1.4电势能和电势

1 4电势能和电势 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 B M A F q W甲 F AB cos qE AM 把正电荷沿不同路径从A点移到B电场力做功 甲 乙 丙 沿甲路径电场力做功 沿乙路径电场力做功 沿丙路径电场力做功 W乙 qE AM W丙 qE AM 沿任意路径电场力做功 W任意 qE AM 静电力做功与路径无关 由初末位置来决定 做功的过程是一个能量转化的过程 重力做功的过程是重力势能转化为动能的过程 那么电场力做功的过程是什么能转化为什么能呢 与重力做功情况相似 电荷在电场中也具有势能 这种势能叫电势能 正电荷从A点移到B点时 静电力做正功 电荷的电势能减少 正电荷从B点移到A点时 静电力做负功 电荷的电势能增加 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 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 WAB EPA EP0 EPA WAB 电势能为负表示电荷在该处的电势能比选取的势能零点的电势能还要小 2 电势能是电荷和电场所共有的 具有系统性 1 电势能是相对的 与零电势能面有关 3 电势能是标量 几点注意 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能 叫电势能EP Ep由物体和地面间的相对位置决定 EP由电荷间的相对位置决定 W重 EP初 EP末 W电 EP初 EP末 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 电场力做功为多少 电势能如何变化 电势能减少 电荷在B点具有的电势能多大 WAB EPA EPB 103J 设A点的电势能 电荷在B点具有的电势能多大 下列说法中正确的是 A 当两正点电荷相互靠近时 它们的电势能增大B 当两负点电荷相互靠近时 它们的电势能增大C 一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时 它们的电势能减小D 一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时 它们的电势能增大 ABC 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 将带电量为6 10 6C的负电荷从电场中的A点移到B点 克服电场力做了3 10 5J的功 再从B移到C 电场力做了1 2 10 5J的功 则 1 电荷从A移到B 再从B移到C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 增加了1 8 10 5J EPC 1 8 10 5J EPC 1 2 10 5J EPB 3 10 5J EPA 3 10 5J 1 电场力能够对放入其中的电荷做功 所以电荷位于电场中具有能 这和能为电势能 3 电势能具有相对性 5 电场力做正功 电势能减少 电场力做负功 电势能增大 4 电势能是标量 但有正负 2 电势能由电荷和电荷在电场中的相对位置决定 电势能大小的比较方法 3 场电荷判断法 离场正电荷越近 检验正电荷的电势能越大 检验负电荷的电势能越小 离场负电荷越近 检验正电荷的电势能越小 检验负电荷的电势能越大 无限远 0 2 电场线判断法 正电荷顺着电场线方向移动时 电势能逐渐减小 逆着电场线移动时 电势能逐渐增大 负电荷顺着电场线方向移动时 电势能逐渐增大 逆着电场线移动时 电势能逐渐减小 1 做功判断法 无论正负电荷 电场力做正功 电势能减小 电场力做负功电势能增加 如图所示 是负点电荷产生的电场中的一条电场线 一个带正电的粒子 不计重力 从a到b穿越这条电场线的轨迹如图中虚线所示 则该带电粒子在a点的加速度一定在b点的加速度 带电粒子在a点的电势能一定在b点的电势能 填 大于 小于 式 等于 N b a 小于 大于 尽管重力做功与电场力做功很相似 但还是存在很大差异 存在两种电荷 电势能的大小是与试探电荷的电性和电量q都有关 故不能用 电势能 来描述电场的能的性质 该比值是一个与q无关 仅与电场及A点的位置有关的量 设EP0 0 该比值称为A点的电势 零势能参考点 1 定义 电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值 叫做这一点的电势 2 定义式 EP及q含符号 3 单位 伏特 符号为V 4 电势只有大小 没有方向 是标量 5 电势具有相对性 电势是相对于零势能参考点的 一般选取无穷远电势为0 实际应用中常取大地电势为0 6 沿电场线 场强 方向电势越来越低即电场线指向电势降低的方向 如何比较电势的高低 减少 减少 5 电势高低的判断方法 电势 1 内容 电荷在电场中某A点的电势能与它的电荷量的比值 叫做这A点的电势 2 单位 伏特 V 3 物理意义 在电场中的某一点 如果电荷量为1C的电荷在该点的电势能是1J 这一点的电势能就是1V 即1V 1J C 4 电势是标量 只有大小 没有方向 但可正可负 相对与零势面的 a 电场线法 顺着电场线的方向电势越来越低 电势高低看箭头 b 根据场源电荷的电场来判断 带符号计算 如图所示 电场中有A B两点 则下列说法中正确的是 A 电势 A B场强EA EBB 电势 A B场强EAEpB BC 如果把q 1 0 10 8C的电荷从无穷远处移至电场中的A点 需克服电场力做功W 1 2 10 4J 那么 q在A点的电势能和在A点的电势各是多少 q未移入电场前A点的电势是多少 1 定义 电场中电势相同的各点构成的面 叫做等势面 与等高线类比 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 电场线跟等势面垂直 且由电势较高的等势面指向电势较低的等势面 3 等势面密处场强大 电场线密 等势面疏处场强小 电场线疏 4 不同等势面在空间不相交 不相切 2 等势面的特点 类比地理等高线 点电荷的等势面 等量异种点电荷的等势面 等量同种点电荷的等势面 一头大一头小的导体的等势面 等势面越密集的地方 电场强度越大 匀强电场的等势面 关于等势面 正确的说法是 A 电荷在等势面上移动时不受电场力作用 所以不做功B 等势面上各点的场强大小相等C 等势面一定跟电场线垂直D 两等势面不能相交 CD 孤立点电荷电场中的一簇