第四节电势能和电势课

1、第一章第一章 第第4节节基础知识：基础知识：带箭头的带箭头的直线直线是某区域是某区域电场线电场线的的一条一条，用，用EA、EB来表示来表示A、B两点的两点的电场强度电场强度，则下，则下列说法列说法正确正确的是：的是：ABB、 EAEBC、 EAEBD、 EA、EB的大小关系不确定的大小关系不确定 A、 EA=EB如何理解公式如何理解公式E=F/q与与E=kQ/r2的区别的区别 ？ 基础知识：基础知识：问：问：P点的场强点的场强Ep是否等于是否等于kQ/r2?Pr+a2r+Q思考：思考：石子的动能从何而来？石子的动能从何而来？弹性势能弹性势能思考：思考：箱子的动能从何而来？箱子的动能从何而来？化

2、学能化学能弹性势能：弹性势能：原长原长压缩压缩拉伸拉伸势能势能势能势能能量的能量的转化与守恒转化与守恒：能量不可能凭空产生也不可能凭空消失，能量不可能凭空产生也不可能凭空消失，只能转移或转化只能转移或转化，并保持，并保持总量守恒总量守恒！+静止静止静止静止思考：思考：1. 电荷由静止释放电荷由静止释放,将如何运动将如何运动?2.能否从能量的角度解释动能的增加能否从能量的角度解释动能的增加?+电势能电势能由于由于电荷间电荷间具有相互作用具有相互作用力力，所以电荷，所以电荷在在力力的的作用作用下便会下便会有运动有运动的的趋势趋势，这种，这种趋势就是一种趋势就是一种隐藏的能隐藏的能，叫，叫电势能电势

3、能。M一、静电力做功有什么特点一、静电力做功有什么特点? ?EW = F|AB| cos = q Eq E|AM|AM|1.1.将电荷将电荷q q从从A A沿直线移至沿直线移至B:B:AB+q q+q qFMEAB2.2.将电荷将电荷q q从从A A沿折线移至沿折线移至B:B:对对AM:W1 = q E |AM|对对MB:W2 = 0对全程对全程: :W = W1 + W2= q E|AM|+q qF+q qF3.3.将电荷将电荷q q从从A A沿曲线移至沿曲线移至B:B:MEAB+q qFEAB+q qF+q qF+q qF+q qFW = W1 + W2 + W3 + = q E|AM|W

4、1 = q E x1W2 = q E x2W3 = q E x3 Mx1 + x2 + x3 +=?X1x24.4.将电荷将电荷q q从从A A沿其它曲线移至沿其它曲线移至B B，静电力做功？，静电力做功？5. 5. 如果移动负电荷，如果移动负电荷，1414结论又如何？结论又如何？MEABq qFB+MAFq q+6. 6. 静电力做功有什么特点？静电力做功有什么特点？ 在在匀强电场匀强电场中移动电荷时中移动电荷时,静电力做的功静电力做的功与电荷经过的与电荷经过的路径无关路径无关,与电荷的与电荷的起始起始位置和位置和终止终止位置有关位置有关与初、末两点在与初、末两点在电场线上的距离电场线上的距

5、离有关有关h二、回顾重力做功的特点是什么二、回顾重力做功的特点是什么? ?ABCmg mg mg 1.1.在这三次情况下在这三次情况下重力做功关系？重力做功关系？2.WG = m g h3.3.可以引进重力势可以引进重力势能的概念能的概念三、电势能三、电势能1. 1. 因为在电场中移动电荷时因为在电场中移动电荷时静电力做功静电力做功与与移动移动路径无关路径无关, ,所以电荷在电场中有所以电荷在电场中有电势能电势能(E(Ep p) )思考与讨论：思考与讨论： 如果电荷沿不同路径移动电荷时静电如果电荷沿不同路径移动电荷时静电力做的功不一样，还能建立电势能的力做的功不一样，还能建立电势能的概念吗？为

