湖北省丹江口市高中物理第一章静电场4电势能和电势课件1新人教版选修3-1.ppt

1、电势能和电势,力学中我们研究问题时，是分别从动力学和能量两个角度来进行的。现在电学中我们要深刻认识电场的性质，也要采用类似的方法。前面三节内容我们已经从电荷在电场中受力的作用 ，说明电场具有力的性质，建立了电场强度的概念，那么从能量的角度来看，电场又有什么性质呢？,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? 我们首先来研究电场力做功的问题,一、静电力做功的特点,F,q,把正电荷沿不同路径从A点移到B电场力做功？,+,在电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，但与电荷

2、经过的路径无关。,与重力做功特点相类比,静电力做功的特点,对于非匀强电场也适用,由于移动电荷时静电力做的功与移动的路径无关，电荷在电场中具有跟位置相关的能，这种能叫做电势能，用EP表示。,电场力做正功，电势能减少；,二、电势能,电场力做负功，电势能增加。,与重力做功跟重力势能变化关系相类比,重力做的功等于重力势能的减少量,静电力做的功等于电势能的减少量,重力势能的减少量,电势能的减少量,小结：电场力做多少功，电荷电势能就变化多少。,设EPB =0,电荷在某点的电势能，等于把它从该点移到零势能位置时静电力所做的功。,零势能参考点,设EPB =0,电荷在某点的电势能，等于把它从该点移到零势能位置时

3、静电力所做的功。,设EPB =0,1.电荷在某点的电势能，等于把它从该点移到零势能位置时静电力所做的功。,负号表示电势能的高低,2.电势能是相对的，与零电势能面有关,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。,3.电势能是电荷和电场所共有的，具有系统性,4.电势能是标量,电势能为负表示电荷在该处的电势能比零还要小.,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.,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

4、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,尽管重力做功与电场力做功很相似，但还是存在很大差异存在两种电荷,正电荷顺电场线移动， 电场力做正功，电势能减少 负电荷顺电场线移动， 电场力做负功，电势能增加 正电荷逆电场线移动， 电场力做负功，电势能增加 负电荷逆电场线移动， 电场力做正功，电势能减少,思考与讨论：如果电荷沿不同路径移动时静电力做的功不一样，还能建立电势能的概念吗？,下列说法中正确的是（ ） A.当两正点电荷相互靠近时，它们的电势能增大 B.当两

5、负点电荷相互靠近时，它们的电势能增大 C.一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它们的电势能减小 D.一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它们的电势能增大。,例与练,电场力做正功，电势能减少； 电场力做负功，电势能增加。 与重力做功类比,ABC,右图中MN为某电场中一条电场线，方向向右，在MN上取两点a、b，今将一正点电荷q从a移到b则（ ） A.电场力做正功，q的电势能增加； B.电场力做负功，q的电势能增加； C.电场力做正功，q的电势能减少； D.电场力做负功，q的电势能减少。,若q为负点电荷呢？,例与练,v,F,q,F做正功,C,如图所示,电子沿一条电场线MN从a点运动到b点,电势能增加

6、，则 （ ） A.电场力做正功，电场方向从M指向N； B.电场力做正功，电场方向从M指向N ； C.电场力做负功，电场方向从M指向N ； D.电场力做负功，电场方向从N指向M。,电场力做负功,C,将带电量为610-6C的负电荷从电场中的A点移到B点，克服电场力做了310-5J的功，再从B移到C，电场力做了1.210-5J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1.810-5J.,EPC=1.810-5 J,E

7、PC=-1.210-5 J,EPB=310-5 J,EPA= -310-5 J,（8已做）如图所示，点电荷的静电场中电场线用实线表示，但其方向未标明，虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹。a、b是轨迹上的两点。若带电粒子在运动中只受到电场力作用，根据此图可作出正确判断的是( ) A.带电粒子所带电荷的性质 B.带电粒子在a、b两点的受力方向 C.带电粒子在a、b两点的速度何处较大 D.带电粒子在a、b两点的电势能何处较大,E,a,b,BCD,如图所示，是负点电荷产生的电场中的一条电场线。一个带正电的粒子（不计重力）从a到b穿越这条电场线的轨迹如图中虚线所示，则该带电粒子在a点的加速度一

