（新教材）2022版高中物理人教版必修第三册课件：10.1 电势能和电势 .ppt

1、第十章第十章 静电场中的能量静电场中的能量 1.1. 电势能和电势电势能和电势 一个试探电荷在匀强电场中某点由静止释放一个试探电荷在匀强电场中某点由静止释放, , 它将如何运动它将如何运动? ?动能将如何变化？（不计重力）动能将如何变化？（不计重力） 在电场力作用下电荷在电场力作用下电荷 做加速运动做加速运动, ,一段时间后获一段时间后获 得一定的得一定的速度速度, ,试探电荷的试探电荷的 动能动能增加。增加。 E + 是什么能转化为试探电荷的动能的呢？是什么能转化为试探电荷的动能的呢？ 知道静电场中的电荷具有电势能。了解电势能的含义。知道静电场中的电荷具有电势能。了解电势能的含义。 1.1.

2、理解静电力做功的特点、电势能和电势的概念。（物理观念）理解静电力做功的特点、电势能和电势的概念。（物理观念） 2.2.明确电势能、电势、静电力做功间的关系。（科学思维）明确电势能、电势、静电力做功间的关系。（科学思维） 3 3. .了解电势与电场线的关系，了解等势面的意义及等势面与电场线的了解电势与电场线的关系，了解等势面的意义及等势面与电场线的 关系。关系。（物理观念）（物理观念） 体会课堂探究的乐趣，体会课堂探究的乐趣， 汲取新知识的营养，汲取新知识的营养， 让我们一起让我们一起 吧！吧！ 进进 走走 课课 堂堂 【探究一：静电力做功的特点探究一：静电力做功的特点】 M E 情景一：在匀强

3、电场中，将电荷情景一：在匀强电场中，将电荷q q从从A A沿直线移至沿直线移至B:B: A B + q q F WF AB cos qE AM 问题：静电力做功多少？问题：静电力做功多少？ 分析结果：分析结果： 一、静电力做功的特点。一、静电力做功的特点。 M E A B 情景二：在匀强电场中，将电荷情景二：在匀强电场中，将电荷q q从从A A沿折线移至沿折线移至 B:B: 对对AM:AM: 对对MB:MB: 对全程对全程: : + q q F + q F 1 WqE AM 2 W0 12 WWWqE AM 问题：静电力做功多少？问题：静电力做功多少？ 分析结果：分析结果： 情景三：在匀强电场

4、中，将电荷情景三：在匀强电场中，将电荷q q从从A A沿曲线移至沿曲线移至B:B: M E A B + q F E A B + q F + q F + q F + q F M X1 X2 11 WqE x 22 WqE x 33 WqE x 123 xxxAM 123 WWWWqE AM X3 【探究归纳探究归纳】静电力做功的特点静电力做功的特点 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经过的路径无关，仅与电荷经过的路径无关，仅 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，有关， 与初、末两点在与初、末两点在电场线上电场线上的距离有关。的距离

5、有关。 该结论对于该结论对于非匀强电场非匀强电场也是适用的。也是适用的。 什么力做功还有什么力做功还有 这个特点？这个特点？ 静电力做功的特点与重力做功情况相似。静电力做功的特点与重力做功情况相似。 【思考思考】那么电场力做功的过程是什么能转化为什么能呢？那么电场力做功的过程是什么能转化为什么能呢？ 做功的过程是一个能量转化的过程。做功的过程是一个能量转化的过程。 重力做功的过程是重力势能转化为动能的过程。重力做功的过程是重力势能转化为动能的过程。 二二. .电势能电势能 1.1. 定义：电荷在电场中受到电场力而具有的与位置有关的势定义：电荷在电场中受到电场力而具有的与位置有关的势 能叫作电势

6、能。符号能叫作电势能。符号E EP P。 2.2. 相对性：规定无限远处或大地表面的电势能为相对性：规定无限远处或大地表面的电势能为0 0。 3.3. 标量：标量：电势能是标量电势能是标量,有正负，有正负，正负表示该点的电势能比正负表示该点的电势能比 零势能点的电势能的高低。零势能点的电势能的高低。 4.4.电势能是电荷和电场所共有的，具有系统性。电势能是电荷和电场所共有的，具有系统性。 5.5.电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该处移动到零势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。能位置所做的功。 正电荷从正电荷从A A点移到点移到B B点时点时, , 静电力做