6、什么？概念吗？为什么？电势能：电势能：E+FF如何如何增加增加或或减小减小电势能电势能？重力势能：重力势能：势能减少势能减少势能增加势能增加GG沿沿着着力力的方向运动：的方向运动：势能减势能减逆逆着着力力的方向运动：的方向运动：势能增势能增同减反增同减反增vv讨论讨论: :下列电荷在电场中移动时下列电荷在电场中移动时, ,静电力做什么功静电力做什么功? ?电荷的电势能如何变化电荷的电势能如何变化? ?EABAB+若在电场中移动的是负电荷呢若在电场中移动的是负电荷呢? ?FF+E-FF三、电势能三、电势能1. 1. 因为在电场中移动电荷时因为在电场中移动电荷时静电力做功静电力做功与与移动移动路径

7、无关路径无关, ,所以电荷在电场中有所以电荷在电场中有电势能电势能(E(Ep p) )2.2.静电力对电荷做静电力对电荷做正功正功 , ,电荷的电势能电荷的电势能减少减少( (负功负功) )WWABAB = E = EPAPA - E - EPBPB(增加增加)静电力做的功等于电势能的静电力做的功等于电势能的减少量减少量. .三、电势能三、电势能1.1.因为在电场中移动电荷时因为在电场中移动电荷时静电力做功静电力做功与与移动移动路径无关路径无关, ,所以电荷在电场中有所以电荷在电场中有电势能电势能(E(EP P) )2.2.静电力对电荷做静电力对电荷做正功正功 , ,电荷的电势能电荷的电势能减

8、少减少( (负功负功) )WWABAB = E = EPAPA E EPB PB ( (功是能量转化的量度功是能量转化的量度) )(增加增加)静电力做的功等于电势能的静电力做的功等于电势能的减少量减少量. .3.3.电势能具有相对性电势能具有相对性, ,电荷在某点的电势能电荷在某点的电势能, ,等于静电等于静电力把它从该点移动力把它从该点移动到零势能位置时所做的功到零势能位置时所做的功 (通常把离场源通常把离场源无限远处无限远处或或大地表面大地表面的电势能规定为零的电势能规定为零)若规定无限远处电势能为零若规定无限远处电势能为零,那么那么:JEPB310?E荷荷q=+1c从从A移动到移动到B,

9、AB相距相距L=1m,静电力做功为静电力做功为 例例1. 如图如图,在场强在场强 的匀强电场中的匀强电场中,点电点电CNE310多少多少?电势能如何变化电势能如何变化?若规定若规定EPB=0,则则EPA=?ABFq+若规定若规定EPA=0,则则EPB=?E EPAPA = q E L COS= q E L COS讨论讨论: :2.2.若取若取B B点的电势能为零点的电势能为零, ,则则A A点的电势能为多少点的电势能为多少? ?1.1.若在若在ABAB两点间分别移动正、负电荷，请两点间分别移动正、负电荷，请比较电荷电势能的变化比较电荷电势能的变化MEABL3.3.点电荷的电量为点电荷的电量为2

10、q2q、 3q3q、4.4.分析分析E EPAPA/q/q一定吗？一定吗？E EPAPA / / q q = E L COS= E L COS5.5.点电荷的电量为点电荷的电量为-q-q、-2q-2q、 -3q-3q、 则则A A点的电势能为多少点的电势能为多少? ? 则则A A点的电势能为多少点的电势能为多少? ?电势能与电量的比值为多少电势能与电量的比值为多少? ?+q qF电荷在电场中某一点的电势能与电荷在电场中某一点的电势能与qEP1 V = 1 J/C四、电势（四、电势（从能量的角度描述电场的性质）从能量的角度描述电场的性质）1. 1. 定义定义: :它的它的电荷量的比值电荷量的比值

11、2. 2. 公式公式: :3. 3. 单位单位: : 伏特伏特(V) (V) ( (计算时要代入正负号计算时要代入正负号) ) 例例2. 试探电荷试探电荷q1放在电场中的放在电场中的A点点,电势能为电势能为E(规定规定无限远处电势能为零无限远处电势能为零),A点的电势为点的电势为_,若把试探若把试探电荷电荷q1换成试探电荷换成试探电荷q2放在电场中的放在电场中的A点点,A点的电势为点的电势为_ (仍规定无限远处电势能为零仍规定无限远处电势能为零).1qE1qE若现在不取无限远处电势能为零若现在不取无限远处电势能为零,A点点的电势还是的电势还是 吗吗?1qE1. 电势具有电势具有相对性相对性,确

