第四节电势和电势差

从能量的角度认识电场 第四节电势和电势差 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 功是能量转化的量度 重力做正功 重力势能减少重力做负功 重力势能增加 W mgh 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 静电力做功的特点 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 只与电荷的起始位置和终止位置有关 对于非匀强电场也适用 B M A F q WAB 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 做功的过程是一个能量转化的过程 那么电场力做功的过程是什么能转化为什么能呢 二 电势能 电场中的电荷由于受到电场力作用而具有的势能 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 即电荷克服静电力做功 电荷的电势能增加 如果是负电荷情况相同 二 电势能 1 电荷在电场中具有与其位置有关的能量叫电势能 2 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 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 电荷在B点具有的电势能多大 电势能减少 设A点的电势能 WAB EPA EPB 103J 电势能为负表示的物理意义是什么 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 电势能为负表示电荷在该处的电势能比零还要小 4 电势能是电荷和电场所共有的 具有系统性 3 电势能是相对的 与零电势能面有关 5 电势能是标量 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 EP1 EP2 W电 EPA EPB 课堂训练 1 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 小结 一 静电力做功的特点 与路径无关 只与起点和终点的位置有关二 电势能 电荷在电场中具有的势能1 静电力做的功等于电势能的减少量 WAB EPA EPB静电力做正功 电势能减少静电力做负功 电势能增加2 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3 电势能是相对的 须建立零势能参考面 电势能有正负之分 负值表示比零还要小 三 静电力做功与电势差的关系 电荷q从电场中A点移到B点 即 或 思考题 1 UAB由什么决定 跟WAB q有关吗 由电场本身的因素决定与WAB q无关2 WAB跟q UAB有关吗 跟q UAB都有关 小结 1 电势差 两点的电势之差 也叫电压2 静电力做功与电势差的关系 2 电势差UAB与q WAB均无关 仅与电场中A B两位置有关 故电势差反映了电场本身的性质 3 电势差的单位 伏特符号V1V 1J C4 电势差是标量 或 课堂训练 1 在如图所示的电场中 把点电荷q 2 10 11C 由A点移到B点 电场力做功WAB 4 10 11J A B两点间的电势差UAB等于多少 B A两点间的电势差UBA等于多少 UAB 2VUBA 2V 课堂训练 2 如图所示的电场中 A B两点间的电势差UAB 20V 将点电荷q 2 10 9C 由A点移到B点 静电力所做的功是多少 WAB 4 0 10 8J 课堂训练 3 电场中A B两点的电势是 A 800V B 200V 把电荷q 1 5 10 8C由A点移到B点 电场力做了多少功 电势能是增加还是减少 增加或者减少多少 WAB 1 5 10 5J电势能增加 增加1 5 10 5J 电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值 1V 1J C 四 电势 1 定义 2 公式 3 单位 伏特 V 计算时要代入正负号 4 标量 有正负 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 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 五 电势差与电势的关系 1 电势差 电场中两点间电势的差值 也叫电压 则有 或者表示成 显然 思考题 1 电势差可以是正值也可以是负值 电势差的正负表示什么意义 表示两点电势高低2 电势的数值与零电势点的选取有关 电势差的数值与零电势点的选取有关吗 这与力学中学过的哪个概念相似 无关与重力势能相似 例2 试探电荷q1放在电场中的A点 电势能为E 规定无限远处电势能为零 A点的电势为 若把试探电荷q1换成试探电荷q2放在电场中的A点 A点的电势为 仍规定无限远处电势能为零 例3 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 场外一点P的电势为 注意 计算电势首先要规定零电势处 且电势可以为负 沿着电场线方向 电势将怎样变化 沿电场线方向电势降低 小结 三 电势1 定义 2 单位 伏特V1V 1J C3 沿电场线方向电势降低4 电势和电势能都是相对的 且为标量 正负号均表示大小5 已知电势求电势能 计算带正负号 计算带正负号 2 把的试探电荷放在电场中的A点 具有的电势能 求A点的电势 1 若把的试探电荷放在电场中的A点 电荷所具有的电势能是多少 2 若把的试探电荷放在电场中的A点 电荷所具有的电势能又是多少 课堂训练 课堂训练 3 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 课堂训练 4 如图1所示 a b为某电场线上的两点 那么以下的结论正确的是 A 把正电荷从a移到b 电场力做正功 电荷的电势能减少B 把正电荷从a移到b 电场力做负功 电荷的电势能增加C