《高中物理 第一章 第4节 电势能和电势课件 新人教版选修3-1.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理 第一章 第4节 电势能和电势课件 新人教版选修3-1.ppt（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四第四节电势能和能和电势 第一章第一章 静电场静电场学学习习目目标标1.知道静知道静电力做功的特点，掌握静力做功的特点，掌握静电力做功与力做功与电势能能变化的化的关系关系2理解理解电势能、能、电势的概念，知道参考点的的概念，知道参考点的选取原取原则3知道什么是等知道什么是等势面，并能理解等面，并能理解等势面的特点面的特点 第一章第一章 静电场静电场一、静一、静电力做功的特点力做功的特点在在电场中把点中把点电荷荷q从从A点移点移动到到B点，不管走什么路径，静点，不管走什么路径，静电力所做的功都相同力所做的功都相同说明静明静电力做功与力做功与电荷荷经过的的_无关，与无关，与电荷的荷的_位置和位置
2、和_位置有关位置有关(如如图所示所示)路径路径起始起始终止止电场减少量减少量EpAEpB减少减少增加增加二、二、电势能能1概念：概念：电荷在荷在_中具有的中具有的势能能3电势能的确定能的确定(1)先确定零先确定零电势能位置能位置(2)通常把通常把电荷在离荷在离场源源电荷荷_的的电势能能规定定为零零,或把或把电荷在大地表面上的荷在大地表面上的电势能能规定定为零，零，电荷在某点的荷在某点的电势能，等于静能，等于静电力把它从力把它从该点移点移动到到_位置位置时所所做的功做的功电势能是相能是相对的的想一想想一想1.当正当正电荷荷顺着着电场线运运动时，电势能是增加能是增加还是是减少？当减少？当负电荷荷顺
3、着着电场线运运动时呢？呢？提示：提示：正正电荷荷顺着着电场线运运动时，电场力做正功，力做正功，电势能减能减少；少；负电荷荷顺着着电场线运运动时，电场力做力做负功功,电势能增加能增加.无限无限远处零零势能能三、三、电势1概念：概念：电荷在荷在电场中某一点的中某一点的电势能与它的能与它的电荷量的荷量的_3相相对性：性：电势也是相也是相对的，常取离的，常取离场源源电荷无限荷无限远处的的电势为零，大地的零，大地的电势为零，零，电势可以是正可以是正值，也可以是，也可以是负值,没有方向，因此是没有方向，因此是_4与与电场线关系：关系：沿沿电场线的方向的方向电势_比比值伏特伏特V标量量降低降低2公式和公式和
4、单位：位：电势的定的定义公式公式为_，单位是位是_，符号是，符号是_.想一想想一想2.电荷荷处在在电场中，在中，在电势越高的位置越高的位置电势能越大能越大吗？提示：提示：不一定不一定.正正电荷在荷在电势越高越高处电势能越大，能越大，负电荷在荷在电势越高越高处电势能越小能越小.四、等四、等势面面1定定义：电场中中电势相等的各点构成的面相等的各点构成的面2特点特点(1)等等势面一定跟面一定跟电场线_，即跟，即跟场强强方向垂直方向垂直(2)电场线总是由是由电势高的等高的等势面指向面指向电势低的等低的等势面，两个面，两个不同的等不同的等势面面_垂直垂直永不相交永不相交(3)两个等两个等势面面间的的电势
5、差是恒定的，但在非匀差是恒定的，但在非匀强强电场中，两中，两个等个等势面面间的距离并不恒定，的距离并不恒定，场强强大的地方，两等大的地方，两等势面面间的距的距离小，离小，场强强小的地方，两等小的地方，两等势面面间的距离大的距离大3应用用(1)由等由等势面可以判断面可以判断电场中各点中各点电势的高低及差的高低及差别(2)由等由等势面可以判断面可以判断电荷在荷在电场中移中移动时静静电力做功情况力做功情况.(3)已知等已知等势面的分布和其形状面的分布和其形状,再根据再根据电场线与等与等势面相互垂面相互垂直的特点，就能描直的特点，就能描绘出出电场线的分布情况，确定的分布情况，确定电场的分布的分布.想一
