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高中物理人教版 (2019)必修 第三册第十章 静电场中的能量1 电势能和电势精品ppt课件
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这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册第十章 静电场中的能量1 电势能和电势精品ppt课件，共42页。PPT课件主要包含了曾经研究，重力做功的特点，qE·AM，对AM，对MB，W20，对全程，沿甲路径静电力做功，沿乙路径静电力做功，沿丙路径静电力做功等内容，欢迎下载使用。
类比：电荷在静电场中也会有势能吗？ 是电场力做功引起这种势能的变化吗？
1、物体在重力场中具有重力势能。
功是能量转化的量度！！！
2、重力做功引起物体重力势能的发生变化。
方法：如何研究电场能的性质？ 可否用研究重力场一样的方法来研究呢？
1、与路径无关，由初末位置的高度差来决定
2、重力做功WG与重力势能变化的关系
问题：静电力做功的特点？
1.与路径无关,由初末位置的高度差来决定。
1.静电力做功与电荷经过的路径关系如何？？？
2.重力做功WG与重力势能变化的关系：
3.重力势能:等于将物体由该点移至零势能点重力所做的功。
2.静电力做功W电与电势能变化的关系如何？？？
3.某一点电势能如何规定？？？
匀强电场中，把正电荷沿不同路径从A点移到B静电力做功？
W = F·|AB| csθ
甲.将电荷q从A沿直线移至B:
乙.将电荷q从A沿折线移至B:
W1 = q E ·|AM|
W = W1 + W2= q E·|AM|
3.将电荷q从A沿曲线移至B:
W = W1 + W2 + W3 +… = q E·|AM|
W1 = q E ·x1
W2 = q E ·x2
W3 = q E ·x3
x1 + x2 + x3 +…=?
W= q E·|AM|
W = q E·|AM| + 0
问题：静电力做功的特点
W甲= F·|AB|csθ=qE·|AM|
匀强电场中，把正电荷沿不同路径从A点移到B电场力做功
W乙= qE·|AM|
W丙= qE·|AM|
沿任意路径静电力做功:
W任意=qE·|AM|
在匀强电场中移动电荷时，静电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。
★此结论对于非匀强电场也适用
例如：点电荷激发的电场是非匀强电场，把试探电荷+q从A经不同路径移动到B，静电力做功相同。
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：
做功的过程是一个能量转化的过程，那么电场力做功的过程是什么能转化为什么能呢？
1.在这三种情况下重力做功的关系？
3.可以引进重力势能的概念。
4.类比可以给出电势能的概念。
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能叫做电势能。 （电荷在某点的电势能，等于把它从这个点移动到零势能位置时静电力做的功）
２、标量：有正负，表大小
例如：EpA=3J 比0势能点多3J EpB=-3J 比0势能点低3J
负电荷逆着电场线移动，电场力做正功，电势能减少
２、电场力做功改变电势能
正电荷顺着电场线移动，电场力做正功，电势能减少
正电荷逆着电场线移动，电场力做负功，电势能增加
负电荷顺着电场线移动，电场力做负功，电势能增加
３、电场力做的功等于电势能的减少量
WAB = EPA - EPB = -ΔEP （增量的负值）
静电力对电荷做正功,电荷的电势能减少静电力对电荷做负功,电荷的电势能增加。
问题:如图所示，电荷在电场中从A向B移动时，静电力做什么功?
