4.电势能电势与电势差

1、第一章 静电场,第4课时 电势能 电势与电势差,新课标高中物理选修31,1、知道静电力做功的特点，了解静电力做功和电势能变化的关系,2、掌握电势能、电势、电势差的概念、公式和性质,学习目标,3、掌握电场力做功与电势差的关系，会用WABqUAB解决有关问题,4、知道电势差和电势、等势面的关系,一、电场能的性质,F,点电荷只在电场力作用下，,动能越来越大。,电荷在电场中具有跟位置相关的能。,速度越来越大，,做加速运动，,动能是什么能转化来的？,一、电场能的性质,二、静电力做功的特点,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。,在电场中

2、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，但与电荷经过的路径无关。,与重力做功特点相类似,二、电场力做功的特点,探究结论,电场力做正功，电势能减少；,三、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似,三、电势能,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,三、电势能,设EPB =0,电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移到零势能位置时所做的功。,零势能参考点,三、电势能,设EPB =0,电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移到零势能位置时所做的功。,三、电势能,设EPB =0,电荷在某点的电势

3、能，等于静电力把它从该点移到零势能位置时所做的功。,负号表示电势能的高低,1、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。,电场力做正功，电势能增加； 电场力做负功，电势能减少。 与重力做功类比,巩固练习,知识链接,ABC,2、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

4、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？,v,F,q,F做正功,巩固练习,D,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,四、电势,四、电势,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,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0,6、沿电场线 (场强)方向电势越来越低,与沿重力加速 度方

5、向高度越来越低相类比,四、电势,3.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?,巩固练习,由W=qUAB得,E,W=qUAB=210-4J,电势由电场决定A不变,巩固练习,oc由动能定理得,在B点，小球受力如图所示,qE,mg,mg=qE,4.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的小球,由于电场力的作用,

6、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,五、电势差 (1)定义：电场中两点间电势的差值 (2)表达式：UABAB，UBABA，UABUBA. (3)电势差是标量，但有正负(AB，UAB0，AB，UAB0) (4)单位：V(伏),特别提醒：电场中两点的电势差，由电场本身的初末位置决定在确定的电场中，即使不放入电荷，任何两点间的电势差都有确定的值,5、在下图中，某电场的等势面用实线表示，各等势面的电势分别为10 V、6 V和2

7、V，则UAB_，UBC_，UCA_.,由图可知，A、B处在同一个等势面上，则有A=B,故UAB=0,BC间的电势差为 UBC=10-（-2）=12V,CA间的电势差为 UCA=（-2）-10=-12V,0,12,-12,巩固练习,(3)电势、电势能的大小与零参考点的选取有关，是相对的，而电势差的大小与零参考点无关.,请你探究电场强度、电势差、电势和电势能几个概念的异同点？,(1)电场强度、电势都是由电场本身决定的，与是否放入电荷无关；而电势能是由电场和电荷共同决定的,(2)电场强度是描述电场强弱和方向的物理量，也是反映电场力的性质的物理量；而电势和电势能是反映电场能的性质的物理量,(1)WAB

8、EPAEPBqAqBq(AB) 即WABqUAB或UAB,六、电势差与静电力做功的关系,(2)说明： 由UABWAB/q可以看出，UAB在数值上等于单位正电荷由A移到B点时电场力所做的功WAB,公式WABqUAB适用于任何电场，UAB为电场中A、B两点间的电势差,6、图中虚线所示为静电场中的等势面1、2、3、4，相邻的等势面之间的电势差相等，其中等势面3的电势为0.一带正电的点电荷在静电力的作用下运动，经过a、b点时的动能分别为26eV和5eV.当这一点电荷运动到某一位置其电势能变为8eV时，它的动能应为() A8eV B13eV C20eV D34eV,解析：由图可判断b点电势高于a点电势，

