10.1 电势能和电势 ppt课件-（2019）新人教版高中物理必修第三册.ppt

1、10.1 电势能和电势电势能和电势 一个正电荷在电场中只受到静电力一个正电荷在电场中只受到静电力 F的作用，它在电场中由的作用，它在电场中由 A 点运点运动到动到 B 点时，静电力做了正功点时，静电力做了正功 WAB 。由动能定理可知，该电荷的动能。由动能定理可知，该电荷的动能增加了增加了 WAB 。从能量转化的角度思考，物体动能增加了，意味着有另。从能量转化的角度思考，物体动能增加了，意味着有另外一种形式的能量减少了。这是一种什么形式的能量呢？外一种形式的能量减少了。这是一种什么形式的能量呢？一、静电力做功的特点一、静电力做功的特点 一个质量为一个质量为m的物体在地面某位置所受的重力是一定的

2、，不管它怎的物体在地面某位置所受的重力是一定的，不管它怎样运动，其所受重力的大小都等于样运动，其所受重力的大小都等于mg，方向竖直向下（图，方向竖直向下（图10.1-1甲）；甲）；一个带正电的电荷量为一个带正电的电荷量为q的试探电荷在匀强电场中某位置所受的静电力也的试探电荷在匀强电场中某位置所受的静电力也是一定的，不管它怎样运动，其所受静电力的大小都等于是一定的，不管它怎样运动，其所受静电力的大小都等于qE，方向跟电，方向跟电场强度场强度E的方向相同（图的方向相同（图10.1-1乙）。重力做功具有跟路径无关的特点，乙）。重力做功具有跟路径无关的特点，静电力做功是否也具有这一特点？静电力做功是否

3、也具有这一特点？ 如图如图 10.1-2，在电场强度为，在电场强度为 E 的匀强电场中任取的匀强电场中任取 A、B两点，把试两点，把试探电荷探电荷 q 沿两条不同路径从沿两条不同路径从 A 点移动到点移动到 B 点，计算这两种情况下静电点，计算这两种情况下静电力对电荷所做的功。力对电荷所做的功。 把把 q 沿直线沿直线 AB 从从 A 点移动到点移动到 B 点。在这个过程中，点。在这个过程中，q受到的静电受到的静电力力 F 与位移与位移 AB 的夹角始终为的夹角始终为 ，静电力对，静电力对 q 所做的功为所做的功为W AB F cos AB qE cos AB qE AM 再把再把 q 沿折线

4、沿折线 AMB 从从 A 点移动到点移动到 B 点。在位移点。在位移 AM 方向上，静电方向上，静电力对力对 q 所做的功所做的功W AM qE AM在位移在位移 MB 方向上，由于移动方向跟方向上，由于移动方向跟静电力方向垂直，静电力不做功，静电力方向垂直，静电力不做功，W MB 0。在整个移动过程中，静。在整个移动过程中，静电力对电力对 q 所做的功所做的功W AMB W AM W MB qE AM 所以，以上两种不同路径中静电力对所以，以上两种不同路径中静电力对 q 所做的功是一样的。所做的功是一样的。 另外，还可以使另外，还可以使 q 沿任意曲线沿任意曲线 ANB 从从 A 点移动到点

5、移动到 B 点（图点（图 10.1-3）。这时，我们把曲线分成无数小段，每一小段中，设想）。这时，我们把曲线分成无数小段，每一小段中，设想 q 都从都从起点先沿电场方向、再沿垂直电场方向到达终点。各小段沿垂直电场方起点先沿电场方向、再沿垂直电场方向到达终点。各小段沿垂直电场方向运动时，静电力是不做功的，各小段沿电场方向移动的位移之和等于向运动时，静电力是不做功的，各小段沿电场方向移动的位移之和等于 AM 。因此，。因此，q 沿任意曲线从沿任意曲线从 A 点移动到点移动到 B 点静电力所做的功也是点静电力所做的功也是 W qE AM 可见，不论可见，不论 q 经由什么路径从经由什么路径从 A 点

6、移动到点移动到 B 点，静电力所做的功点，静电力所做的功都是一样的。因此，在匀强电场中移动电荷时，静电力所做的功与电荷都是一样的。因此，在匀强电场中移动电荷时，静电力所做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，与电荷经过的路径无关。的起始位置和终止位置有关，与电荷经过的路径无关。静电力做功的特点静电力做功的特点(1)特点：在匀强电场中移动电荷时，静电力所做的功与电荷的特点：在匀强电场中移动电荷时，静电力所做的功与电荷的起始位置起始位置和和终止位置终止位置有关，与电荷经过的路径有关，与电荷经过的路径无关无关。（这个结论虽然是从匀强电。（这个结论虽然是从匀强电场中推导出来的，但是可以证明对于非匀强电场