左图：正电荷：静电力做正功负电荷：静电力做负功
右图：正电荷：静电力做负功负电荷：静电力做正功
4.电势能具有相对性。电荷在电场中某点的电势能大小与零势能点的选取有关（但电荷在某两点之间的电势能之差与零势能点的选取无关，通常把离场源无限远处或大地表面的电势能规定为零）
——电荷在某点的电势能,等于静电力把它从该点移动到零势能位置时所做的功。
5.电势能是电荷和电场所共有的，具有系统性。
问题：如图所示，在场强E=1000N/C 的匀强电场中，点电荷q=+1c从A移动到B，AB相距L=1m，静电力做功为多少？电势能如何变化？电荷在B点具有多大的电势能？
设A点电势能EPA=0
电场力做正功，电势能减少
电荷在B点具有多大的电势能？
∴EPB=-1000J
电势能为负表示什么物理意义？
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EP
Ep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
W重 = EP1-EP2
W电 = EPA-EPB
尽管重力做功与电场力做功很相似，但还是存在很大差异
１、下列说法中正确的是（ ）A.当两正点电荷相互靠近时，它们的电势能增大B.当两负点电荷相互靠近时，它们的电势能增大C.一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它们的电势能减小D.一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它们的电势能增大。
电场力做正功，电势能减少；电场力做负功，电势能增加
由动能定理可知，电荷的动能将增加5×10－6J ，D正确
根据功能关系，电荷的电势能将减少5×10－6J ，C正确
由于不知道电荷的初动能和初势能，所以A、B错误
２、一个电荷只在电场力作用下从电场中的A点移到B点时，电场力做了5×10－6J的功，那么 ( )A．电荷在B处时将具有5×10－6J 的电势能B．电荷在B处将具有5×10－6J 的动能C．电荷的电势能减少了5×10－6J D．电荷的动能增加了5×10－6J
３、将带电量为6×10-6C的负电荷从电场中的A点移到B点，克服电场力做了3×10-5J的功，再从B移到C，电场力做了1.2×10-5J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1.8×10-5J.
EPC=1.8×10-5 J
EPC=-1.2×10-5 J
EPB=3×10-5 J
EPA= -3×10-5 J
4、如图所示,在等量正点电荷形成的电场中,它们连线的中垂面ab上, 有一电子,从静止开始由a运动到b的过程中(a、b相对O对称),下列说法正确的是( )A.电子的电势能始终增多B.电子的电势能始终减少C.电子的电势能先减少后增加D.电子的电势能先增加后减少
5、一带电油滴在匀强电场E中的运动轨迹如图虚线所示,电场方向竖直向下.若不计空气阻力,则此带电油滴从a运动到b的过程中,能量变化情况为( )A.动能减小B.电势能增加C.动能和电势能之和减少D.重力势能和电势能之和增加
合力向上，合力做正功，油滴动能增加，A错
电场力做正功，电势能减少，B错
根据能量守恒可知，C对、D错
2.若取B点的电势能为零,则A点的电势能为多少?
1.若在AB两点间分别移动正、负电荷，请比较电荷电势能的变化
3.点电荷的电量为2q、 3q、…
4.分析EPA/q一定吗？
5.点电荷的电量为-q、-2q、 -3q、… 则A点的电势能为多少?
则A点的电势能为多少?
电势能与电量的比值为多少?
E´PA = 2q E Lcsθ
E´´PA =3q E Lcsθ
=E´PA / 2q
=E´´PA / 3q = E L csθ
EPA = -q E Lcsθ
EPA /- q = E L csθ
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。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。
电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值
1 V = 1 J/C
3. 单位: 伏特（V）
（比值定义法，计算时要代入正负号）
例如：φ A=3V ：比0电势高3V φ B=-5V ：比0电势低5V 故 φ A ＞ φ B
5. 电势是标量：有正负，且正负表示大小。数值取决于零电势的选取。（负电势表示该处的电势比零电势处电势低.）
