人教版选修3-1物理14电势能和电势课件（共49张PPT）

1、第四节第四节 电势能和电势电势能和电势一、知识回顾一、知识回顾cosWF L 1、功的计算：、功的计算：2、重力做功有什么特点？、重力做功有什么特点？(1)与路径无关与路径无关,只与初末位置的高度差有关只与初末位置的高度差有关.(2)WG与重力势能的关系与重力势能的关系.12GPPPWEEE 功是能量转化的量度！功是能量转化的量度！（一）、电场力做功的特点（一）、电场力做功的特点W电电=qE xAB cos=qE xAM 问题问题1：正电荷正电荷q q在电场强度为在电场强度为E E的匀强电场中的匀强电场中沿直沿直线线路径由路径由A A运动到运动到B B的过程中电场力做功吗？做了的过程中电场力做

2、功吗？做了多少功？多少功？F电电EAMB+q二、课堂导学二、课堂导学B正电荷正电荷q在电场强度为在电场强度为E的匀强电场中的匀强电场中沿折线从沿折线从A到到M，再从，再从M到到B电场力做功吗？做了多少功？电场力做功吗？做了多少功？EFAM+q(1)从从A到到M电场力做功电场力做功 W1=qE xAM(2)从从M到到B电场力不做功电场力不做功 因此从因此从A到到B电场力电场力做功做功W=qE xAMB正电荷正电荷q在电场强度为在电场强度为E的匀强电场中的匀强电场中沿任意曲线沿任意曲线由由A运动到运动到B电场力做功吗？做了多少功？电场力做功吗？做了多少功？EFAM+q从从A到到B电场力做功电场力做

3、功 W=qE xAM 在在匀强电场匀强电场中移动电荷时，静电力移中移动电荷时，静电力移动电荷做的功只与动电荷做的功只与 有关，而与有关，而与 无关。无关。( (对于非匀强电场也适用对于非匀强电场也适用) )结论：结论：电荷的初位置和末位置电荷的初位置和末位置电荷经过的路径电荷经过的路径问题问题2 ：（1）一个试探电荷在电场中某点由静止一个试探电荷在电场中某点由静止释放（仅受电场力作用）释放（仅受电场力作用）, ,将如何运动将如何运动? ?动能怎么动能怎么变？变？E 加速运动加速运动, , 动能增加。动能增加。+F (2)(2)从功能关系看，是什么力做功，使从功能关系看，是什么力做功，使它的动能

4、变化呢？它的动能变化呢？ 电场力做正功电场力做正功, , 动能增加。动能增加。（3）做功的过程是一个能量转化的过程，那么）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动能呢？电场力做功的过程是什么能转化为动能呢？电场力做功将电势能转化为动能。电场力做功将电势能转化为动能。由于移动电荷时静电力做的功与移动的路径无关，电由于移动电荷时静电力做的功与移动的路径无关，电荷在电场中也具有势能，这种势能叫做荷在电场中也具有势能，这种势能叫做电势能，用电势能，用E Ep p表示。表示。问题问题3 ：1.（1）电场力做正功时，电势能减小；）电场力做正功时，电势能减小； （2）电场力做负功

5、时，电势能增大；）电场力做负功时，电势能增大；2.电场力做功与电势能的变化量之间的关系：电场力做功与电势能的变化量之间的关系：末末初初电电电电PPPEEEW结论：结论：电场力做的功等于电场力做的功等于 ，即电场力，即电场力做多少功，电势能就做多少功，电势能就 。 电势能的减少量电势能的减少量减少多少减少多少电场力做的功只能决定电势能的变化量，而不能决定电场力做的功只能决定电势能的变化量，而不能决定电荷在电场中某点的电势能的数值，怎样才能确定电电荷在电场中某点的电势能的数值，怎样才能确定电荷在电场中某点的电势能呢？荷在电场中某点的电势能呢？问题问题4 ： 零势面的选择是任意的，但在电场中通常零势