9、设各等势面间电势差为U，则由动能定理 3qUEkb-Eka=5eV26eV 解得qU7eV,所以，点电荷在等势面3上能量为 E=7eV5eV12eV,则当电势能为8eV时，由能量守恒得:动能为E(8)eV20eV.,C,巩固练习,7、如图所示，a、b、c表示点电荷的电场中的三个等势面，它们的电势分别为 一带电粒子从等势面a上某处由静止释放后，仅受电场力作用运动，已知它经过等势面b时的速率为v，则它经过等势面c时的速度为_,解析：设粒子经过等势面c时的速度为v,由动能定理得,代入数据解之得：v=1.5v,1.5v,巩固练习,8、如图所示，Q为固定的正点电荷，A、B两点在Q的正上方和Q相距分别为h

10、和0.25h，将另一点电荷从A点由静止释放，运动到B点时速度正好变为零，若此电荷在A点处的加速度大小为3/4g，试求(1)此电荷在B点处的加速度 (2)A、B两点间的电势差(用Q和h表示),解析：(1)由题意可知，这一电荷必为正电荷，设其电量为q，由牛顿第二定律,在A点时,在B点时,解之得：aB=3g方向向上,巩固练习,(2)从A到B过程，由动能定理mg(h0.25h)qUAB0,8、如图所示，Q为固定的正点电荷，A、B两点在Q的正上方和Q相距分别为h和0.25h，将另一点电荷从A点由静止释放，运动到B点时速度正好变为零，若此电荷在A点处的加速度大小为3/4g，试求(1)此电荷在B点处的加速度

11、 (2)A、B两点间的电势差(用Q和h表示),巩固练习,9、如图所示，质量为m，带电荷量为q的粒子，以初速度v0从A点竖直向上射入真空中的沿水平方向的匀强电场中，粒子通过电场中B点时，速率vB2v0，方向与电场的方向一致则： (1)小球沿竖直方向做什么运动？B点竖直高度h为多大？ (2)A、B两点间电势差为多大？,解析：(1)因为竖直方向只受重力作用，所以小球在竖直方向做匀减速直线运动,在竖直方向上,巩固练习,9、如图所示，质量为m，带电荷量为q的粒子，以初速度v0从A点竖直向上射入真空中的沿水平方向的匀强电场中，粒子通过电场中B点时，速率vB2v0，方向与电场的方向一致则： (1)小球沿竖直

12、方向做什么运动？B点竖直高度h为多大？ (2)A、B两点间电势差为多大？,(2)由动能定理：,巩固练习,七、等势面,2、在等势面上移动电荷，电场力做功为零,电场线从高等势面垂直指向低等势面,1、定义：,电场中电势相同的各点构成的面，叫做等势面。,3、等势面与电场线垂直,与等高线相类比,七、等势面,10、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等势面一定跟电场线垂直D两等势面不能相交,巩固练习,CD,11、如下电场中，a、b两点场强和电势都相同的是( ) A距正的点电荷等距离的a、b两点 B等量异种点电荷的连线的中垂线上，距连线

13、中点O等距离的a、b两点 C等量同种点电荷的连线上，距连线中点O等距离的a、b两点 D两块带有等量异种电荷的平行金属板间，距同一板不等距离的a、b两点,正的点电荷电场线和等势面分布，如图，a、b两点在同一等势面上，电势相同，场强大小相同，但方向不同，故A错,11、如下电场中，a、b两点场强和电势都相同的是( ) A距正的点电荷等距离的a、b两点 B等量异种点电荷的连线的中垂线上，距连线中点O等距离的a、b两点 C等量同种点电荷的连线上，距连线中点O等距离的a、b两点 D两块带有等量异种电荷的平行金属板间，距同一板不等距离的a、b两点,由图知，a、b两点位于同一等势面上，故两点电势相同，a、b两点处电场线分布疏密程度相同，且a、b两点处电场线的切线方向也相同，故两点场强相同,11、如下电场中，a、b两点场强和电势都相同的是( ) A距正的点电荷等距离的a、b两点 B等量异种点电荷的连线的中垂线上，距连线中点O等距离的a、b两点 C等量同种点电荷的连线上，距连线中点O等距离的a、b两点 D两块带有等量异种电荷的平行金属板间，距同一板不等距离的a、b两点,由图可知，a、b两点分别位于对称的等势面上，故两点电势相同，a、b两点处电场线分布的疏密程度相同，两点场强大小相同，但a点场强方向沿连线指向b，b点场强方向沿