7、也是适用的）场中推导出来的，但是可以证明对于非匀强电场也是适用的）(2)无论带电体在电场中做直线运动还是曲线运动，无论带电体只受电场无论带电体在电场中做直线运动还是曲线运动，无论带电体只受电场力作用还是受多个力作用，无论电场力做正功还是做负功，电场力做功力作用还是受多个力作用，无论电场力做正功还是做负功，电场力做功的特点不变的特点不变(3)匀强电场中静电力做功的大小：匀强电场中静电力做功的大小：WqEl，其中，其中l为电荷为电荷沿电场线沿电场线移动移动的位移。的位移。二、电势能二、电势能 我们知道，功和能量的变化密切相关。例如，重力做功等于重力势能我们知道，功和能量的变化密切相关。例如，重力做

8、功等于重力势能的减少量。节前的减少量。节前“问题问题”中电荷所减少的能量，必定跟静电力做的功相关。中电荷所减少的能量，必定跟静电力做的功相关。静电力做功具有跟重力做功一样的特点，即静电力做功的多少与路径无关，静电力做功具有跟重力做功一样的特点，即静电力做功的多少与路径无关，只与电荷在电场中的始、末位置有关。电荷在电场中也具有势能，我们称只与电荷在电场中的始、末位置有关。电荷在电场中也具有势能，我们称这种形式的能为电势能（这种形式的能为电势能（electric potentialenergy），用），用E p 表示。表示。 这里我们又用到了通过某种力做的功来研究与它相关的能量问题的这里我们又用到

9、了通过某种力做的功来研究与它相关的能量问题的方法。方法。 如果用如果用WAB 表示电荷由表示电荷由A点运动到点运动到B点静电力所做的功，点静电力所做的功，EpA 和和E pB 分别表示电荷在分别表示电荷在A点和点和B点的电势能，它们之间的关系为点的电势能，它们之间的关系为 WAB EpA E pB当当WAB 为正值时，为正值时，E pA E pB ，表明静电力做正功，电势能减少。，表明静电力做正功，电势能减少。当当W AB 为负值时，为负值时，E pA E pB ，表明静电力做负功，电势能增加。，表明静电力做负功，电势能增加。 这跟重力做正功或负功时，重力势能的变化情况相似。这跟重力做正功或负

10、功时，重力势能的变化情况相似。 应该注意，静电力做的功只能决定电势能的变化量，而不能决定电荷应该注意，静电力做的功只能决定电势能的变化量，而不能决定电荷在电场中某点电势能的数值。只有先把电场中某点的电势能规定为在电场中某点电势能的数值。只有先把电场中某点的电势能规定为 0，才，才能确定电荷在电场中其他点的电势能。能确定电荷在电场中其他点的电势能。 例如，若规定图例如，若规定图10.1-2中的电荷在中的电荷在B点的电势能为点的电势能为 0，则电荷在，则电荷在A点的点的电势能数值上等于电势能数值上等于WAB 。也就是说，电荷在某点的电势能，等于把它从这。也就是说，电荷在某点的电势能，等于把它从这点

11、移动到零势能位置时静电力所做的功。通常把电荷在离场源电荷无限远点移动到零势能位置时静电力所做的功。通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为处的电势能规定为0，或把电荷在大地表面的电势能规定为，或把电荷在大地表面的电势能规定为0。重力势能属。重力势能属于地球和物体组成的系统，是地球和物体相互作用产生的。同样，电势能于地球和物体组成的系统，是地球和物体相互作用产生的。同样，电势能是相互作用的电荷所共有的，或者说是电荷及对它作用的电场所共有的。是相互作用的电荷所共有的，或者说是电荷及对它作用的电场所共有的。我们说某个电荷的电势能，只是一种简略的说法。我们说某个电荷的电势能，只是一种简略的说法。（

12、一）电势能与重力势能的比较（一）电势能与重力势能的比较电荷在电场中的电势能与哪些因素有关？电场中的情形跟重力场中的情形相似。但由于存在两种电荷电荷在电场中的电势能与哪些因素有关？电场中的情形跟重力场中的情形相似。但由于存在两种电荷，电荷受的电场力既可以是引力，也可以是斥力。，电荷受的电场力既可以是引力，也可以是斥力。(1)物体在重力场中具有的重力势能与哪些因素有关？物体在重力场中具有的重力势能与哪些因素有关？(2)电荷在电场中具有的电势能与哪些因素有关？电荷在电场中具有的电势能与哪些因素有关？提示：提示：(1)物体在重力场中具有的重力势能与物体的重力、物体在重力场中的位置有关。物体在重力场中具