6、面的选择是任意的，但在电场中通常选择距场源电荷无穷远处或大地表面为参考面。选择距场源电荷无穷远处或大地表面为参考面。W电电=-qE xAB cos=-qE xAM F电电EAMB+q问题问题5：如果把问题如果把问题1 1中的中的A A点电势能规定为点电势能规定为0 0，则正电荷则正电荷q q在在B B点所具有的电势能点所具有的电势能Ep= Ep= -qE xAM 从B点移到A点，电场力做功：先选择一个零势能参考面，先选择一个零势能参考面，物体在其他位置的电势物体在其他位置的电势能能在数值上等于把电荷从该位置移动到参考面时，在数值上等于把电荷从该位置移动到参考面时，电场力做的功。电场力做的功。0

7、APAWE问题问题6 6：在同一电场中，同样从在同一电场中，同样从A A点到点到B B点，移动正电荷与点，移动正电荷与移动负电荷，电荷的电势能的变化有什么关系？移动负电荷，电荷的电势能的变化有什么关系？F电电EAMB-q正电荷正电荷顺顺电场线移动，电场力做电场线移动，电场力做正功正功，电势能电势能减小减小；逆逆电场线移动，电场力做电场线移动，电场力做负功负功，电势能电势能增大增大负电荷负电荷顺顺电场线移动，电场力做电场线移动，电场力做负功负功，电势能电势能增大增大；逆逆电场线移动，电场力做电场线移动，电场力做正功正功，电势能电势能减小减小相反！相反！问题问题6 6：在正负电荷产生的电场中，正负

8、试探电荷在其在正负电荷产生的电场中，正负试探电荷在其中的电势能在数值上有什么特点？中的电势能在数值上有什么特点？结论：正试探电荷在正电荷产生的电场中的电势能结论：正试探电荷在正电荷产生的电场中的电势能都为都为 ，在负电荷产生的电场中的电势能都，在负电荷产生的电场中的电势能都为为 ；负试探电荷则反之。；负试探电荷则反之。正正负负-5J的电势能和的电势能和2J的电势能，谁大？的电势能，谁大？ 势能的符号表示势能的大小：势能的符号表示势能的大小： 正的势能正的势能 零势能零势能 负的势能负的势能练习练习1 1：图中图中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

9、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 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。C C若若q q为负为负点电荷呢？点电荷呢？ 下列说法中，正确的是：下列说法中，正确的是：A、把两个同种点电荷间的距离增大一些，电荷的电、把两个同种点电荷间的距离增大一些，电荷的电势能一定增加势能一定增加B、把两个同种点电荷间的距离减小一

10、些，电荷的电、把两个同种点电荷间的距离减小一些，电荷的电势能一定增加势能一定增加C、把两个异种点电荷间的距离增大一些，电荷的电、把两个异种点电荷间的距离增大一些，电荷的电势能一定增加势能一定增加D、把两个异种点电荷间的距离减小一些，电荷的电、把两个异种点电荷间的距离减小一些，电荷的电势能一定增加势能一定增加BC练习练习3 3： 练习练习4：有一电荷量为有一电荷量为q=-310-6的点电荷，从电场中的点电荷，从电场中的的A点移动到点移动到B点时，克服静电力做功点时，克服静电力做功610-4J,从从B点移动到点移动到C点时静电力做功点时静电力做功910-4J。问：。问：（1）以）以B点为零势能点，

11、电荷在点为零势能点，电荷在A点时的电势能为点时的电势能为EPA1多少？多少？（2）如选取）如选取C点的电势能为点的电势能为0，则电荷在，则电荷在A点的电势能点的电势能EPA2又是多少？又是多少？ 【分析】（【分析】（1）EPA1=WAB=- 610-4J（2）EPA2=WAC=WAB+WBC =-610-4J+ 910-4J =+310-4J 势能具有相对性，取不同的点为零势能参考势能具有相对性，取不同的点为零势能参考点，同一电荷在电场中同一点的电势能的值不同。点，同一电荷在电场中同一点的电势能的值不同。例例3.如图，一个水平固定的小圆盘如图，一个水平固定的小圆盘A，带电量为，带电量为Q从圆盘