6、想想一想3.电势不相等的两个等不相等的两个等势面能相交面能相交吗？提示：提示：不同等不同等势面面电势不相等，若两等不相等，若两等势面相交，面相交，则在交点在交点处电势就有两个就有两个值，这与与实际相矛盾，所以两等相矛盾，所以两等势面不相交面不相交.电场力做功特点和做功正力做功特点和做功正负的判断的判断1对电场力做功特点的理解力做功特点的理解(1)电场力力对电荷所做的功，与荷所做的功，与电荷的初末位置有关，与荷的初末位置有关，与电荷荷经过的路径无关的路径无关该结论适用于任何静适用于任何静电场(2)无无论带电体在体在电场中做直中做直线运运动还是做曲是做曲线运运动，无，无论带电体只受体只受电场力作用
7、力作用还是受多个力作用，无是受多个力作用，无论电场力做正功力做正功还是是做做负功，功，电场力做功的特点不力做功的特点不变2电场力做功正力做功正负的判断的判断(1)根据根据电场力和位移的方向力和位移的方向夹角判断角判断夹角角为锐角角电场力做正力做正功功,夹角角为钝角角电场力做力做负功功,夹角等于角等于90，电场力不做功力不做功(2)根据根据电场力和瞬力和瞬时速度方向的速度方向的夹角判断角判断夹角是角是锐角角电场力做正功，力做正功，夹角是角是钝角角电场力做力做负功，功，电场力和瞬力和瞬时速度方速度方向垂直向垂直时电场力不做功力不做功(3)根据根据电势能的能的变化情况判断若化情况判断若电势能增加，能
8、增加，则电场力做力做负功；若功；若电势能减小，能减小，则电场力做正功，若力做正功，若电势能不能不变，则电场力不做功力不做功(4)若物体只受静若物体只受静电力作用，可根据力作用，可根据动能的能的变化情况判断若化情况判断若物体的物体的动能增加，能增加，则电场力做正功，若物体的力做正功，若物体的动能减少，能减少，则电场力做力做负功，若功，若动能不能不变，则电场力不做功力不做功特特别提醒：提醒：计算算电场力的功力的功时要注意要注意电荷的荷的电性，移性，移动的方的方向，向，场强强的方向等，以便正确确定功的正的方向等，以便正确确定功的正负 (2014芜湖一中高二湖一中高二检测)如如图所示所示为方向向下的匀
9、方向向下的匀强强电场两粒子两粒子M、N质量相等，所量相等，所带电荷的荷的绝对值也相等也相等现将将M、N从从O点以相同速度射出，两粒子在点以相同速度射出，两粒子在电场中运中运动的的轨迹迹分分别如如图中两条曲中两条曲线所示所示a、b、c为曲曲线上的三个点，其中上的三个点，其中b点与点与O点点连线与与电场线垂直若不垂直若不计重力，重力，则()AM带负电荷，荷，N带正正电荷荷BM带正正电荷，荷，N带负电荷荷CN在从在从O点运点运动至至a点的点的过程中克程中克服服电场力做功力做功DM在从在从O点运点运动至至b点的点的过程中，程中，电场力力对它做的功等于零它做的功等于零BD思路探究思路探究(1)物体做曲物
10、体做曲线运运动的条件是什么？的条件是什么？(2)判断力做正、判断力做正、负功的方法是什么？功的方法是什么？解析解析根据两粒子的运根据两粒子的运动轨迹可判断，迹可判断，M受向下的静受向下的静电力，力，N受向上的静受向上的静电力，分力，分别与与电场方向同向、反向方向同向、反向,故故M带正正电，N带负电，A错误B正确正确N粒子从粒子从O到到a，电场力与位移力与位移Oa的的夹角小于角小于90，做正功，做正功，C错误；M粒子从粒子从O到到b，电场力与位力与位移移Ob垂直，故垂直，故电场力做功等于零，力做功等于零，D正确故正确故选BD.带电体只在体只在电场力作用下的能量力作用下的能量转化化规律律(1)从从
11、动能定理角度考能定理角度考虑，带电体体动能的能的变化量等于化量等于电场力力对它做的功它做的功(2)从从电场力做功与力做功与带电体的体的电势能能变化的关系考化的关系考虑，带电体体的的电势能的减少量等于能的减少量等于电场力力对它做的功它做的功(3)从能量守恒角度考从能量守恒角度考虑，带电体体动能的增加量等于它的能的增加量等于它的电势能的减少量能的减少量1.(2014广州广州毕业班班测试)如如图所示表示某静所示表示某静电场等等势面的分布，面的分布，电荷量荷量为1.6109 C的正的正电荷从荷从A经B、C到达到达D点从点从A到到D，1.静静电力力对电荷做的功荷做的功为()2.A4.8108 J B4.