13、有的重力势能与物体的重力、物体在重力场中的位置有关。(2)电荷在电场中具有的电势能与电荷量的大小、正负、电荷在电场中的位置有关。电荷在电场中具有的电势能与电荷量的大小、正负、电荷在电场中的位置有关。两种势能两种势能比较内容比较内容电势能电势能重力势能重力势能定义定义电场中的电荷具有的势能电场中的电荷具有的势能电势能电势能重力场中的物体具有的势能重力场中的物体具有的势能重力势能重力势能系统性系统性电荷和电场电荷和电场物体和地球物体和地球大小的大小的相对性相对性电荷在某点的电势能等于把电荷从该点电荷在某点的电势能等于把电荷从该点移到零势能位置时静电力做的功移到零势能位置时静电力做的功物体在某点的重

14、力势能等于把物体从该物体在某点的重力势能等于把物体从该点移到零势能位置时重力做的功点移到零势能位置时重力做的功变化大小变化大小的量度的量度电场力做的功是电势能变化大小的量度，电场力做的功是电势能变化大小的量度，静电力做的功等于电势能的改变量静电力做的功等于电势能的改变量重力做的功是重力势能变化大小的量度，重力做的功是重力势能变化大小的量度，重力做的功等于重力势能的改变量重力做的功等于重力势能的改变量对应力做对应力做功的特点功的特点做功多少只与始、末位置有关，与经过的路径无关，且做的功等于势能的改变量做功多少只与始、末位置有关，与经过的路径无关，且做的功等于势能的改变量（三）静电力做功与电势能的

15、关系（三）静电力做功与电势能的关系 1静电力做功正负的判断静电力做功正负的判断(1)根据静电力和位移的方向夹角判断：夹角为锐角静电力做正功，夹角为钝角静电根据静电力和位移的方向夹角判断：夹角为锐角静电力做正功，夹角为钝角静电力做负功。此法常用于匀强电场中恒定静电力做功情况的判断。力做负功。此法常用于匀强电场中恒定静电力做功情况的判断。(2)根据静电力和瞬时速度方向的夹角判断：夹角为锐角时静电力做正功，夹角为钝根据静电力和瞬时速度方向的夹角判断：夹角为锐角时静电力做正功，夹角为钝角时静电力做负功，静电力和瞬时速度方向垂直时静电力不做功。此法常用于判断曲角时静电力做负功，静电力和瞬时速度方向垂直时

16、静电力不做功。此法常用于判断曲线运动中变化静电力的做功情况。线运动中变化静电力的做功情况。(3)根据电势能的变化情况判断：若电势能增加，则静电力做负功；若电势能减少，根据电势能的变化情况判断：若电势能增加，则静电力做负功；若电势能减少，则静电力做正功。则静电力做正功。(4)根据动能的变化情况判断根据动能的变化情况判断(只受静电力只受静电力)：根据动能定理，若物体的动能增加，则：根据动能定理，若物体的动能增加，则静电力做正功；若物体的动能减少，则静电力做负功。静电力做正功；若物体的动能减少，则静电力做负功。2电势能增减的判断方法电势能增减的判断方法(1)做功判断法做功判断法无论正、负电荷，只要静

17、电力做正功，电荷的电势能一定减小；只要静电力做负功，无论正、负电荷，只要静电力做正功，电荷的电势能一定减小；只要静电力做负功，电荷的电势能一定增大。电荷的电势能一定增大。(2)电场线判断法电场线判断法正电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐减小；逆着电场线的方向移动时，电正电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐减小；逆着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大。势能逐渐增大。负电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大；逆着电场线的方向移动时，电负电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大；逆着电场线的方向移动时，电势能逐渐减小。势能逐渐减小。3、静电力做功与电势能的关系、静电力做功与电势能的关系

18、(1)电势能的高低与零电势点的选取有关，电势能的变化与零电势点的选取无关。电势能的高低与零电势点的选取有关，电势能的变化与零电势点的选取无关。(2)电势能与静电力做功的关系是求电势能变化或静电力做功的重要理论依据。电势能与静电力做功的关系是求电势能变化或静电力做功的重要理论依据。三、电势三、电势 前面我们通过对静电力的研究，认识了电场强度。现在我们要通过前面我们通过对静电力的研究，认识了电场强度。现在我们要通过对电势能的研究来认识另一个物理量对电势能的研究来认识另一个物理量电势，它同样是表征电场性质电势，它同样是表征电场性质的重要物理量。的重要物理量。 有一个电场强度为有一个电场强度为E的匀强

