1-4电势能和电势.ppt

一个试探电荷在电场中某点由静止释放 将如何运动 在电场力作用下电荷做加速运动 一段时间后获得一定的速度 试探电荷的动能增加 什么能转换为动能的呢 一 静电力做功有什么特点 让试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中沿几条不同路径从A点运动到B点 我们来计算这几种情况下静电力对电荷所做的功 一 静电力做功有什么特点 W qE AB cos qE AM 1 将电荷q从A沿直线移至B 2 将电荷q从A沿折线移至B AM W1 qE AM MB W2 0 全程 W W1 W2 qE AM 2 将电荷q从A沿折线移至B 对AM W1 qE AM 对MB W2 0 对全程 W W1 W2 qE AM 3 将电荷q从A沿曲线移至B W W1 W2 W3 qE AM W1 qE x1 W2 qE x2 W3 qE x3 x1 x2 x3 X1 x2 4 将电荷q从A沿其它曲线移至B 静电力做功 WAB qE AM 4 静电力做功有什么特点 在匀强电场中移动电荷时 静电力做的功 与电荷经过的路径无关 与电荷的起始位置和 终止位置有关 说明 结论虽然是从匀强电场中推导出来的 但可以证明 对于非匀强电场也是适用的 思考 这一特点与之前学过的什么力做功相似 A B C WG mgh 引进了重力势 能的概念 复习回顾 1 功的计算 2 重力做功的特点 1 与路径无关 由初末位置的高度差来决定 2 重力做功WG与重力势能变化的关系 3 重力势能是相对的 须选定零势能参考面 重力做正功 重力势能减少重力做负功 重力势能增加 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 电荷在电场中具有的与电荷位置有关的能叫电势能 符号 物体被举高具有重力势能 1 电荷在电场中具有电势能 重力对物体做正功 物体的重力势能减小 2 电场力对电荷做正功 电荷的电势能减小 重力对物体做负功 物体的重力势能增大 3 电场力对电荷做负功 电荷的电势能增大 二 电势能 重力做多少功 物体重力势能就变化多少 4 电场力做多少功 电荷电势能就变化多少 重力势能是相对的 与零势能面有关 5 电势能是相对的 与零电势能面有关 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上电势能规定为零 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 注意 正负号 重力势能是物体和地球所共有的 具有系统性 6 电势能是电荷和电场所共有的 具有系统性 7 电势能是标量 由此可见 电场力做功与重力做功 电势能与重力势能都很相似 所以大家在学习电势能过程中应该多联系重力做功与重力势能的关系帮助理解电势能 尽管重力做功与电场力做功很相似 但还是存在很大差异 正电荷顺电场线移动 电场力做正功 电势能减少负电荷顺电场线移动 电场力做负功 电势能增加正电荷逆电场线移动 电场力做负功 电势能增加负电荷逆电场线移动 电场力做正功 电势能减少 存在两种电荷 电场力对电荷做正功 电荷的电势能减小 电场力对电荷做负功 电荷的电势能增大 电场力做的功等于电势能的减少量 二 电势能 例1 如图 在场强的匀强电场中 点电荷q 1c从A移动到B AB相距L 1m 电场力做功为多少 电势能如何变化 电势能减少了103J 练习 一个电荷只在电场力作用下从电场中的A点移到B点时 电场力做了5 10 6J的功 那么 A 电荷在B处时将具有5 10 6J的电势能B 电荷在B处将具有5 10 6J的动能C 电荷的电势能减少了5 10 6JD 电荷的动能增加了5 10 6J CD 例2 右图中MN为电场中某一条电场线方向向右 在线取两点a b 今将一电荷 q从a移到b则 A 电场力做正功 q的电势能增加 B 电场力做负功 q的电势能增加 C 电场力做正功 q的电势能减少 D 电场力做负功 q的电势能减少 C 例3 A和B为电场中某条电场线上的点 如图 将q 4 10 9的正电荷从A点移到B点需克服电场力做功5 10 7J 则 电场方向由A B还是B A 电荷在哪点时电势能大 大多少 A B 引入 取O点的电势能为零 则 EPA qELCOS 讨论电势能与电荷的比值 该比值称为A点的电势 该比值是一个与q无关 仅与电场及A点的位置有关的量 三 电势 描述电场的能的性质的物理量 电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值 2 公式 3 单位 伏特 V 1V 1J C 1 定义 三 电势 描述电场的能的性质的物理量 适用于任何电场 4 电势只有大小 没有方向 是标量 对电势的理解 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 零电势的选择是任意的 通常规定离场源电荷无限远处或大地的电势为零 6 电势的固有性 电场中某点的电势的大小是由电场本身的性质决定的 与放不放电荷及放什么电荷无关 即与Ep q无关 7 计算时EP q 都带正负号 高度 地势 和电势类比 电场中 同一电荷在电场中的不同位置 EP不同 重力场中 同一物体在不同位置 Ep不同 不同物体在同一位置 Ep正比于质量m 不同电荷在同一位置 EP正比于电量q Ep m gh h只与相对位置有关 EP q叫做电势 只与相对位置有关 沿电场线方向 电势如何变化呢 试探电荷 q放在A点或B点 在电场力的作用下移至无限远 EPA EPB 电场力做正功 电势能降低 沿电场线方向电势如何变化呢 同理 如果试探电荷 q放在A点或B点 在电场力的作用下移至无限远 EPA EPB 0 电场力做负功 电势能增加 沿电场线电势逐渐降低 如何确定电场中某点的电势 确定电势 应先确定电场中某点的电势为零 通常取离场源电荷无限远处或大地的电势为零 例1 将一电量为的点电荷从电场外一点P移至电场中某点A 电场力做功 求A点的电势 解 设场外一点P的电势为 点评 电势的确定首先要确定零电势处 且电势可以为负 电势为负数时 负号表示方向吗 电势是标量 只有大小 没有方向 负电势表示该处的电势比零电势处电势低 对电势的理解 1 电势的固有性 电场中某点的电势的大小是由电场本身的性质决定的 与放不放电荷及放什么电荷无关 2 电势的相对性 某点电势的大小是相对于零点电势而言的 零电势的选择是任意的 一般选地面和无穷远为零势能面 3 电势是标量4 计算时EP q 都带正负号 5 沿电场线 电势逐渐降低 四 等势面 1 电场中电势相同的各点构成的面叫做等势面 2 等势面的特点 1 在同一等势面上各点电势相等 所以在同一等势面上移动电荷 电场力不做功 WAB EPA EPB q A q B 0 2 电场线与等势面垂直 并且由电势高的等势面指向电势低的等势面 3 等差等势面越密的地方 电场强度E越大 4 等势面不相交 不相切 几种典型电场的等势面 1 点电荷电场中的等势面 以点电荷为球心的一簇球面 2 等量异种点电荷电场中的等势面 两簇对称曲面 3 等量同种点电荷电场中的等势面 两簇对称曲面 5 匀强电场中的等势面 垂直于电场线的一簇平面 4 形状不规则的带电导体附近的电场线及等势面 例1 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 和 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 粒子从K到L的过程中