面的特点：
1）在同一等势面上的任意两点间移动电荷，电 场力不做功.
2）电场线（或E）⊥等势面，且由电势较高的 等势面指向电势20v较低的等势面
2、电场力做功与电势能关系:
WAB = EPA - EPB
无论正电荷还43;B
电场力做正功，电势能减少;
－A
－B
电场力做负功，电势能增加.
电场力做的功等于电势能的减少量
研究电场力做功只能确定电荷的电势能的变化, 我们能不能确定电荷在电场中某点的电势能呢?
在重力场中,我们可先选取零重力势能点 或面,然后就可确定重力场中某点的重力势能 了.
3).电势能是电荷和电场所共有的，具有系统性. 5.重力势能和电势能类比
重力场中，重力：地球和 物体之间存在的吸引力
电场中，电场力：电荷之间的 作用力
有重力就有重力势能Ep= mgh 有电场力就有相应的电势能EP
Ep由物体和地面间的相对位置 EP由电荷在电场中相对位置
决定与零势能面选取有关
决定,与零势能点选取有关
电场强度大的地方电势是否一定高？反之又如 何呢？
E大处φ高
E大处φ低