12、中心从圆盘中心O处由静止释放一个质量为处由静止释放一个质量为m，带电量为，带电量为q的小球，由于电场的作的小球，由于电场的作用，小球竖直上升的高度可达盘中心竖直线上的用，小球竖直上升的高度可达盘中心竖直线上的C点，点，OC高度为高度为h，又知道过竖直线上的，又知道过竖直线上的b点时，小球速度最大点时，小球速度最大.由此可以确定的物理由此可以确定的物理量是量是( ) Ab点场强；点场强； BC点场强；点场强； C. 小球从小球从O运动到运动到b点过程中电势能的变化量；点过程中电势能的变化量； D小球从小球从O运动到运动到C点过程中电势能的变化量点过程中电势能的变化量.电势能电势能重力势能和电势能

13、类比重力势能和电势能类比 重力场中，重力：地球和物体之间重力场中，重力：地球和物体之间存在的吸引力存在的吸引力电场中，电场力：电荷之间的作用电场中，电场力：电荷之间的作用力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能，叫电势能有电场力就有相应的能，叫电势能EPEpEp由物体和零势能点间的相对位置决定由物体和零势能点间的相对位置决定EP由电荷和零势能点的相对位置决定由电荷和零势能点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

14、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-EPBPB第二课时第二课时一、学习目标一、学习目标1.1.理解静电力（电场力）做功的特点、电势能的概念、电势能与理解静电力（电场力）做功的特点、电势能的概念、电势能与电场力做功的关系；电场力做功的关系；2.2.理解电势的概念，知道电势是描述电场的能的性质的物理量；理解电势的概念，知道电势是描述电场的能的性质的物理量；3.3.明确电势能、电势、静电力做的功、电势能变化的关系；明确

15、电势能、电势、静电力做的功、电势能变化的关系；4.4.了解电势与电场线的关系，了解等势面的意义及与电场线的关了解电势与电场线的关系，了解等势面的意义及与电场线的关系；系；5.5.会运用物理原理和研究方法解决一些与生产和生活相关的实际会运用物理原理和研究方法解决一些与生产和生活相关的实际问题。问题。二、知识回顾二、知识回顾1 1、电场力做功只与电荷的、电场力做功只与电荷的 有关，而与电荷有关，而与电荷的的 无关；无关；2 2、电场力做的功等于电场力做的功等于 ，即电场力做多少，即电场力做多少功，电势能就功，电势能就 ；3 3、电荷在某点的电势能，等于把它从、电荷在某点的电势能，等于把它从 移动到

16、移动到 位位置时电场力所做的功。置时电场力所做的功。初位置和末位置初位置和末位置路径路径电势能的减少量电势能的减少量减少多少减少多少该点该点零势能零势能 【思考【思考1】一个电荷量为一个电荷量为+q的点电荷在一个场强为的点电荷在一个场强为E的匀强电场中的的匀强电场中的A点具有多大的电势能呢？取点具有多大的电势能呢？取B点为点为零势能参考点零势能参考点.FEAB+qL 【分析】【分析】EPA=WAB=qELcos 场强场强E E可以可以来描述电场。来描述电场。除了这个量我们还可以用什么物理量来描述电除了这个量我们还可以用什么物理量来描述电场呢？能否用场呢？能否用“电势能电势能”呢？呢？不能！因为