7、正功静电力做正功, ,电荷的电势能减少。电荷的电势能减少。 情景情景1 1：电荷仅在电场力作用下从：电荷仅在电场力作用下从A A运动到运动到B B，静电力做什么功？电荷的电，静电力做什么功？电荷的电 势能如何变化？势能如何变化？ 【探究二：静电力做功与电势能的关系探究二：静电力做功与电势能的关系】 v A A B B + + + + 正电荷从正电荷从B B点移到点移到A A点时点时, , 静电力做负功静电力做负功, , 电荷的电势能增加。电荷的电势能增加。 情景情景2 2：电荷仅在电场力作用下从：电荷仅在电场力作用下从B B运动到运动到A A，静电力做什么功？电荷的电势，静电力做什么功？电荷的

8、电势 能如何变化？能如何变化？ A A B B + + + + 0 v 电场力对电荷做正功，电荷的电势能减小电场力对电荷做正功，电荷的电势能减小 电场力对电荷做负功，电荷的电势能增大电场力对电荷做负功，电荷的电势能增大 【总结总结】 【类比类比】重力做功与重力势能的关系重力做功与重力势能的关系 重力对物体做正功，物体重力势能减小；重力对物体做正功，物体重力势能减小； 重力对物体做负功，物体重力势能增加；重力对物体做负功，物体重力势能增加； 即：重力做功等于重力势能的减少量；即：重力做功等于重力势能的减少量； 静电力做功与电势能的关系：静电力做功与电势能的关系： 静电力做的功等于电势能的减少量。

9、静电力做的功等于电势能的减少量。 关系式：关系式： 【探究结论探究结论】 PBPAAB EEW 例例1. 1. 如图，在场强如图，在场强 的匀强电场中，的匀强电场中， 将点电荷将点电荷q=+1Cq=+1C从从A A移动到移动到B B，ABAB相距相距L=1mL=1m，静电力做，静电力做 功为多少？电势能如何变化？若规定功为多少？电势能如何变化？若规定E EPA PA=0 =0，则，则E EPB PB= =？ ？ E A B F q + 解析：解析： 静电力的方向与运动方静电力的方向与运动方 向相同，静电力做正功，向相同，静电力做正功， 电势能减小。电势能减小。 E E A A B B F F

10、q q + + 解：解： 静电力做的功静电力做的功 WqEL 3 10 J 静电力做正功，电势能静电力做正功，电势能 减小。减小。 若若E EPA PA=0 =0，由，由 得得 PBPAAB EEW 3 10 J 若规定其他点的电势能为若规定其他点的电势能为0 0， 3 PB E10 J 还成立吗？还成立吗？ 某一点的电势能，与零势能点的选取有关。某一点的电势能，与零势能点的选取有关。 【互动探究互动探究】 【探究三：描述电场的能的性质的物理量探究三：描述电场的能的性质的物理量】 可见：比值可见：比值 能够描述电场的能的本领大小，我能够描述电场的能的本领大小，我 们引入一个新的物理量们引入一个

11、新的物理量“电势电势”来表示它。”来表示它。 电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷在电场中某一点的电势能与它的 电荷量的比值。电荷量的比值。 P E q 1V=1J/C1V=1J/C。 三、电势三、电势 1.1.定义定义: : 2.2.公式公式: : 3 3. 单位单位: 伏特伏特 ( V ) ( (计算时要代入正负号计算时要代入正负号) )。 沿电场线方向电势沿电场线方向电势降低降低。 电势具有电势具有相对性相对性, ,要确定电势要确定电势, ,应先规定电场中某处的电势为零。应先规定电场中某处的电势为零。( (通通 常取离场源电荷常取离场源电荷无限远处无限远处或或大地表面大地表面的电势为零的

12、电势为零) ) 电势是电势是标量标量, ,有正负有正负, ,数值取决于数值取决于零电势零电势面面的选取。的选取。 ( (负电势表示该处的负电势表示该处的电势电势比比零电势处零电势处电势电势低低) ) 4.电势的性质电势的性质 例例2. 2. 将一电量为将一电量为 的点电荷从电场外一点的点电荷从电场外一点P P移至电场中某点移至电场中某点A, A, 电场力做功电场力做功 ，求，求A A点的电势。点的电势。 解析：解析： 设电场外一点设电场外一点P P的电势为的电势为 0 p 5 4 10 PA EWJ VV q EPA A 20 102 104 6 5 从从P A,P A,电场力做的功电场力做的