12、定电势确定电势,应先规定应先规定电场中某处的电势为零电场中某处的电势为零.( .(通常规定离场通常规定离场源电荷源电荷无限远处无限远处或或大地大地的电势为零的电势为零.) .) 例例3. 将一电量为将一电量为 的点电荷的点电荷从电场外一点从电场外一点P移至电场中某点移至电场中某点A, 电场力电场力做做 功功 ,求求A点的电势点的电势.cq6102J5104解解: 场外一点场外一点P的电势为的电势为0pJWEPAPA5104VVqEPAA2010210465从从P A,电场力做的功电场力做的功 点评点评: :计算计算电势首先要规定电势首先要规定零电势处零电势处,且且电势可以为负电势可以为负.WW

13、PAPA = E = EPPPP - - E EPAPA1. 电势具有电势具有相对性相对性,确定电势确定电势,应先规定电场中应先规定电场中某处的电势为零某处的电势为零.( .(通常规定离场源电荷通常规定离场源电荷无限远无限远处处或或大地大地的电势为零的电势为零.) .)2. 电势是电势是标量标量,有正负有正负,数值取决于数值取决于零电势零电势的的选取选取.( .(负电势表示该处的负电势表示该处的电势电势比比零电势处零电势处电势电势低低.) .)ABCDE电场线指向电势降低的方向电场线指向电势降低的方向. 沿着电场线方向沿着电场线方向,电势将怎样变化电势将怎样变化? MEAB+q q+q qF3

14、.3.沿电场线方向电势沿电场线方向电势降低1.电势具有电势具有相对性相对性,确定电势确定电势,应先规定电应先规定电场中某处的电势为零场中某处的电势为零.( .(通常取离场源电通常取离场源电荷荷无限远处无限远处或或大地大地的电势为零的电势为零.) .)2. 电势是电势是标量标量,有正负有正负,数值取决于数值取决于零电零电势势的选取的选取.( .(负电势表示该处的负电势表示该处的电势电势比比零电势处零电势处电势电势低低.) .) 例例4. 把把 的试探电荷放在电场中的的试探电荷放在电场中的A点点,cq91104具有具有 的电势能的电势能,求求A点的电势点的电势.J8106若把若把 的试探电荷放在电

15、场中的的试探电荷放在电场中的A点点,电电cq102102荷所具有的电势能是多少荷所具有的电势能是多少? 1232 10qc 若把若把 的试探电荷放在电场中的的试探电荷放在电场中的A点点,电电荷所具有的电势能又是多少荷所具有的电势能又是多少? 电场中电势相等的点构成的曲电场中电势相等的点构成的曲面叫做等势面。面叫做等势面。 为了使等势面能够反映电场的为了使等势面能够反映电场的强弱，通常使相邻等势面之间的电强弱，通常使相邻等势面之间的电势差相等。势差相等。1.沿着等势面移动电荷时，电场力所作的功为零。沿着等势面移动电荷时，电场力所作的功为零。2.在任何静电场中电场线与等势面是互相垂直的。在任何静电

16、场中电场线与等势面是互相垂直的。3.等势面愈密等势面愈密(即间距愈小即间距愈小)的区域，场强愈大。的区域，场强愈大。 2.等势面等量异号点电荷的电场等量异号点电荷的电场等量同号点电荷的电场等量同号点电荷的电场正点电荷的电场正点电荷的电场孤立带电体的电场孤立带电体的电场WWABAB = E = EPAPA - E - EPBPBABCDE 课堂训练：课堂训练：B B3 3、下列说法正确的是、下列说法正确的是A A、在等势面上移动电荷，电场力总是不做功、在等势面上移动电荷，电场力总是不做功B B、电荷从、电荷从A A点移到点移到B B点，电场力做功为零，则电点，电场力做功为零，则电 荷一定是沿等势面移动的荷一定是沿等势面移动的C C、在同一个等势面上的各点，场强的大小必然、在同一个等势面上的各点，场强的大小必然 是相等的