17、检验电荷在电场中的电势能不但与不能！因为检验电荷在电场中的电势能不但与电场有关，还与检验电荷本身有关。电场有关，还与检验电荷本身有关。三、课堂导学三、课堂导学 【思考【思考2】考查计算结果，如何剥离掉电势能对检验考查计算结果，如何剥离掉电势能对检验电荷的依赖关系，定义一个与检验电荷无关的量来电荷的依赖关系，定义一个与检验电荷无关的量来描述电场？描述电场？三三. . 电势电势1.定义：检验电荷在电场中某点的电势能与其定义：检验电荷在电场中某点的电势能与其电量的比值叫做该点的电量的比值叫做该点的电势电势。PEq3.标量标量4.单位：伏特（单位：伏特（V）（）（1V=1J/C）2.定义式：定义式：

18、1、试探电荷试探电荷q q1 1放在电场中的放在电场中的A A点点, ,电势电势能为能为E(E(规定无限远处电势能为零规定无限远处电势能为零),A),A点的点的电势为电势为_,_,若把试探电荷若把试探电荷q q1 1换成试换成试探电荷探电荷q q2 2放在电场中的放在电场中的A A点点,A,A点的电势点的电势为为_ (_ (仍规定无限远处电势能仍规定无限远处电势能为零为零). ).1qE1qE问题问题2：正的试探电荷沿着电场线移动，电势能如何变化正的试探电荷沿着电场线移动，电势能如何变化？电势如何变化？电势如何变化？若负的试探电荷沿着电场线移动，电势能又如何变化？电若负的试探电荷沿着电场线移动

19、，电势能又如何变化？电势又如何变化？势又如何变化？【思考】【思考】在场强在场强E=50N/C的匀强电场中，取的匀强电场中，取O点为参点为参考点，考点，A到到O的距离为的距离为L=0.2m，（1）将一电荷）将一电荷q=+210-8C的电荷置于的电荷置于A点，其电势点，其电势能多大？能多大？A点的电势多大？点的电势多大？（2）将一电荷）将一电荷q=-210-8C的电荷置于的电荷置于A点，其电势点，其电势能多大？能多大？A点的电势多大？点的电势多大？EOALVqEPAA10102102-J10-2W(1)E8-7-7AOPAVqEPAA10102102J102W(2)E8-7-7AOPA问题问题2：

20、正的试探电荷沿着电场线移动，电势能如何变化正的试探电荷沿着电场线移动，电势能如何变化？电势如何变化？电势如何变化？若负的试探电荷沿着电场线移动，电势能又如何变化？电若负的试探电荷沿着电场线移动，电势能又如何变化？电势又如何变化？势又如何变化？我的结论：电势能我的结论：电势能 ，电势，电势 。我的结论：电势能我的结论：电势能 ，电势，电势 。因此，沿着。因此，沿着电场线方向电势电场线方向电势 。减小减小减小减小增大增大减小减小减小减小对电势的认识：对电势的认识：都必须带上符号。都必须带上符号。中，计算时各个物理量中，计算时各个物理量公式公式qEPAA. 2【思考】【思考】（1）请你画出正电荷在电

21、场中不同点的电势）请你画出正电荷在电场中不同点的电势能能EP随电势的变化关系图像。（随电势的变化关系图像。（2）若是负电荷又如何）若是负电荷又如何？3.3.电势能与电势的关系：电势能与电势的关系：（1 1）正正电荷：电势能随电势的电荷：电势能随电势的升高升高而而增大增大；（2 2）负负电荷：电势能随电势的电荷：电势能随电势的升高升高而而减小减小。1. 1. 电势是标量，但有正负，具有相对性。正值表示该电势是标量，但有正负，具有相对性。正值表示该点电势高于零电势；负值表示该点电势低于零电势。点电势高于零电势；负值表示该点电势低于零电势。【特点】【特点】 （1 1）正电荷：各点电势均为正值）正电荷