12、8108 J3.C8.0108 J D8.0108 J4.解析：静解析：静电力做功与力做功与电荷运荷运动的路径无关，只与的路径无关，只与电荷的起荷的起始始5.位置和位置和终止位置有关从止位置有关从A到到D，静，静电力力对电荷做的功荷做的功为W6.UADq(AD)q(4010)1.6109 J4.81087.J, A、C、D错误，B正确正确B电势能及其能及其变化情况的判断化情况的判断1电势能能(1)电势能是由能是由电场和和电荷共同决定的，属于荷共同决定的，属于电荷和荷和电场所共所共有的，我有的，我们习惯上上说成成电荷的荷的电势能能(2)电势能是能是标量，有正量，有正负但没有方向，其正但没有方向，
13、其正负表示大小表示大小(3)电势能是相能是相对的，其大小与的，其大小与选定的参考点有关确定定的参考点有关确定电荷荷的的电势能，首先能，首先应先确定参考点，也就是零先确定参考点，也就是零势能点的位置能点的位置(4)电势能和重力能和重力势能很能很类似，可作如下似，可作如下对比：比：静静电场重力重力场电场中的中的电荷具有荷具有势能能电势能能重力重力场中的物体具有中的物体具有势能能重力重力势能能电场中同一位置上不同中同一位置上不同电量量电荷的荷的电势能不同能不同重力重力场中同一位置上不同中同一位置上不同质量物体的重力量物体的重力势能不同能不同电场力做正功力做正功时，电势能能减少；减少；电场力做力做负功
14、功时，电势能增加能增加重力做正功重力做正功时，重力，重力势能减能减少；重力做少；重力做负功功时，重力，重力势能增加能增加2电势能增减的判断方法能增减的判断方法(1)做功判断法做功判断法无无论正、正、负电荷，只要荷，只要电场力做正功，力做正功，电荷的荷的电势能一定减能一定减小；只要小；只要电场力做力做负功，功，电荷的荷的电势能一定增大能一定增大(2)电场线判断法判断法正正电荷荷顺着着电场线的方向移的方向移动时，电势能逐能逐渐减小；逆着减小；逆着电场线的方向移的方向移动时，电势能逐能逐渐增大增大负电荷荷顺着着电场线的方向移的方向移动时，电势能逐能逐渐增大；逆着增大；逆着电场线的方向移的方向移动时，
15、电势能逐能逐渐减小减小(3)电势判断法判断法由公式由公式Epq，正，正电荷在荷在电势高的地方高的地方电势能大，能大，负电荷荷在在电势高的地方高的地方电势能小能小 有一有一带负电的点的点电荷，从荷，从电场中的中的A点移到点移到B点点时，克服克服电场力做功力做功6104 J从从B点移到点移到C点，点，电场力做功力做功9104 J，问：(1)若以若以A点点为零零电势能点，能点，B、C两点的两点的电势能各能各为多少？多少？A、C间的的电势能之差能之差为多少？多少？(2)若以若以B点点为零零电势能点，能点，A、C两点的两点的电势能各能各为多少？多少？A、C之之间的的电势能之差能之差为多少？多少？思路探究
16、思路探究电势能能变化与化与电场力做功的关系是什么？力做功的关系是什么？解析解析(1)以以A点点为零零电势能点，能点，则EpA0，由，由电势能的能的变化化与与电场力做功的关系得：力做功的关系得：AB：WABEpAEpBEpBEpAWAB0(6104) J6104 JBC：WBCEpBEpCEpCEpBWBC6104 J9104 J3104 JA、C两点的两点的电势能之差：能之差：EpEpAEpC0(3104) J3104 J.(2)以以B点点为零零电势能点，能点，则EpB0AB：由：由式得：式得：EpAWABEpB6104 J06104 JBC：由：由式得：式得：EpCEpBWBC09104 J
17、9104 JA、C两点的两点的电势能之差能之差为：EpEpAEpB6104 J(9104) J3104 J.答案答案见解析解析2(2013高考天津卷高考天津卷)两个两个带等量正等量正电的点的点电荷，固定在荷，固定在图中中P、Q两点，两点，MN为PQ连线的中垂的中垂线，交，交PQ于于O点，点，A为MN上的一点一上的一点一带负电的的试探探电荷荷q，从，从A由静止由静止释放，只放，只在静在静电力作用下运力作用下运动，取无限，取无限远处的的电势为零，零，则()Aq由由A向向O的运的运动是匀加速直是匀加速直线运运动Bq由由A向向O运运动的的过程程电势能逐能逐渐减小减小Cq运运动到到O点点时的的动能最大能