19、电场（图的匀强电场（图10.1-4），规定电荷在），规定电荷在O点的电点的电势能为势能为0。A为电场中的任意一点，电荷为电场中的任意一点，电荷q在在A点的电势能为点的电势能为E pA ，等于，等于电荷电荷q由由A点移动到点移动到O点的过程中静电力所做的功，数值为点的过程中静电力所做的功，数值为WAO 。 如果把一个电荷量为如果把一个电荷量为nq的电荷也由的电荷也由A点移动到点移动到O点，由于移动过程点，由于移动过程中该电荷在任何一点所受的静电力始终是电荷量为中该电荷在任何一点所受的静电力始终是电荷量为q的电荷的的电荷的n倍，它们倍，它们的位移一样，因此，移动该电荷所做的功必定是的位移一样，因此

20、，移动该电荷所做的功必定是nWAO 。 在国际单位制中，电势的单位是伏特（在国际单位制中，电势的单位是伏特（volt），符号是），符号是V。在电场中。在电场中的某一点，如果电荷量为的某一点，如果电荷量为1 C的电荷在这点的电势能是的电荷在这点的电势能是1 J，这一点的电，这一点的电势就是势就是1 V，即，即1 V 1 J/C 在图在图10.1-4 中，假如正的试探电荷沿着电场线从左向右移向中，假如正的试探电荷沿着电场线从左向右移向O点，它点，它的电势能是逐渐减少的。可以说，沿着电场线方向电势逐渐降低。与电势的电势能是逐渐减少的。可以说，沿着电场线方向电势逐渐降低。与电势能的情况相似，应该先规定

21、电场中某处的电势为能的情况相似，应该先规定电场中某处的电势为0，然后才能确定电场中，然后才能确定电场中其他各点的电势。在规定了零电势点之后，电场中各点的电势可以是正值，其他各点的电势。在规定了零电势点之后，电场中各点的电势可以是正值，也可以是负值。电势只有大小，没有方向，是个标量。也可以是负值。电势只有大小，没有方向，是个标量。2、电势的性质、电势的性质(1)相对性：电势是相对的，电场中某点的电势高低与电势零点的选取有关。通常将相对性：电势是相对的，电场中某点的电势高低与电势零点的选取有关。通常将离场源电荷无限远处，或地球表面选为电势零点。离场源电荷无限远处，或地球表面选为电势零点。由于规定不

22、同点的电势能为零，电荷在电场中某一点的电势能不同，则该点电势由于规定不同点的电势能为零，电荷在电场中某一点的电势能不同，则该点电势就就不同不同，故电势具有，故电势具有相对性相对性。若该点电势比零电势点的电势。若该点电势比零电势点的电势高高，电势取，电势取正正值，若该值，若该点电势比零电势点的电势点电势比零电势点的电势低低，电势取，电势取负负值。值。电势的数值虽有电势的数值虽有正负正负，但电势是，但电势是标量标量，只有，只有大小大小，没有，没有方向方向。 (2)固有性：电场中某点的电势大小是由电场本身的性质决定的，与在该点是否放固有性：电场中某点的电势大小是由电场本身的性质决定的，与在该点是否放

23、有电荷及所放电荷的电荷量和电势能均无关。有电荷及所放电荷的电荷量和电势能均无关。(3)标量性：电势是只有大小、没有方向的物理量，在规定了电势零点后，电场中各标量性：电势是只有大小、没有方向的物理量，在规定了电势零点后，电场中各点的电势可能是正值，也可能是负值。正值表示该点的电势高于零电势；负值表示点的电势可能是正值，也可能是负值。正值表示该点的电势高于零电势；负值表示该点的电势低于零电势。显然，电势的正负只表示大小，不表示方向。该点的电势低于零电势。显然，电势的正负只表示大小，不表示方向。（三）电场强度大小和电势高低的判断方法（三）电场强度大小和电势高低的判断方法(1)电场线越密电场线越密电场强度越大电场强度越大(2)沿电场线方向沿电场线方向电势越来越低电势越来越低(3)电场强度大的地方电场强度大的地方电势不一定高电势不一定高(4)大小之间不存在任何关系电势为零的点，场强不一定为零；电势高大小之间不存在任何关系电势为零的点，场强不一定为零；电势高的地方，场强不一定大；场强为零的地方，电势不一定为零；场强大的地的地方，场强不一定大；场强为零的地方，电势不一定为零；场强大的地方，电势不一定高方，电势不一定高课堂练习课堂练习