2020年高中物 1.4电势能和电势 选修ppt课件

1、第四节第四节 电势能和电势电势能和电势第一章第一章 静电场静电场试探电荷静止的放入电场中试探电荷静止的放入电场中,将如何运动将如何运动?E 电荷做加速运动电荷做加速运动,一段时间后获一段时间后获得一定的速度得一定的速度,试探电荷的动能添加试探电荷的动能添加.+F讨论：什么能转换为动能的呢讨论：什么能转换为动能的呢? ? 将试探正电荷将试探正电荷q在电场强度为在电场强度为E的匀强电场中沿几条不同途径从的匀强电场中沿几条不同途径从A点挪动到点挪动到B点点,静电力对电荷做功静电力对电荷做功分别为多少分别为多少?甲甲EMW=F cos|AB|=q E |AM|A AB B沿沿 直直 线线ABqF甲甲E

2、A AB B沿沿 折折 线线AMBMABA MW1=qE |AM|W2=0M B所以：全过程做功所以：全过程做功 W=W1+W2=q E|AM|qFqFENAB乙乙沿曲线沿曲线ANB呢呢?F用无数组跟静电力垂直和平行的折线来逼近用无数组跟静电力垂直和平行的折线来逼近ANBANBMW = q E|AM|由以上的推导我们发现了什么由以上的推导我们发现了什么?E乙乙 在匀强电场中挪动电荷时在匀强电场中挪动电荷时,静电力做的功静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关与电荷的起始位置和终止位置有关,但与电荷但与电荷经过的途径无关经过的途径无关.推行推行:非匀强电场也适用非匀强电场也适用.一一. .静电

3、力做功的特点静电力做功的特点 我们学过了什么物理量我们学过了什么物理量做功与途径无关做功与途径无关,只与初末位只与初末位置有关置有关?地球地球负电负电荷荷m+q重力场与电场的类比重力场与电场的类比 重力场重力场 电场电场mgqE场方向场方向场方向场方向地球附近的重力场跟电荷的电场类似地球附近的重力场跟电荷的电场类似正电正电荷荷-qqE场方向场方向重力做功与重力势能的关系重力做功与重力势能的关系WG = EP1 - EP2 = -EP1. 重力做正功重力做正功,重力势能减少重力势能减少. 重力做负功重力做负功,即物体抑制重力做功即物体抑制重力做功, 重力势能添加重力势能添加.重力做的功等于重力势

4、能的减少量重力做的功等于重力势能的减少量. 正电荷从正电荷从A点移到点移到B点时点时,静电力做正功静电力做正功,电荷电荷的电势能减少的电势能减少. 正电荷从正电荷从B点移到点移到A点时点时,静电力做负功静电力做负功,即电即电荷抑制静电力做功荷抑制静电力做功,电荷电荷的电势能添加的电势能添加.ABE+vABE+v电场力做功与电势能的关系电场力做功与电势能的关系二二.电势能电势能电场中的电荷由于遭到电场力电场中的电荷由于遭到电场力作用而具有的势能。作用而具有的势能。1. 定义定义:2. 静电力做的功等于电势能的减少量静电力做的功等于电势能的减少量WAB = EPA EPB=EP 例例1. 如图如图

5、,在场强在场强 的匀强电场的匀强电场中中,点电荷点电荷q=+1C从从A挪动到挪动到B,AB相距相距L=1m,电场力做功为多少电场力做功为多少?电势能如何变化电势能如何变化?CNE310EW=E q L=J310NoImageJWEp310即电势能减少即电势能减少J310q qFAB 要想确定电荷要想确定电荷q在在B点的电势能点的电势能,该怎样办该怎样办?( ( 提示提示: :类似于重力势能确实定类似于重力势能确实定 ) )类似重力势能类似重力势能, ,首先要确定零电势能处首先要确定零电势能处. .设设A点的电势能点的电势能0PAEPBPAABEEWJWEABPB310点评点评: : 1.1.确

6、定电势能确定电势能, ,首先要确定零电势能处首先要确定零电势能处. .2.2.电势能为负表示电荷在该处的电势能电势能为负表示电荷在该处的电势能小于零电势能处小于零电势能处. .二二.电势能电势能电场中的电荷由于遭到电场力电场中的电荷由于遭到电场力作用而具有的势能。作用而具有的势能。1. 定义定义:2. 静电力做的功等于电势能的减少量静电力做的功等于电势能的减少量WAB = EPA - EPB 电荷在某点的电势能电荷在某点的电势能,等于静电力把它等于静电力把它 从该点挪动到零势能位置时电场力所做的从该点挪动到零势能位置时电场力所做的功功. (通常把离场源无限远处或大地外表的通常把离场源无限远处或

7、大地外表的电势能规定为零电势能规定为零) 什么是比值定什么是比值定义法义法? ?之前学过的什之前学过的什么物理量是经过它么物理量是经过它定义的定义的? ? 取取O点的电势能为零点的电势能为零, 那么那么:EPA = q E L COSELCOSqEPA讨论电势能与电荷的比值讨论电势能与电荷的比值?ALOE+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它的电荷量的比值它的电荷量的比值2. 公式公式:qEP3. 单位单位: 伏特伏特 符号为符号为V1 V = 1 J/C三三. 电势电势1. 定义定义:1.沿着电场线方向沿着电场线方向,电势电势将怎样变化将怎样变化? 2.如何确定电场中某