18、最大Dq运运动到到O点点时的的电势能能为零零BC解析：由解析：由A向向O的的电场强强度改度改变，加速度改，加速度改变，选项A错误；q由由A向向O运运动的的过程，程，电场力始力始终做正功，做正功，过O点后点后电场力力做做负功，功，选项B、C均正确；无均正确；无穷远处电势能能为零，零，O点点时电势能能为负值，选项D错误对电势的理解和的理解和电势高低的判断高低的判断1对电势概念的理解概念的理解(1)电势的相的相对性性电势是相是相对的，只有先确定了零的，只有先确定了零电势点的位置，才能确定点的位置，才能确定其他点的其他点的电势电场中某点的中某点的电势跟零跟零电势位置的位置的选择有关有关实际问题中中,常
19、常选取无限取无限远处电势为零零,或取大地或取大地电势为零零.(2)电势的固有性的固有性电势是表示是表示电场能量属性的一个物理量，能量属性的一个物理量，电场中某点中某点处的的大小是由大小是由电场本身的条件决定的本身的条件决定的,与在与在该点点处是否放着是否放着电荷、荷、电荷的荷的电性、性、电荷量均无关荷量均无关(3)电势的矢的矢标性性电势是是标量，只有大小，没有方向量，只有大小，没有方向电势有正、有正、负，正，正值表示表示该点点电势比零比零电势高，高，负值表示表示该点点电势比零比零电势低低当当规定了无限定了无限远处电势为零零时，正，正电荷荷产生的生的电场中各点中各点的的电势均均为正正值，且越靠近
20、正，且越靠近正电荷的地方荷的地方电势越高越高负电荷荷形成的形成的电场则相反相反2电场中两点中两点电势高低的判断方法高低的判断方法(1)电场线法：沿法：沿电场线方向，方向，电势越来越低越来越低(2)场源源电荷判断法：离荷判断法：离场源正源正电荷越近的点，荷越近的点，电势越高；离越高；离场源源负电荷越近的点，荷越近的点，电势越低越低(3)电势能判断法：能判断法：对于正于正电荷，荷，电势能越大，所在位置的能越大，所在位置的电势越高；越高；对于于负电荷，荷，电势能越小，所在位置的能越小，所在位置的电势越高越高3电势与与电场强强度的比度的比较电势电场强强度度E物理物理意意义大小大小描述描述电场的能的性的
21、能的性质描述描述电场的力的性的力的性质特特别提醒提醒:(1)电场中某点的中某点的电势高低与高低与该点的点的场强强大小无关大小无关.(2)沿沿电场线的方向的方向电势降低，降低，电势降低最快的方向沿降低最快的方向沿电场线的方向的方向 某静某静电场的的电场线分布如分布如图所示所示,图中中P、Q两点的两点的电场强强度的大小分度的大小分别为EP和和EQ，电势分分别为P和和Q，则()AEPEQ，PQBEPEQ，PQCEPQDEPEQ，PEQ.图中，中，电场线的方向是由的方向是由P指向指向Q，根据，根据顺着着电场线的方向，的方向，电势依次降落，有依次降落，有P点点电势大于大于Q点点电势A沿沿场强强方向方向电
22、势降低，但降低，但电势降低的方向不一定是降低的方向不一定是场强强的方的方向向3将一正将一正电荷从无荷从无穷远处移入移入电场中中M点，点，电势能减少了能减少了8.0109 J，若将另一等量的，若将另一等量的负电荷从无荷从无穷远处移入移入电场中的中的N点，点，电势能增加了能增加了9.0109 J,则下列判断正确的是下列判断正确的是()AMNM0CNMN0C1几种典型的几种典型的电场的等的等势面面对等等势面的面的认识图形形特点特点点点电荷荷等量异种点等量异种点电荷荷以点以点电荷荷为球球心的一簇球面心的一簇球面两簇两簇对称的曲面，称的曲面，连线的中垂面的中垂面为一等一等势面面图形形特点特点等量同种等量
23、同种点点电荷荷匀匀强强电场形状不形状不规则的的带电导体体两簇两簇对称的曲称的曲面面垂直于垂直于电场线的一簇平面的一簇平面不不规则曲面曲面2.等等势面与面与电场线的区的区别与与联系系电场线等等势面面物理物理意意义来源来源图线特点特点形象描述形象描述电场强强度的度的强强弱弱形象描述形象描述电场中各点中各点电势的高低的高低从正从正电荷荷发出，出，终止止于于负电荷荷电场中中电势相同的各点相同的各点构成的面构成的面带箭箭头的不的不闭合的曲合的曲线，两，两电场线不相交不相交可以可以闭合，也可以不合，也可以不闭合合,不同等不同等势面不相交面不相交电场线等等势面面描述描述电场做功做功情况情况联系系曲曲线上某一