8、定在b点的加速度。带电粒子在a点的电势能一定在b点的电势能。（填“大于”、“小于”式“等于”）。,小于,大于,9.一带电油滴在匀强电场E中的运动轨迹如图虚线所示,电场方向竖直向下.若不计空气阻力,则此带电油滴从a运动到b的过程中,能量变化情况为( ) A.动能减小 B.电势能增加 C.动能和电势能之和减少 D.重力势能和电势能之和增加,E,a,b,C,电场的力的性质我们用场强E来描述，那么电场的能的性质我们又应该用什么物理量来描述呢？能否用“电势能”呢？,电场的能的性质也是电场本身的一种属性，它只能由场源本身所决定，而与电场中有无放入试探电荷无关。而电势能的大小是与试探电荷的电量q有关的（因q

9、越大，其所受电场力就越大，具有的做功本领大，电势能也就大），故不能用“电势能”来描述电场的能的性质，我们引入一个新的物理量“电势”来表示它。,该比值是一个与q无关，仅与电场及A点的位置有关的量。,三、电势,设EP0 =0,该比值称为A点的电势,零势能参考点,1、定义：,电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值，叫做这一点的电势。,2、定义式：,与EP=mgh相类比,电势与高度h相类似,（EP及q含符号）,三、电势,3、单位：伏特，符号为V,4、电势只有大小，没有方向，是标量,5、电势具有相对性,电势是相对于零势能参考点的，,一般选取无穷远电势为0，实际应用中常取大地电势为0,思考,在上面关

10、于电势能和电势的讨论及插图中,我们一直把试探电荷q当作正电荷处理.请把q当做负电荷,重复以上讨论.其结果与上面的结果是否一致?,该比值是一个与q无关，仅与电场及A点的位置有关的量。,设EP0 =0,该比值称为A点的电势,零势能参考点,6.沿电场线 (场强)方向电势越来越低 即电场线指向电势降低的方向,如何比较电势的高低？,如果把q=1.010-8的电荷从无穷远处移至电场中的A点，需克服电场力做功W=1.210-4J.那么 q在A点的电荷能和在A点的电势各是多少？ q未移入电场前A点的电势是多少 ？,EpA=1.210-4J =1.2104V =1.2104V,例与练,如图所示，电场中有A、B两

11、点，则下列说法中正确的是（ ） A、电势A B 场强EAEB B、电势A B 场强EAEpB,例与练,正电荷在高电势处电势能大，负电荷在低电势处电势能大,BC,在电场中一条电场线上有A、B两点,如图所示，若将电荷q1=-2.010-7C从A点移到B点，电场力做了-4.010-4J的功。 (1)以B点为零电势点，A等于多少? (2)电场线的方向如何? (3)如将电荷q2=+1.010-7C从A点移到B点， A等于多少?电场力做了多少功?,例与练,A=2.0103J AB 不变 W=2.010-4J,如图所示,水平固定的小圆盘A,带电量为Q,电势为零,从圆盘外O静止释放一质量为m,带电量为+q的小

12、球,由于电场力的作用,小球竖直上升的高度可达盘中心竖直线上的c点,Oc=h,又知道过竖直线上的b点时,小球速度最大,则在Q所形成的电场中,可确定的物理量是（ ） A. b点的场强 B. c点的场强 C. b点的电势 D. c点的电势,例与练,AD,五、等势面,1、定义：,电场中电势相同的各点构成的面，叫做等势面。,与等高线相类比,6已,二、等势面的特点,（1）在同一等势面上的任意两点间移动电荷，电场力不做功,（2）电场线跟等势面垂直，且由电势较高的等势面指向电势较低的等势面,（3）等势面密处场强大、电场线密，等势面疏处场强小、电场线疏,（4）不同等势面在空间不相交、不相切,三、几种常见电场的等势面分布图谱：,离导体表面越近，等势面的形状与导体表面越相似。,关于等势面，正确的说法是（）A电荷在等势面上移动时不受电场力作用，所以不做功B等势面上各点的场强大小相等C等势面一定