电势能和电势、电势差

《电势能和电势、电势差》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电势能和电势、电势差（45页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第四节 电势能和电势力学中我们研究其中心问题力和运动的关系时，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作用“电场具有力的性质”的角度研究了电场的性质，并且引入“电场强度”去描述电场的这种性质；那么从能量的角度来看，电场又有什么性质呢？ 我们知道，若把一个试探电荷放入电场中，它将在静电力的作用下做加速运动，从而获得一定的动能，这是静电力做功的结果，显然要研究电场的能的性质，首先就要研究静电力的作功问题。一个试探电荷在电场中某点由静止 释放,将如何运动? E在电场力作用下电荷做加速运动,一 段时间后获得一定

2、的速度,试探电荷的动 能增加.+F什么能转换为动能的呢?一、电场力做功的特点在匀强电场中移动电荷时，电场力做的功与电 荷经过的路径无关,只与电荷的起始位置和终止位 置有关。 对于非匀强电场也适用B+MAF q+WAB = F|AB|cos=qE|AM|把正电荷沿不 同路径从A点移 到B电场力做功 ？将+q由A移 到B的过程电 场力对电荷做 功为：将-q由A移到B的过程，电场力对电荷做功为：dAB+qEL二、电势能 定义：定义：电场中的电荷由于受到电 场力作用而具有的势能。在必修物理中我们学过，正是由于重力做 功与路径无关，故质量为m的物体在重力场 中具有一定的重力势能；同样的道理，电场 力做功

3、也与路径无关，所以电量为q的带电 体在电场中也应该具有一定的“电势能”。正电荷从A点移到 B点时,电场力做正功, 电荷的电势能减少.正电荷从B点移到 A点时, 电场力做负功, 即电荷克服静电力做 功,电荷的电势能增加.ABE+v ABE+v如果是负电荷情况相同小结1、电场力对电荷做正功，电荷的电势能减 小2、电场力对电荷做负功，电荷的电势能 增加3、电场力做的功等于电势能变化量的负值电势能为负表示电荷在该处的电势能比 零 还要小.电势能是标量电势能是相对的，与零势能面的选择有关 。电势能是电荷和电场所共有的，具有系统 性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

4、势能规定为零。电荷在某点的电势能，等于电 场力把它从该处移动到零势能位 置所做的功零电势能点的选取零电势能点的选取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 间的作用力有重力就有重力势能Ep= mgh有电场力就有相应的能， 叫电势能EPEp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电场力做正功，电势能就减少电场力做负功，电势能就增加电场力作功，电势能改变重力做功，重力势能改变重力做正功，重力势能就减少 重力做负功，重力势能就增加W重 = EP1-EP2W电 = EPA-EPB例1. 如图,在场强 的匀强电场中, 点电荷q=+1c从A移动

5、到B,AB相距L=1m,电场 力做功为多少?电势能如何变化?电荷在B点具有的电势能多大？电势能减少EqFAB设A点的电势能WAB = EPAEPB =103J电势能为负表示 的物理意义是什 么？+1、把电量q1=510-5C的电电荷从电场电场 中的A点移到B点 ，电场电场 力做功W1=10-3J，则电则电 荷q1在A、B两点的电势电势 能EA1与EB1之差EA1-EB1=_J；若把q2=-110-4C的电电荷从A点移到B点，电场电场 力做功 W2=_J，电电荷q2从A到B电势电势 能的变变化量为为多少 ？2、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

6、，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 JEPC=-1.210-5 JEPB=310-5 JEPA= -310-5 J 电场的力的性质我们必须用场强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。

7、而电势能的大小是与试探电荷的电量q有关的（因q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。3、电势：描述电场的能的性质的物理量。 如图所示，设想把一试探电荷+q 放在电场中 某处A或B。它们在电场力F的作用下均移至无 限远处。则有：WAWB那么怎样去衡量电场的能的性质、怎样去定义“电势”呢？+AB EpA-0EpB-0同理可知：若试探电荷为-q，也有：也就是说，比值EpA/q的大小与试探电荷的正负及电 量q均无关，只与电场中该点在电场中的位置有关，故其 可衡量电场的性质。（1 1）概念：电荷在电场中

8、某一点的电势能与它的）概念：电荷在电场中某一点的电势能与它的 电荷量的比值，叫做这一点的电势电荷量的比值，叫做这一点的电势。（2）定义式：（3 3）单位：伏特（）单位：伏特（V V）（4）电势是标量。但有正有负，其正负同样表示 大小（其零点在无限远处或大地）。a. 电势是表征电场中某点的能的性质的物理量（ 物理意义），仅与电场中某点性质有关，与电场力 做功的值及试探电荷量、电性无关。类似场强Eb.电势是相对的，只有选定了零电势点后才有意义 ，类似重力场中的高度。（5）决定式：（真空中，点电荷）a.电势是电场本身的性质，其大小跟场源Q及 该点到场源间的距离r有关，还跟零电势点的 选取有关。与试探

9、电荷q无关。b.电势能的大小不仅与场源有关，还与试探 电荷q有关。如以无穷远处电势为零则： 正电荷（+Q）形成的电场中各点的电 势均为正值（且离场源近处电势大） ； 负电荷（-Q）形成的电场中各点的电 势均为负值（且离场源近处电势小） 。在电场中，电势零点的选取是任意的，视在电场中，电势零点的选取是任意的，视 方便而定。方便而定。如何确定电场中某点的电势呢？沿着电场线方向，电势如何变化呢 ？沿着电场线的方向，电势越来越低电势具有相对性，先规定电场中某处的 电势为零，然后才能确定电场中其他各点的 电势。（通常取离场源电荷无限远处或大地 的电势为零）电场中电势相同的各点构成的面等势面与电场线的关系