22、：各点电势均为正值（2 2）负电荷：各点电势均为负值）负电荷：各点电势均为负值问题问题3：与电势能情况相似，我们规定无穷远或大地与电势能情况相似，我们规定无穷远或大地的电势为零，则正电荷电场中各点电势和负电荷电场的电势为零，则正电荷电场中各点电势和负电荷电场中各点电势有何特点中各点电势有何特点（+ -）？（二）等量异号电荷（二）等量异号电荷【思考】【思考】 在等量异号电荷中垂线上移动电荷，电场在等量异号电荷中垂线上移动电荷，电场力的做功情况？电势能怎样变化？力的做功情况？电势能怎样变化？电势怎样变化？电势怎样变化？【分析】【分析】在等量异号电荷中垂线上移动在等量异号电荷中垂线上移动电荷，电场力

23、不做功，电势能电荷，电场力不做功，电势能不变化，电势不变化。不变化，电势不变化。【特点】【特点】中垂线所在平面是一个零势能面，各点电势均为中垂线所在平面是一个零势能面，各点电势均为0 0；以中垂线为分界线，靠近正电荷一侧各点电势为正；以中垂线为分界线，靠近正电荷一侧各点电势为正；靠近负电荷一侧各点电势为负。靠近负电荷一侧各点电势为负。（三）等量同号电荷（三）等量同号电荷【思考】【思考】 在两等量正电荷中垂线上移动正电荷，电场在两等量正电荷中垂线上移动正电荷，电场力的做功情况？电势能怎样变化？力的做功情况？电势能怎样变化？电势怎样变化？电势怎样变化？【分析】【分析】从中点向两侧无穷远从中点向两侧

24、无穷远处，电场力做正功，电势能减处，电场力做正功，电势能减小，电势逐渐降低，中点电势小，电势逐渐降低，中点电势最高。最高。【特点】【特点】等量正电荷（等量正电荷（负电荷负电荷）连线的中垂线上中点）连线的中垂线上中点O O的电的电势最高（势最高（低低），从中点），从中点O O到两侧无穷远处，电势逐到两侧无穷远处，电势逐渐降低（渐降低（升高升高）。）。EE若是等量负若是等量负电荷呢？电荷呢？问题问题4：在匀强电场中与电场线垂直的各点的电势：在匀强电场中与电场线垂直的各点的电势有什么关系？有什么关系？（电势相等）（电势相等）四四. .等势面等势面1 1. .定义：定义：电场中电势相等的点构成的面叫做

25、电场中电势相等的点构成的面叫做等势面等势面问题问题5：与电场线相似，等势面也是用来形象地描述电场：与电场线相似，等势面也是用来形象地描述电场的，等势面与电场线有什么关系？的，等势面与电场线有什么关系？我的结论：我的结论： 等势面一定与电场线等势面一定与电场线 ，即跟电场强度的方向，即跟电场强度的方向 。 电场线由电势电场线由电势 的等势面指向电势的等势面指向电势 的等势面。的等势面。垂直垂直垂直垂直高高低低E+2 2. .常见电场的等势面常见电场的等势面（1 1）在同一等势面上的任意两点间移动电荷，电场）在同一等势面上的任意两点间移动电荷，电场 力力不做功。不做功。（2 2）电场线）电场线垂直

26、垂直等势面，且由电势等势面，且由电势较高较高的等势面的等势面指指向向电势电势较低较低的等势面的等势面 。（4 4）等势面）等势面密密处场强处场强大大、电场线、电场线密密，等势面，等势面疏疏处场处场强强小小、电场线、电场线疏疏。（3 3）不同等势面在空间不相交、不相切。）不同等势面在空间不相交、不相切。4 4、等势面的特点：、等势面的特点：202010100 0（5 5）沿电场方向电势降低最）沿电场方向电势降低最快。快。（6 6）匀强电场中电势）匀强电场中电势均匀均匀变化。变化。课后练习【等势面与电场线对比总结】【等势面与电场线对比总结】（2 2）等势面通常画成等差等势面，在）等势面通常画成等差

