0电势能和电势课件高二上学期物理人教版-1

第十章静电场中的能量1.电势能和电势学习目标1.知道静电力做功的特点,掌握静电力做功与电势能变化的关系,能用比值法定义电势。(物理观念)2.通过类比法分析得出静电力做功与电势能变化的关系,理解电势的定义、定义式、单位,能根据电场线判断电势高低。(科学思维)3.通过类比重力势能引入电势能,体会能量观点分析问题的重要性。(物理观念)基础落实·必备知识全过关一、静电力做功的特点1.静电力做功:在匀强电场中,静电力做功W=qElcosθ。其中θ为_________

_________之间的夹角。

2.特点:在匀强电场中移动电荷时,静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置

,与电荷经过的路径

。静电力可类比重力理解

静电力与位移方向

有关

无关1.电势能:电荷在

中具有的势能,可用Ep表示。可类比重力势能理解

2.静电力做功与电势能变化的关系:WAB=EpA-EpB。与重力做功和重力势

能变化的关系类似

3.电势能的大小:电荷在某点的电势能,等于把它从这点移动到__________

位置时静电力所做的功。

4.零势能位置的规定:通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为0,或把电荷在大地表面上的电势能规定为0。二、电势能电场

零势能【要点提示】

只有规定了零电势能的位置,才能计算电荷在某点的电势能。1.电场中某一点的电势:电荷在电场中某一点的

与它的_______

之比,即φ=

。

2.单位:伏特,符号为

。

1V的物理意义:在电场中某一点,如果电荷量为

的电荷在这点的电势能是

,这一点的电势就是1V,即1V=1J/C。

3.标矢性:电势只有大小,没有方向,是个标量。4.沿着电场线方向电势逐渐

。可类比重力

场中的高度

三、电势电势能电荷量

V

1C1J降低情境链接在甲、乙两图中,小球均从B点移到A点,甲图中重力对小球做什么功?小球的重力势能怎样变化?乙图中静电力对带电小球做什么功?带电小球的电势能怎样变化?提示:重力做正功,重力势能减小;静电力做正功,电势能减小。教材拓展阅读教材第26页

“思考与讨论”,通过比较物体的重力和静电力的大小、方向特点,我们得出了静电力做功和重力做功具有一样的特点的结论,这个推理过程包含了研究物理问题的重要方法,其核心是什么?提示:类比法,即由两个对象的某些相同或相似的性质,推断出它们的其他性质可能相同或相似的推理方法。易错辨析(1)将电荷从电场中的A点移动到B点,然后从B点移动到A点,两个过程中静电力做功相等。

(

)

(2)某电场中,带电物体在A点、B点具有的电势能分别为EpA=5

J、EpB=-8

J,则EpA>EpB。

(

)

(3)带电物体在电场中的A点电势能可能为5

J,也可能为-8

J。

(

)

(4)负电荷沿电场线方向移动时,静电力做负功,电势能增加。

(

)

提示:从A点移动到B点,A点为始位置,B点为末位置;从B点移动到A点,A点为末位置,B点为始位置;两个过程的始末位置不同,静电力做功不同。

×√

√

√

(5)某电场中,A点的电势φA=3

V,B点的电势φB=-4

V,则φA>φB。

(

)

(6)只有正电荷沿电场线移动时,电场的电势才降低。

(

)

×√

提示:电场中电势的变化与电荷移动无关,只要沿电场线移动,电势就降低。重难探究·能力素养全提升探究点一对静电力做功、电势能的理解导学探究1.如图所示,正试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中从A移动到B。(1)若q沿直线AB(图甲)运动,静电力做的功为多少?(2)若q沿(图甲)AMB从A点移动到B点,静电力做的功为多少?提示:静电力对试探电荷q做的功WAB=Fcos

θ·|AB|=qEcos

θ·|AB|=qE·|AM|。提示:在q沿AM移动过程中静电力做功W1=qE·|AM|,在q沿MB移动过程中静电力做功W2=0,总功WAMB=W1+W2=qE·|AM|。(3)若q沿任意曲线ANB(图乙)从A点移动到B点,静电力做的功为多少?(4)由此可得出什么结论?提示:WANB=W1+W2+W3+…+Wn=qE·|AM|。