10、 ：（1）电场线与等势面垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面问题：等势面能相交、相切吗？（2）不能。等差等势面越密的地方，电场 强度E越大点电荷电场中的等势面 与等高线对比示意图匀强电场的电场线与等势面几种常见电场的等势面分布图谱： 等量异种点电荷电场中的等量异种点电荷电场中的 等势面与等高线对比示意等势面与等高线对比示意 图图等量同种点电荷电场中的等量同种点电荷电场中的 等势面与等高线对比示意等势面与等高线对比示意 图图几种常见电场的等势面分布图谱： 带电体周围的电场线与等势面几种常见电场的等势面分布图谱： 例1. 试探电荷q1放在电场中的A点,电势能为E(规定无限远处电势能为零),

11、A点的电势为_,若把试探电荷q1换成试探电荷q2放在电场中的A点,A点的电势为_ (仍规定无限远处电势能为零).例2. 将一电量为 的点电荷从 电场外一点P移至电场中某点A, 电场力做 功 ,求A点的电势.解: 场外一点P的电势为从P A,电场力做的功 PAEW-=注意:计算电势首先要规定零电势处,且 电势可以为负.如图所示，虚线a、b和c是某静电场中的三个等势面，它们的电 势分别为 、 和 ，一带正电粒子射入电场中，其运动轨迹 如实线KLMN所示。由图可知：A、粒子从K到L的过程中，电场力做负功B、粒子从L到M的过程中，电场力做负功C、粒子从K到L的过程中，电势能增加D、粒子从L到M的过程中

12、，动能减少例例3 3：如图所示，三个等差等势面上有a、b、c、d四点，若 将一个正电荷由c经a移动到d电场力做正功W1，若由c 经b移动到d电场力做正功W2，则：例例4 4 ：随堂训练两块带电的平行金属板相距2cm，板间有一与板面垂直 的匀强电场，一电子从负极板自由释放，经1.510-8s打 到对对面极板上，求该电场该电场 的电场电场 强度。（电电子质质量 m=9.110-31kg）随堂训练如图所示，细线一端系着一个带电量为+q、质量为m 的小球，另一端固定于O点，加一匀强电场后可使小球 静止于图示位置，此时悬线与竖直方向夹角为。要 使电场的场强最小，该电场场强的方向怎样？大小如 何？垂直悬线

13、斜向上方如何测量一楼房的高度？结论：楼房的高度并不会因为选择的参考基 面不同而不同！类比法重力场电场重力电场力某点的高度某点的电势重力势能电势能重力做功电场力做功 WG= EP1-EP2W电= EPA-EPB两点间高度差？一、电势差与电势的关系则有或者表示成显然设电场中A点的电势为，B点的电势为1、电势差：电场中两点间电势的差值，叫做电势差，也叫电压。则有设电场中A点的电势为，B点的电势为A AB BC CD D15V15V5V5V0 0-3V-3V例如：ABCD0V1V2V3V电势具有相对性，某一点的电势与参考点的选择有关 ，可以理解为距离零参考点的电势差E 0V1V2V-1V二、静电力做功

14、与电势差的关系二、静电力做功与电势差的关系；即或电荷q从电场中A点移到B点， AB电势差的另一种定义方法电势差的另一种定义方法- -比值定义法：比值定义法：电势差在数值上等于移动单位正电荷所做的功1、UAB由什么决定？跟WAB、q有关吗？思考思考? ?2、WAB 跟q、UAB有关吗？跟q、UAB都有关 由电场本身的因素决定，与WAB、q无关学习电势差时应注意几个问题1、应注意WAB、 UAB和q取正号与取负号的物 理意义。 2、电势差也叫电压，在很多场合电压不带正 负号。 3、用 计算电场力做功时，不必考虑 电场力的大小和电荷的移动的路径。 4.功的单位： 焦耳（J） 或电子伏特（ev）电势是

15、相对的、电势差是绝对的课堂 小结电势、电势差电势差 标量，正负表示初末位置电 势高低关系静电力做功与 电势差的关系1、如图所示的电场中，A、B两点间的电势差UAB = 20V，将点电荷q = -210-9C，由A点移到B点， 静电力所做的功是多少？电势能是增加还是减少 ，增加或者减少多少？解：电场力所做的功 WAB =q UAB = （-210-9） 20J = -4.010-8J电场力做负功，电势能 增加，增加4.010-8J课后练习题1 ：解：根解：根据动能定理有：据动能定理有： EEk k=W=qU=1.6=W=qU=1.6 1010-19 1J=1.6 1J=1.6 1010-19J

16、J即：即：1 1ev =1.6 ev =1.6 1010-19J J3.在研究微观粒子常用电子伏特(eV)做能量的 单位。1eV等于一个电子经过1v电压加速后所 增加的动能。请推导电子伏特与焦耳的换算关 系。课后练习题2：5.带电量为+310-6C的粒子先后经过电场中的A、B两点，克服电场力做功610-4J，已知B点电势为50V，则（l）A、B间两点间的电势差是多少？ （2）A点的电势是多少？（3）电势能变化了多少？ （4）把电量为-310-6C的电荷放在A点的电势能是多少？ 解：（1）（2）A=UAB+B=（-200+50）V= -150V（3）因为克服电场力做功610-4J，所以电势能增加了610-4J。（4