27、等势面，在等差等势面等差等势面中，中，等势面越密集的地方场强越大等势面越密集的地方场强越大！（2 2）等势面是虚拟的，）等势面是虚拟的，实际不存在。实际不存在。（1 1）等势面在空间不相交）等势面在空间不相交（1 1）电场线在空间不相交）电场线在空间不相交（2 2）电场线是虚拟的，）电场线是虚拟的，实际不存在。实际不存在。相同点相同点联系联系不同点不同点等势面等势面不一定不一定闭合。闭合。电场线电场线一定不一定不闭合闭合（1 1）电场线与等势面垂直，由高等势面指向低等势面）电场线与等势面垂直，由高等势面指向低等势面【思考】【思考】判断以下说法是否正确判断以下说法是否正确( )( )A.A.电场

28、强度为电场强度为0 0的地方，电势也一定为的地方，电势也一定为0 0B.B.电势为电势为0 0的地方一定没有电场的地方一定没有电场C.C.场强越大的地方电势也一定越高场强越大的地方电势也一定越高D.D.场强为场强为0 0的地方电势可能不为的地方电势可能不为0 0【分析】【分析】（1 1）特例）特例1 1：在等量异号电荷的中垂线上的中点在等量异号电荷的中垂线上的中点O O处，电势为处，电势为0 0，但场强不为，但场强不为0 0（2 2）特例）特例2 2：在等量同号电荷的中垂线上的中点在等量同号电荷的中垂线上的中点O O处，场强电势为处，场强电势为0 0，但电势不为，但电势不为0 0可见：可见：场

29、强与电势并没有直接的联系！场强与电势并没有直接的联系！D场强场强电势电势1.定义定义2.物理量种类物理量种类3.符号的涵义符号的涵义4.有无相对性有无相对性5. 图形描述图形描述6.联系联系qFE qEP矢量矢量标量标量表示电势大小表示电势大小表示场强方向表示场强方向无相对性无相对性有相对性有相对性电场线电场线等势面等势面场强与电势无直接联系！场强与电势无直接联系！场强与电势对比场强与电势对比1 1、关于等势面，正确的说法是（、关于等势面，正确的说法是（）A A电荷在等势面上移动时不受电场力作电荷在等势面上移动时不受电场力作用，所以不做功用，所以不做功B B等势面上各点的场强大小相等等势面上各

30、点的场强大小相等C C等势面一定跟电场线垂直等势面一定跟电场线垂直D D两等势面不能相交两等势面不能相交CDCD2 2、孤立点电荷电场中的一簇等势面如图所示中虚、孤立点电荷电场中的一簇等势面如图所示中虚线所示，其电势分别为线所示，其电势分别为1 1、2 2、3 3，a a、b b、c c是是某电场线与这簇等势面的交点，且某电场线与这簇等势面的交点，且ab=bc.ab=bc.现将一现将一电荷由电荷由a a移到移到b b，电场力做正功，电场力做正功W W1 1；再由；再由b b移至移至C C，电场力做正功电场力做正功W W2 2, ,则则（） A.W A.W1 1=W=W2 2，1 12 23 3

31、 B.W B.W1 1=W=W2 2，1 12 23 3 C.W C.W1 1W W2 2，1 12 23 3 D.W D.W1 1W W2 2，1 12 23 3C C1 12 23 3方法一方法一: : 根据电场力做功的正负判断：根据电场力做功的正负判断： 如何比较电荷电势能的大小呢？如何比较电荷电势能的大小呢？方法二方法二: : 直接根据公式直接根据公式 判断判断qE 方法三方法三: : 根据电场线来判断根据电场线来判断 3 3、如图，虚线、如图，虚线a a、b b、c c是某静电场中的三个等势面，它们是某静电场中的三个等势面，它们的电势的电势a a最大，最大，c c最少，一带正电的粒子射入电场中，其运最少，一带正电的粒子射入电场中，其运动轨迹如图实线动轨迹如图实线KLMNKLMN