电势能和电势

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1、1.4电势电势能和能和电势电势从能量的角度从能量的角度认识电场认识电场高一物理高一物理主主讲讲教教师师：梁夏：梁夏复习回顾复习回顾1、功的、功的计计算：算：2、重力做功有什么特点？、重力做功有什么特点？(1)与路径无关与路径无关,由初末位置的高度差来决定由初末位置的高度差来决定.(2)WG与重力与重力势势能的关系能的关系.(3)重力重力势势能是相能是相对对的的,有零有零势势能面能面.(人人为选为选定定) 重力重力势势能具有系能具有系统统性性功是能量转化的量度！功是能量转化的量度！正正电电荷荷q在在电场电场强强度度为为E的匀的匀强强电场电场中由中由A运运动动到到M电场电场力做功力做功吗吗？做了多

2、少功？做了多少功？qq受力受力吗吗？多大？多大？AMdW=qEAM一、静电力做功的特点一、静电力做功的特点求求试试探探电电荷荷q沿直沿直线线AB移移动动到到B时电场时电场力力做的功：做的功：E+q ABM一、静电力做功的特点一、静电力做功的特点E+q ABM结论：结论：在在匀强电场匀强电场中移动电荷时，静电力做的功中移动电荷时，静电力做的功与电荷的与电荷的起始位置起始位置和和终止位置终止位置有关，但与有关，但与电荷经过的电荷经过的路径路径无关。无关。（对对于非匀于非匀强强电场电场也适用）也适用）这这与什么力与什么力做功像似呢做功像似呢？ 将将+q由由A移到移到B的的过过程程电场电场力力对电对电

3、荷做功荷做功为为：将将-q由由A移到移到B的的过过程，程，电场电场力力对电对电荷做功荷做功为为：dAB+qELdAB+qEL做功的过程是一个做功的过程是一个能量转化的过程，能量转化的过程，那么电场力做功的那么电场力做功的过程是什么能转化过程是什么能转化为什么能呢？为什么能呢？二、电势能二、电势能电场力做功与电势能有什么关系？电场力做功与电势能有什么关系？（联系重力做功与重力势能的关系）（联系重力做功与重力势能的关系）电荷在电场中具有的与电荷位置有关的能，电荷在电场中具有的与电荷位置有关的能，叫叫电势能电势能。物体被举高具有重力势能。物体被举高具有重力势能。1、电电荷在荷在电场电场中具有中具有电

4、势电势能。能。重力对物体做正功，物体的重力势能减小重力对物体做正功，物体的重力势能减小2、电场电场力力对电对电荷做正功，荷做正功，电电荷的荷的电势电势能减小能减小重力对物体做负功，物体的重力势能增大重力对物体做负功，物体的重力势能增大3、电场电场力力对电对电荷做荷做负负功，功，电电荷的荷的电势电势能增大能增大重力做多少功，物体重力势能就变化多少。重力做多少功，物体重力势能就变化多少。4、电场电场力做多少功，力做多少功，电电荷荷电势电势能就能就变变化多少。化多少。重力势能是相对的，与零势能面有关重力势能是相对的，与零势能面有关5、电势电势能是相能是相对对的，与零的，与零电势电势能面有关能面有关通

5、常把电荷在离场源电荷通常把电荷在离场源电荷无限远处无限远处的的电势能规定为电势能规定为零零，或把电荷在，或把电荷在大地大地表面表面上电势能规定为上电势能规定为零零。电荷在某点的电势能，等于静电力把它电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该处移动到零势能位置所做的功从该处移动到零势能位置所做的功重力势能是物体和地球所共有的，具有系统性重力势能是物体和地球所共有的，具有系统性6、电势电势能是能是电电荷和荷和电场电场所共有的，具有系所共有的，具有系统统性性7、电势电势能是能是标标量量由此可见，电场力做功与重力做功，由此可见，电场力做功与重力做功，电势能与重力势能都很相似，所以大家在电势能与重力势能都很