13、功 PA E W C 6 102q J 5 104 - 例例3 3（多选多选）( (20172017全国卷全国卷I)I)在一静止点电荷的电场中在一静止点电荷的电场中, ,任一点的电势任一点的电势与该与该 点到点电荷的距离点到点电荷的距离r r的关系如图所示的关系如图所示。电场中四个点电场中四个点a a、b b、c c和和d d的电场强度大的电场强度大 小分别为小分别为E Ea a、E Eb b、E Ec c和和E Ed d。点点a a到点电荷的距离到点电荷的距离r ra a与点与点a a的电势的电势a a已在图中用坐已在图中用坐 标标(r(ra a, ,a a) )标出标出, ,其余类推其余类

14、推。现将一带正电的试探电荷由现将一带正电的试探电荷由a a点依次经点依次经b b、c c点移动点移动 到到d d点点, ,在相邻两点间移动的过程中在相邻两点间移动的过程中, ,电场力所做的功分别为电场力所做的功分别为W Wab ab、 、W Wbc bc和 和W Wcd cd。 。下列下列 选项正确的是选项正确的是( ( ) ) A A. .E Ea aEEb b= =4 41 1 B B. .E Ec cEEd d= =2 21 1 C C. .W Wab abW Wbc bc= =3 3 1 1 D D. .W Wbc bcW Wcd cd= =1 1 3 3 AC 【规律方法规律方法】

15、1.1.电势能大小的判定方法电势能大小的判定方法 方法一：从做功角度来判断（利用功能关系）方法一：从做功角度来判断（利用功能关系） 创设情景：将电荷从创设情景：将电荷从A A移动到移动到B B，在这一过程中，在这一过程中 若电场力做正功，电势能减少若电场力做正功，电势能减少 若电场力做负功，电势能增加若电场力做负功，电势能增加 注意：做功正负依据静电力与速度的夹角来判定注意：做功正负依据静电力与速度的夹角来判定 方法二：利用方法二：利用 来判断来判断 对于正电荷，电势大处，电势能就是大；对于正电荷，电势大处，电势能就是大； 对于负电荷，电势大处，电势能反而小；对于负电荷，电势大处，电势能反而小

16、； p Eq 2.2.电势电势高低的判定方法高低的判定方法 方法一：沿电场线方向电势降低方法一：沿电场线方向电势降低 方法二：从方法二：从 来判断来判断 对于正电荷，电势能大处，电势就是大；对于正电荷，电势能大处，电势就是大； 对于负电荷，电势能大处，电势反而小；对于负电荷，电势能大处，电势反而小； q p E 例例4.4.如图所示如图所示, ,在等量正点电荷形成的电场中在等量正点电荷形成的电场中, ,它们连线的中垂面它们连线的中垂面abab上上, , 有一有一 电子电子, ,从静止开始由从静止开始由a a运动到运动到b b的过程中的过程中(a(a、b b相对相对O O对称对称),),下列说法

17、正确的是下列说法正确的是 ( )( ) A.A.电子的电势能始终增多电子的电势能始终增多 B.B.电子的电势能始终减少电子的电势能始终减少 C.C.电子的电势能先减少后增加电子的电势能先减少后增加 D.D.电子的电势能先增加后减少电子的电势能先增加后减少 C C O a b + + - 电荷在电场中移动电荷在电场中移动 w=qElcos 静电力做功静电力做功 电力做功电力做功 w=qElcos 静电力做功静电力做功 电力做功电力做功 特殊情境特殊情境 p q E 电势电势 电势能电势能 p E 电荷在电场中一点移动电荷在电场中一点移动 到无限远处到无限远处 1.1.电势是标量，只有大小没有方向

18、。电势是标量，只有大小没有方向。 2.2.电势是相对的，取决于零电势的电势是相对的，取决于零电势的 选取。选取。 1 1（多选）（多选）下列关于电势能的说法中正确的是（下列关于电势能的说法中正确的是（ ） A A在电场中，电势高的地方，电荷具有的电势能一定大在电场中，电势高的地方，电荷具有的电势能一定大 B B在电场中某一点，若放入的电荷的电荷量越大，它的电势能就越大在电场中某一点，若放入的电荷的电荷量越大，它的电势能就越大 C C在正点电荷电场中的任一点，正电荷具有的电势能一定大于负电荷具在正点电荷电场中的任一点，正电荷具有的电势能一定大于负电荷具 有的电势能有的电势能 D D在负点电荷电场