提示:电荷在匀强电场中沿不同路径由A点运动到B点,静电力做功相同。说明静电力做功与路径无关,只与初、末位置有关。2.(1)类比重力做功与重力势能变化的关系,试分析,正电荷只在静电力作用下从A→B运动(图甲)和从B→A运动时(图乙)静电力做功情况、动能和电势能的变化。提示:类比重力做功与重力势能变化的关系可知,电荷从A→B静电力做正功,动能增加,电势能减少;从B→A静电力做负功,动能减少,电势能增加。(2)如果规定B点为零势能位置,若电荷从A移动至B静电力对电荷做功为WAB,则电荷在A点电势能是多少?提示:由WAB=EpA-EpB=EpA-0得EpA=WAB。

知识归纳1.对静电力做功特点的理解(1)静电力对电荷所做的功,与电荷的初末位置有关,与电荷经过的路径无关。该结论适用于任何静电场。(2)无论带电体在电场中做直线运动还是做曲线运动,无论带电体只受静电力作用还是受多个力作用,无论静电力做正功还是做负功,静电力做功的特点不变。2.对电势能的理解

特点理解系统性电势能是由电场和电荷共同决定的,是属于电荷和电场所共有的,我们习惯上说成电荷的电势能相对性电势能是相对的,其大小与选定的电势能为零的参考点有关。确定电荷的电势能,首先应确定参考点标量性电势能是标量,有正负但没有方向

典例剖析【例1】

将电荷量为6×10-6C的负电荷从电场中的A点移到B点,克服静电力做了3×10-5J的功,再从B移到C,静电力做了1.2×10-5J的功。(1)电荷从A移到B,再从B移到C的过程中电势能改变了多少?(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?答案:增加了1.8×10-5

J答案:3×10-5

J

1.8×10-5

J答案:-3×10-5J

-1.2×10-5

J解析:(1)WAC=WAB+WBC=(-3×10-5+1.2×10-5)

J=-1.8×10-5

J。可见电势能增加了1.8×10-5

J。(2)如果规定A点的电势能为零,由公式得该电荷在B点的电势能为EpB=EpA-WAB=0-WAB=3×10-5

J。同理,C点的电势能为EpC=EpA-WAC=0-WAC=1.8×10-5

J。(3)如果规定B点的电势能为零,则该电荷在A点的电势能为EpA'=EpB'+WAB=0+WAB=-3×10-5

J。C点的电势能为EpC'=EpB'-WBC=0-WBC=-1.2×10-5

J。方法技巧

1.电荷在电场中某点的电势能大小与零电势能位置的选取有关;电荷在电场中某两点间的电势能变化与零电势能位置的选取无关。2.求电势能变化的两条思路(1)利用ΔEpAB=EpB-EpA

,即电荷从A到B的电势能变化等于末位置与初位置的电势能之差。(2)利用WAB=

EpA-EpB,即ΔEpAB=-WAB,电荷从A到B的电势能变化等于从初位置到末位置静电力做功的负值。对点演练1.在电场中,把电荷量为4×10-9C的正点电荷从A点移到B点,克服静电力做功6×10-8J,下列说法正确的是(

)A.电荷在B点具有的电势能是6×10-8JB.B点电势是15VC.电荷的电势能增加了6×10-8JD.电荷的电势能减少了6×10-8JC解析:点电荷在电场中某点的电势能具有相对性,只有确定了零势能位置,B点的电势、电荷在B点的电势能才是确定的数值,A、B错误;由于电荷从A点移到B点的过程中是克服静电力做功6×10-8

J,故电荷电势能应该是增加了6×10-8

J,C正确,D错误。探究点二对电势的理解及电势高低的判断导学探究在如图所示的匀强电场中,电场强度为E,取O点为零势能点,A点与O点的距离为l,AO连线与电场强度负方向的夹角为θ。(1)电荷量为q、-q和2q的试探电荷在A点的电势能分别为多少?(2)不同电荷在同一点的电势能与电荷量的比值是否相同?提示:Eqlcos