6、相似，所以大家在学习电势能过程中应该多联系重力做功与学习电势能过程中应该多联系重力做功与重力势能的关系帮助理解电势能。重力势能的关系帮助理解电势能。重力势能和电势能类比重力势能和电势能类比 重力场中，重力：地球重力场中，重力：地球和物体之间存在的吸引力和物体之间存在的吸引力电场中，电场力：电荷电场中，电场力：电荷之间的作用力之间的作用力有重力就有重力有重力就有重力势势能能Ep= mgh有电场力就有相应的能，有电场力就有相应的能，叫电势能叫电势能E EP PEp由由物体和地面间的物体和地面间的相对位置决定相对位置决定EP由由电电荷荷间间的相的相对对位置位置决定决定电场力做正功，电势能电场力做正功

7、，电势能就减少就减少电场力做负功，电势能电场力做负功，电势能就增加就增加电场力作功，电势能改变电场力作功，电势能改变重力做功，重力势能改变重力做功，重力势能改变重力做正功，重力势能重力做正功，重力势能就减少就减少重力做负功，重力势能重力做负功，重力势能就增加就增加W重重 = EP1-EP2W电电 = EPA-EPBn正电荷顺电场线移动，正电荷顺电场线移动， 尽管重力做功与电场力做功很相似，但还是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很大差异 存在两种电荷存在两种电荷电场力做正功，电势能减少电场力做正功，电势能减少电场力做负功，电势能增加电场力做负功，电势能增加电场力做负功，电势

8、能增加电场力做负功，电势能增加电场力做正功，电势能减少电场力做正功，电势能减少 n负电荷顺电场线移动，负电荷顺电场线移动， n正电荷逆电场线移动，正电荷逆电场线移动， n负电荷逆电场线移动，负电荷逆电场线移动， 【例例1】 右右图图中中M、N为电场为电场中某一条中某一条电场电场线线方向向右，在方向向右，在线线上取两点上取两点a、b 今将一今将一电电荷荷q从从a移到移到b则则（ ）A.电场电场力做正功，力做正功，q的的电势电势能增加；能增加；B.电场电场力做力做负负功，功，q的的电势电势能增加；能增加；C.电场电场力做正功，力做正功，q的的电势电势能减少；能减少；D.电场电场力做力做负负功，功，

9、q的的电势电势能减少。能减少。CMNabAB答案：（答案：（1）BA 【例例2】 A和和B为电场为电场中某条中某条电场线电场线上的点，上的点，如如图图：将：将q=410-9 C的正的正电电荷从荷从A点移到点移到B点需克服点需克服电场电场力做功力做功5 10-7 J，则则(1)电场电场方向由方向由AB还还是是BA？(2)电电荷在哪点荷在哪点时电势时电势能大？大多少？能大？大多少？（2）在）在B点点时电势时电势能大能大 510-7 J 电场的电场的力的性质力的性质我我们们必必须须用用场场强强E来描述，来描述，那么那么电场电场的的能的性能的性质质我我们们又又应该应该用什么物理量用什么物理量来描述呢？

10、能否用来描述呢？能否用“电势电势能能”呢？呢？ 电场电场的能的性的能的性质质也是也是电场电场本身的一种属性，本身的一种属性，它只能由它只能由场场源本身所决定，而与源本身所决定，而与电场电场中有无中有无放入放入试试探探电电荷无关。而荷无关。而电势电势能的大小是与能的大小是与试试探探电电荷的荷的电电量量q有关的有关的(因因q越大，其所受越大，其所受电场电场力力就越大，具有的做功本就越大，具有的做功本领领大，大，电势电势能也就大能也就大)，故不能用故不能用“电势电势能能”来描述来描述电场电场的能的性的能的性质质，我我们们引入一个新的物理量引入一个新的物理量“电势电势”来来表示它。表示它。电势：描述电

11、场的能的性质的物理量。电势：描述电场的能的性质的物理量。那么怎样去衡量电场的能的性质、怎样去那么怎样去衡量电场的能的性质、怎样去定义定义“电势电势”呢？呢？三、电势三、电势n如如图图所示，所示，设设想把一想把一试试探探电电荷荷+q 放在放在电电 场场中某中某处处A或或B。它。它们们在在电场电场力力F的作用的作用下均移至无限下均移至无限远处远处。则则有：有：WAWB+ABEpA-0EpB-0同理可知：若同理可知：若试试探探电电荷荷为为-q，也有：，也有：也就是也就是说说，比，比值值EpA/q的大小与的大小与试试探探电电荷的正荷的正负负及及电电量量q均无关，只与均无关，只与电场电场中中该该点在点在