19、中的任一点，正电荷具有的电势能一定小于负电荷具在负点电荷电场中的任一点，正电荷具有的电势能一定小于负电荷具 有的电势能有的电势能 CDCD 2 2（多选）（多选）带电粒子带电粒子M M只在电场力作用下由只在电场力作用下由P P点运动到点运动到Q Q点，在此过程点，在此过程 中克服电场力做了中克服电场力做了2.62.61010- -6 6J J的功，则（的功，则（ ） A AM M在在P P点的电势能一定小于它在点的电势能一定小于它在Q Q点的电势能点的电势能 B BP P点的场强一定小于点的场强一定小于Q Q点的场强点的场强 C CP P点的电势一定高于点的电势一定高于Q Q点的电势点的电势

20、D DM M在在P P点的动能一定大于它在点的动能一定大于它在Q Q点的动能点的动能 ADAD 3 3在电场中（在电场中（ ） A A某点的电场强度大，该点的电势一定高某点的电场强度大，该点的电势一定高 B B某点的电势高，检验电荷在该点的电势能一定大某点的电势高，检验电荷在该点的电势能一定大 C C某点的场强为零，检验电荷在该点的电势能一定为零某点的场强为零，检验电荷在该点的电势能一定为零 D D某点的电势为零，检验电荷在该点的电势能一定为零某点的电势为零，检验电荷在该点的电势能一定为零 D D 4.(4.(多选多选)(2020)(2020山东等级考山东等级考) )真空中有两个固定的带正电的

21、点电荷真空中有两个固定的带正电的点电荷, ,电电 荷量不相等。一个带负电的试探电荷置于二者连线上的荷量不相等。一个带负电的试探电荷置于二者连线上的O O点时点时, ,仅在电场仅在电场 力的作用下恰好保持静止状态。过力的作用下恰好保持静止状态。过O O点作两正电荷连线的垂线点作两正电荷连线的垂线, ,以以O O点为圆点为圆 心的圆与连线和垂线分别交于心的圆与连线和垂线分别交于a a、c c和和b b、d,d,如图所示。以下说法正确的是如图所示。以下说法正确的是 ( ( ) ) A.aA.a点电势低于点电势低于O O点点 B.bB.b点电势低于点电势低于c c点点 C.C.该试探电荷在该试探电荷在

22、a a点的电势能大于在点的电势能大于在b b点的电势能点的电势能 D.D.该试探电荷在该试探电荷在c c点的电势能小于在点的电势能小于在d d点的电势能点的电势能 BDBD 5.5.（多选）（多选）如图如图, ,一带正电的点电荷固定于一带正电的点电荷固定于O O点点, ,两虚线两虚线 圆均以圆均以O O为圆心为圆心, ,两实线分别为带电粒子两实线分别为带电粒子M M和和N N先后在电先后在电 场中运动的轨迹场中运动的轨迹,a,a、b b、c c、d d、e e为轨迹和虚线圆的交为轨迹和虚线圆的交 点。不计重力。下列说法正确的是点。不计重力。下列说法正确的是 ( ( ) ) A.MA.M带负电荷

23、带负电荷,N,N带正电荷带正电荷 B.MB.M在在b b点的动能小于它在点的动能小于它在a a点的动能点的动能 C.NC.N在在d d点的电势能等于它在点的电势能等于它在e e点的电势能点的电势能 D.ND.N在从在从c c点运动到点运动到d d点的过程中克服电场力做功点的过程中克服电场力做功 ABCABC 6.6.（多选）（多选）(2020(2020全国全国卷卷) )如图如图,M,M是锐角三角形是锐角三角形 PMNPMN最大的内角最大的内角, ,电荷量为电荷量为q(q0)q(q0)的点电荷固定在的点电荷固定在P P点。点。 下列说法正确的是下列说法正确的是 ( ( ) ) A.A.沿沿MNMN边边, ,从从M M点到点到N N点点, ,电场强度的大小逐渐增大电场强度的大小逐渐增大 B.B.沿沿MNMN边边, ,从从M M点到点到N N点点, ,电势先增大后减小电势先增大后减小 C.C.正电荷在正电荷在M M点的电势能比其在点的电势能比其在N N点的电势能大点的电势能大 D.D.将正电荷从将正电荷从M M点移动到点移动到N N点点, ,电场力所做的总功为负电场力所做的总功为负 BCBC 抓住今天抓住今天，你就会前进一步；丢弃今天你就会前进一步；丢弃今天， 你就会停滞不动你就会停滞不动。