8、点的电如何确定电场中某点的电势势?( (提示提示: :类比于电势能确实定类比于电势能确实定.) .)3.电势为负数时电势为负数时,负号表示方负号表示方向吗向吗?1. 电场线指向电势降低的方向电场线指向电势降低的方向2.与电势能的情况类似与电势能的情况类似,应先确定电场应先确定电场中某点的电势为零中某点的电势为零.(通常取离场源电通常取离场源电荷无限远处或大地的电势为零荷无限远处或大地的电势为零.) 3.电势是标量电势是标量,只需大小只需大小,没有方向没有方向.(负电负电势表示该处的电势比零电势处电势低势表示该处的电势比零电势处电势低.) 例例2. 将一电量为将一电量为 的点电的点电荷从电场外一

9、点荷从电场外一点P移至电场中某点移至电场中某点A, 电电场力做场力做 功功 ,求求A点的电势点的电势.cq6102J5104解解:设场外一点设场外一点P的电势为的电势为0pJWEPA5104VVqEPAA2010210465从从P A,电场力做的功电场力做的功 PAEW 点评点评: :电势确实定首先要确定零电势处电势确实定首先要确定零电势处, ,且电势可以为负且电势可以为负. .思索思索 在上面关于电势能和电势的讨在上面关于电势能和电势的讨论及插图中论及插图中,我们不断把试探电荷我们不断把试探电荷q当作正电荷处置当作正电荷处置.请把请把q当做负电荷当做负电荷,反复以上讨论反复以上讨论.其结果与

10、上面的结果其结果与上面的结果能否一致能否一致? 前面我们曾经用电场线描画了电场的力的性质的分前面我们曾经用电场线描画了电场的力的性质的分布图，那么从能量的角度描画出来的电场分布图又是怎布图，那么从能量的角度描画出来的电场分布图又是怎样的呢？正像地理上描画的地形图与矿产资源分布图样的呢？正像地理上描画的地形图与矿产资源分布图不一样，电场的力的分布图与能的分布图一定也是不一不一样，电场的力的分布图与能的分布图一定也是不一样的。用什么方法可以描画出电场的能的分布图呢？样的。用什么方法可以描画出电场的能的分布图呢？ 我们知道，电场中每个点的电势普通是我们知道，电场中每个点的电势普通是不一样的，但依然有

11、许多点的电势是一样的。不一样的，但依然有许多点的电势是一样的。例如点电荷构成的电场中，离场源间隔相等例如点电荷构成的电场中，离场源间隔相等的各点电势都是一样的的各点电势都是一样的 A=B ，假设，假设把这些点连起来，那么构成一个曲面，我们把这些点连起来，那么构成一个曲面，我们把这个面叫做把这个面叫做“等势面。等势面。QCBA 在地图上我们常用等高线来表示地形的高低，与此类似，电场在地图上我们常用等高线来表示地形的高低，与此类似，电场中常用中常用“等势面来表示电势的高低。等势面来表示电势的高低。四、等势面：电场中电势一样的各点构成四、等势面：电场中电势一样的各点构成的面。的面。1 1在同一等势面

12、上挪动电荷，电场力不做功；在同一等势面上挪动电荷，电场力不做功；2 2等势面与电场线处处垂直；等势面与电场线处处垂直；3 3等势面间的疏密程度表示了场强的大小；等等势面间的疏密程度表示了场强的大小；等 势面的法线表示了电场的方向，电场线的方势面的法线表示了电场的方向，电场线的方 向是由高等势面指向低等势面。向是由高等势面指向低等势面。4 4匀强电场的等势面是一组相互平行的疏密均匀强电场的等势面是一组相互平行的疏密均 匀的平面；匀的平面； 几种常见电场的等势面分布图谱：几种常见电场的等势面分布图谱： 离导体外表越近，离导体外表越近，等势面的外形与导体等势面的外形与导体外表越类似。外表越类似。1.

13、 1.处于静电平衡形状的导体上各点的电势处处于静电平衡形状的导体上各点的电势处处相等，整个导体是一个等势体。处相等，整个导体是一个等势体。AB假设假设AB，那么，那么EPAEPB，WAB0,电荷受力电荷受力不平衡。不平衡。2 2、等势面与电场线一样是人们为了笼统描画电、等势面与电场线一样是人们为了笼统描画电场而引入的假想曲线；他们从两个不同的角度场而引入的假想曲线；他们从两个不同的角度描画了电场的分布情况，两者相互垂直。描画了电场的分布情况，两者相互垂直。由于处于静电平衡形状的导体内部场强由于处于静电平衡形状的导体内部场强处处为零，在导体的恣意两点间挪动电处处为零，在导体的恣意两点间挪动电荷电场力都不做功，阐明导体内各点荷电场力都不做功，阐明导体内各点包括外表的电势都相等，所以整个包括外表的电势都相等，所以整个导体是等势体，导体外表是等势面导体是等势体，导体外表是等势面 推论：地球是处于静电平衡形状的推论：地球是处于静电平衡形状的大导体大导体 1 1跟地球相连的导体是等势体跟地球相连的导体是等势体 2 2实践中常取地球或与地球相实践中常取地球