12、电场电场中的中的位置有关，故其可衡量位置有关，故其可衡量电场电场的性的性质质。取取O点的点的电势电势能能为为零零, 则则:EPA = qEL cos讨论电势讨论电势能与能与电电荷的比荷的比值值?ALOE+思考与讨论思考与讨论电荷在电场中某一点的电势能电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值与它的电荷量的比值2. 公式公式:3. 单单位位: 伏特伏特 符号符号为为V1 V = 1 J/C1. 定义定义:三、电势三、电势对电势的理解对电势的理解 1.电势电势的相的相对对性：某点性：某点电势电势的大小是相的大小是相对对于于2.电势电势的固有性：的固有性：电场电场中某点的中某点的电势电势的大小的大

13、小3.电势电势是是标标量量4.计计算算时时EP,q, 都都带带正正负负号。号。零点零点电势电势而言的。零而言的。零电势电势的的选择选择是任意的，是任意的，一般一般选选地面和无地面和无穷远为穷远为零零势势能面。能面。是由是由电场电场本身的性本身的性质质决定的，与放不放决定的，与放不放电电荷及放什么荷及放什么电电荷无关。荷无关。1.沿着沿着电场线电场线方向，方向，电势电势将怎将怎样变样变化化? 思考与讨论思考与讨论2.如何确定如何确定电场电场中某点的中某点的电势电势? 思考与思考与讨论讨论(提示：提示：类类比于比于电势电势能的确定能的确定.)1. 电场线电场线指向指向电势电势降低的方向降低的方向2

14、.与与电势电势能的情况相似，能的情况相似，应应先确定先确定电场电场中某点的中某点的电势为电势为零零.(通常取通常取离离场场源源电电荷无限荷无限远处远处或大地的或大地的电势电势为为零零.)思考与讨论思考与讨论3.电势为负数时电势为负数时,负号表示方向吗负号表示方向吗?思考与讨论思考与讨论 3.电势电势是是标标量，只有大小，没有方向量，只有大小，没有方向.(负电势负电势表示表示该处该处的的电势电势比零比零电势处电势处电势电势低低.)思考与讨论思考与讨论思考思考在上面关于在上面关于电势电势能和能和电势电势的的讨论讨论及插及插图图中，我中，我们们一直把一直把试试探探电电荷荷q当作当作正正电电荷荷处处理

15、理.请请把把q当做当做负电负电荷，重复荷，重复以上以上讨论讨论.其其结结果与上面的果与上面的结结果是否果是否一致一致?高度和电势高度和电势 重力重力场场中，同一物体中，同一物体在不同位置，在不同位置，Ep不同。不同。电场电场中，同一中，同一电电荷在荷在电场电场中的不同位置，中的不同位置，EP不同。不同。不同物体在同一位置，不同物体在同一位置，Ep正比于正比于质质量量m不同不同电电荷在同一位置，荷在同一位置，EP正比于正比于电电量量qEp/m = gh，h只与只与相相对对位置有关位置有关EP/q 叫做叫做电势电势，只与相只与相对对位置有关位置有关 【例例1】将一将一电电量量为为q=2 10 6C

16、的点的点电电荷从荷从电场电场外一点外一点P移至移至电场电场中某点中某点A, 电场电场力力做功做功4 105J,求求A点的点的电势电势.解解:（设场外一点（设场外一点P的电势为的电势为p=0） 从从PA，电场力做的功，电场力做的功W=EPA 点评：点评： 电势的确定首先要确定零电势处，电势的确定首先要确定零电势处，且电势可以为负且电势可以为负. .【练习练习】如图所示如图所示,在同一条电场线上有在同一条电场线上有A、B 、C 三点三点,将将 的点电的点电荷由荷由A点移动到点移动到B点点,电场力做什么功电场力做什么功?做多做多少功少功?电势能变化了多少电势能变化了多少?在将该电荷由在将该电荷由B点