θ;-Eqlcos

θ;2Eqlcos

θ。

提示:相同。

(3)不同电荷在同一点的电势能与电荷量的比值与试探电荷的电荷量是否有关系?提示:无关。

知识归纳1.对电势的理解

特点理解相对性电势是相对的,电场中某点的电势大小与零电势点的选取有关。通常将离场源电荷无穷远处,或地球表面选为零电势点固有性电场中某点的电势大小是由电场本身的性质决定的,与在该点是否放有电荷及所放电荷的电荷量和电势能均无关标量性(1)电势是只有大小、没有方向的标量;(2)在规定了零电势点后,电场中各点的电势可能是正值,也可能是负值。正值表示该点的电势高于零电势;负值表示该点的电势低于零电势;(3)电势的正负只表示大小2.电势与电势能的比较

比较项电势φ电势能Ep区别描述电场的能的性质电荷在电场中某点所具有的势能电场中某一点的电势φ的大小,跟电场本身的性质和零电势点的选择有关,跟点电荷q无关电势能的大小由点电荷q和该点电势φ共同决定沿电场线方向电势逐渐降低,选定零电势点后,某点的电势高于零,为正值,某点的电势低于零,为负值对于正点电荷(+q),电势能的正负跟电势的正负相同;对于负点电荷(-q),电势能的正负跟电势的正负相反单位:伏特(V)单位:焦耳(J)联系Ep=qφ3.电势与电场强度的区别和联系

比较项电场强度电势物理意义描述电场的力的性质描述电场的能的性质定义E=,E的数值等于单位正电荷受到的静电力φ=,φ的数值等于单位正电荷的电势能矢量与标量矢量,规定正电荷在某点受到的静电力方向为该点电场强度方向标量,但有正负,表示电势的高低决定因素电场强度由电场本身决定,与放不放试探电荷及试探电荷受力大小无关电势由电场本身决定,与试探电荷无关,某点电势的大小与参考点的选取有关比较项电场强度电势单位牛每库(N/C)伏特联系(1)沿着电场强度的方向电势降低得最快;(2)大小之间无直接关系。电势为零的点,电场强度不一定为零;电势高的地方,电场强度不一定大;电场强度为零的地方,电势不一定为零;电场强度大的地方,电势不一定高典例剖析【例2】将一正电荷从无穷远处移至电场中M点,静电力做功为6.0×10-9J,若将一个等量的负电荷从电场中N点移向无穷远处,静电力做功为7.0×10-9J,则M、N两点的电势φM、φN的关系为(

)A.φM<φN<0

B.φN>φM>0C.φN<φM<0 D.φM>φN>0

C教你析题

读取题干获取信息静电力做功为6.0×10-9

J电势能减小6.0×10-9

J静电力做功为7.0×10-9

J电势能减小7.0×10-9

JM、N两点的电势φM、φN的关系φ=教你破题

对点演练2.(2025河北卷)《汉书》记载“姑句家矛端生火”,表明古人很早就发现了尖端放电现象。若带电长矛尖端附近某条电场线如图所示,则a、b、c、d四点中电势最高的是(

)D解析:沿电场线方向电势逐渐降低,可知φd>φc>φb>φa,A、B、C三项错误,D项正确。A.a点

B.b点 C.c点 D.d点学以致用·随堂检测全达标1.(静电力做功、电势高低的判断)(多选)描述某静电场的电场线如图所示,a、b、c是同一条电场线上的三个点,其电场强度大小分别为Ea、Eb、Ec,电势分别为φa、φb、φc。把正点电荷沿电场线由a点移至b点的过程中,下列说法正确的是(

)BDA.静电力做正功,电势能增大B.静电力做正功,电势能减小C.Ea>Eb>Ec

D.φa>φb>φc解析:正电荷由a点移到c点过程中,静电力和位移方向均由a点指向c点,故静电力做正功,电势能减小,A错误,B正确;由a点移到c点,电场线由疏变密,故电场强度Ea<Eb<Ec,C错误;沿电场线方向电势降低,故φa>φb>φc,D正确。2.(电势能、电势高低判断)某电场的电场线分布如图所示,则下列说法正确的是(

)DA.P带负电B.a点电势大于b点电势C.a点的电场强度大于b点的电场强度D.将某负电荷从c点沿电场线移到d点,其电势能增大解析:电场线由正电荷发出,则P带正电,故A错误;沿着电场线方向