24、点的切上某一点的切线方向方向为场强强方向，疏方向，疏密表示密表示场强强大小大小等等势面的垂面的垂线方向方向为场强强方向，等差等方向，等差等势面的面的疏密表示疏密表示场强强大小大小电荷沿荷沿电场线移移动时电场力必做功力必做功电荷沿等荷沿等势面移面移动时电场力不做功力不做功(1)沿沿电场线方向方向电势降低降低(2)电场线与等与等势面垂直面垂直 如如图所示，虚所示，虚线同心同心圆是一簇某静是一簇某静电场中的等中的等势面，面，其其电势分分别是是a、b和和c，一，一带正正电粒子射入粒子射入电场中，运中，运动轨迹如迹如图中中实线KLMN所示由所示由图可知可知()A粒子从粒子从K到到L的的过程中，静程中，静
25、电力做力做负功，功，电势能增加能增加B粒子从粒子从L到到M的的过程中，静程中，静电力做力做负功，功，电势能增加能增加CabcDabc思路探究思路探究(1)如何由运如何由运动轨迹判断受力方向？迹判断受力方向？(2)如何由等如何由等势面判断受力方向？面判断受力方向？AD解析解析由等由等势面的分布面的分布规律可知，律可知，该电场为点点电荷的荷的电场由运由运动轨迹可知，运迹可知，运动的正的正电荷跟荷跟场源源电荷的相互作用是排荷的相互作用是排斥，所以斥，所以场源源电荷是正荷是正电荷根据荷根据电场线与等与等势面垂直，面垂直，电场的分布是的分布是发散状散状辐射向外的正射向外的正电荷从荷从K到到L受静受静电力
26、的方向力的方向背离背离圆心，与移心，与移动方向方向夹角大于角大于90，做，做负功，功，电荷的荷的电势能能增加，增加，选项A正确；从正确；从L到到M，可看做从跟，可看做从跟轨迹有交点的同一等迹有交点的同一等势面的点到面的点到M，受到的静，受到的静电力与移力与移动方向方向夹角小于角小于90，静，静电力做正功，力做正功，电荷的荷的电势能减少，能减少，选项B错误；根据；根据电场线的方的方向是向是电势降低的方向可知降低的方向可知选项D正确故正确故选AD.粒子在同一等粒子在同一等势面上的面上的电势能是相等的，从同一等能是相等的，从同一等势面上的面上的不同点移不同点移动电荷到某一点，静荷到某一点，静电力做功
27、是相同的力做功是相同的4(2013高考上海卷高考上海卷)两异种点两异种点电荷荷电场中的部分等中的部分等势面如面如图所示，已知所示，已知A点点电势高于高于B点点电势若位于若位于a、b处点点电荷的荷的电荷量大小分荷量大小分别为qa和和qb，则()Aa处为正正电荷，荷，qaqbCa处为负电荷，荷，qaqb解析：根据解析：根据A点点电势高于高于B点点电势可知，可知，a处为正正电荷，由于荷，由于等等势面密集面密集处靠近靠近b电荷，故荷，故qaqb，选项B正确正确B方法技巧方法技巧等量点等量点电荷的荷的连线及其中垂及其中垂线上上电势变化的化的规律律1等量正点等量正点电荷荷(如如图甲甲)：连线上中点上中点O
28、的的电势最低，在中垂最低，在中垂线上上O点的点的电势却最高，从中点沿中垂却最高，从中点沿中垂线向两向两侧，电势逐逐渐降降低，低，连线上上A、A和中垂和中垂线上上B、B对称等称等势2等量等量负点点电荷：荷：连线上中点的上中点的电势最高，中垂最高，中垂线上上该点的点的电势最低从中点沿中垂最低从中点沿中垂线向两向两侧，电势逐逐渐升高，升高，连线上和中上和中垂垂线上关于中点的上关于中点的对称点等称点等势3等量异种点等量异种点电荷荷(如如图乙乙)：在从正：在从正电荷到荷到负电荷的荷的连线上上电势逐逐渐降低，降低，AA，中垂，中垂线是一等是一等势线，BB，若沿中垂，若沿中垂线移移动电荷，荷，电场力不做功力不做功ABD解析解析根据等量异种点根据等量异种点电荷荷电场线及等及等势线的分布可知的分布可知b、d两点两点电势相同相同,电场强强度大小相等、方向不同，度大小相等、方向不同，选项A正确，正确，C错误c点点电势为0，由，由a经b到到c，电势越来越低，正越来越低，正电荷由荷由a经b到到c电势能越来越小，能越来越小，选项B、D正确正确名名师点点评应熟熟练掌握等量同种、等量异种掌握等量同种、等量异种电荷的荷的电场线、等等势面的分布特点，此部分内容是面的分布特点，此部分内容是历年高考年高考热点点.