17、点移到移到C点点,电场力做什么功电场力做什么功?做多少功做多少功?电势能电势能变化了多少变化了多少? ABC四等四等势势面面(1)定定义义：电场电场中中电势电势相等的点构成的面相等的点构成的面(2)等等势势面的性面的性质质： 在同一等在同一等势势面上各点面上各点电势电势相等，所以相等，所以在同一等在同一等势势面上移面上移动电动电荷，荷，电场电场力不做功力不做功电场线电场线跟等跟等势势面一定垂直，并且由面一定垂直，并且由电势电势高的等高的等势势面指向面指向电势电势低的等低的等势势面。面。等等势势面越密，面越密，电场电场强强度越大度越大等等势势面不相交，不相切面不相交，不相切四等四等势势面面(3)

18、等等势势面的用途：由等面的用途：由等势势面描面描绘电场线绘电场线。(4)几种几种电场电场的的电场线电场线及等及等势势面面注意：注意：等量同种等量同种电电荷荷连线连线和中和中线线上上连线连线上：中点上：中点电势电势最小最小中中线线上：由中点到无上：由中点到无穷远电势穷远电势逐逐渐渐减小，减小，无无穷远电势为穷远电势为零。零。等量异种等量异种电电荷荷连线连线上和中上和中线线上上连线连线上：由正上：由正电电荷到荷到负电负电荷荷电势电势逐逐渐渐减小。减小。中中线线上：各点上：各点电势电势相等且都等于零。相等且都等于零。【例例2】如如图图9-3-3所示，在真空中的所示，在真空中的A、B两点分两点分别别放

19、置等量的异种点放置等量的异种点电电荷，在荷，在A、B两点两点间间取一矩形路径取一矩形路径abcd，该该矩形路径关于矩形路径关于A、B两点两点连线连线及及连线连线的中垂的中垂线线均均为轴对为轴对称。称。现现将一将一电电子沿子沿该该矩形路径逆矩形路径逆时针时针移移动动一周，一周，下列判断正确的是（下列判断正确的是（ ）+q-qABabcd图图9-3-3A.a点和点和b点的点的电场电场强强度相同度相同B.b点和点和c点的点的电势电势相等相等C.电电子从子从c点到点到d点，点，电势电势能先减小后增大能先减小后增大D.电电子从子从d点到点到a点，点，电场电场力先做正功后做力先做正功后做负负功功+q-qA

20、Babcd图图9-3-3解析解析 A、B两等量异两等量异种种电电荷的荷的电场线电场线、等、等势势面的分布如面的分布如图图所示。所示。由由图图可知，可知，a、b两点两点场场强强大小相同，方向大小相同，方向不同，不同，A错错，画出等，画出等势势面可知面可知b、c为为等等势势面上两点，利用面上两点，利用W=qU或或W=Fl可知可知电场电场力先做正功，后做力先做正功，后做负负功，功，电势电势能先减小后增大。能先减小后增大。答案：答案：BD方法归纳方法归纳判断电势能变化（或比较电势能大小）的方法判断电势能变化（或比较电势能大小）的方法(1)利用利用Ep=q 来判断：来判断：电势电势能的正能的正负负号是号

21、是(2)利用做功正利用做功正负负来判断：不管是正来判断：不管是正电电荷荷还还是是表示大小的，在表示大小的，在应应用用时时要把要把q 和和的正的正负负号号代入分析。代入分析。负电负电荷，荷，电场电场力力对电对电荷做正功荷做正功时该电时该电荷的荷的电势电势能一定减小，反之能一定减小，反之该电该电荷的荷的电势电势能能一定增加。一定增加。(类类似于重力做功与重力似于重力做功与重力势势能的能的变变化关系。化关系。)方法归纳方法归纳判断电势能变化（或比较电势能大小）的方法判断电势能变化（或比较电势能大小）的方法(3)用推用推论论判断：正判断：正电电荷在荷在电势电势越高的地方越高的地方电势电势能越大，能越大，负电负电荷在荷在电势电势越低的地方越低的地方电势电势能越大。能越大。