4. 物理意义: 反映电场能的性质（ φ与是否放检验电荷、电性、电荷量都无关，由电场本身决定）
6. 电势具有相对性： 确定电势应先规定电场中某处的电势为零.（通常规定离场源电荷无限远处或大地的电势为零.）
例1：有一电荷量q= - 3×10-6C的点电荷，从电场中的A 点移到B点时，克服静电力做功6×10-4J.问：以B为零电势能点，电荷在A点时的电势能是多少？A点电势多高？
小结:计算电势首先要规定零电势处,电势有正负,正、负分别表示该处的电势比零电势处电势高或低，而不是方向，因此电势是标量。
7. 电势高低的判断方法
（1）沿电场线的方向，电势越来越低：φ A ＞ φ B
判断. ①沿电场线方向，电势逐渐降低 （ ）
②电势降低的方向一定是电场线的方向 （ ）
②电势降低最快的方向一定是电场线的方向 （ ）
（3）场源电荷判断法当规定无限远处φ=0，则：正点电荷电场中各点电势均为正； 负点电荷电场中各点电势均为负。在正电荷产生的电场中，离它越近电势越高；在负电荷产生的电场中，离它越近电势越低。
几种典型电场中各点的电势
正点电荷电场中各点的电势大于零
负点电荷电场中各点的电势小于零
左侧电势小于零；右侧电势大于零
(4)公式法由公式进行计算，q、EP带正负号计算
正电荷在电势能越大的地方电势越高；负电荷在电势能越小的地方电势越高
G=mg 重力势能EP 高度h 高度差Δh
F=qE 电势能EP 电势φ 电势差U
重力场中，同一物体在不同位置，Ep不同。
电场中，同一电荷在电场中的不同位置,EP不同。
不同物体在同一位置，Ep正比于质量m
不同电荷在同一位置，EP正比于电量q
Ep/m = gh，h只与相对位置有关
EP/q 叫做电势 ， 只与相对位置有关
电势能与电势的区别与联系
判断题（并简要说明理由）⑴、电荷沿电场线方向移动时，其电势能一定减小。（ ）⑵、检验电荷在电场中某点所受的电场力很大时，它在该点具有的电势能也一定大。（ ） ⑶、把两个异号电荷靠近时，电荷电势能增大。（ ） ⑷、电荷在电场中移动时，若电场力对电荷做正功，电荷的电势能一定减小.（ ）
例：在匀强电场中有a、b、c三点，位置关系如图所示，其中ab=√3 cm，bc=1cm，已知电场线与abc三点所在的平面，且与bc平行，若将电量为-2×10-８C的点电荷从a移到b，电场力不做功，而把该电荷从a移到c，电场力做功为1.8×10-7J。（1）比较a、b、c 三点的电势高低；（2）画出匀强电场的电场线;（3）求出电场强度的大小。
c b
【例】．[对v－t图象的理解](多选)如图甲，直线MN表示某电场中一条电场线，a、b是线上的两点，将一带负电荷的粒子从a点处由静止释放，粒子从a运动到b过程中的v－t图象如图乙所示，设a、b两点的电势分别为φa、φb，场强大小分别为Ea、Eb，粒子在a、b两点的电势能分别为Wa、Wb，不计重力，则有( )
A.Φa > φb B．Ea > EbC．Ea < Eb D．Wa > Wb
解析 电场线为直线，带负电的粒子仅在电场力的作用下由静止释放，那么一定沿着电场力的方向运动，故电场强度的方向向左，b点的电势高，选项A错误；由v－t图象的斜率表示粒子运动的加速度可知粒子运动的加速度越来越小，故b点的场强小，Ea>Eb，选项B正确，C错误；电场力做正功，电势能减小，选项D正确．
类比：电荷在静电场中也会有势能吗？ 是电场力做功引起这种势能的变化吗？
1、物体在重力场中具有重力势能。
功是能量转化的量度！！！
2、重力做功引起物体重力势能的发生变化。
方法：如何研究电场能的性质？ 可否用研究重力场一样的方法来研究呢？
1、与路径无关，由初末位置的高度差来决定
2、重力做功WG与重力势能变化的关系
问题：静电力做功的特点？
1.与路径无关,由初末位置的高度差来决定。
1.静电力做功与电荷经过的路径关系如何？？？
2.重力做功WG与重力势能变化的关系：
3.重力势能:等于将物体由该点移至零势能点重力所做的功。
2.静电力做功W电与电势能变化的关系如何？？？
3.某一点电势能如何规定？？？
匀强电场中，把正电荷沿不同路径从A点移到B静电力做功？
W = F·|AB| csθ
甲.将电荷q从A沿直线移至B:
乙.将电荷q从A沿折线移至B:
W1 = q E ·|AM|
W = W1 + W2= q E·|AM|
3.将电荷q从A沿曲线移至B:
W = W1 + W2 + W3 +… = q E·|AM|
W1 = q E ·x1
W2 = q E ·x2
W3 = q E ·x3
x1 + x2 + x3 +…=?
W= q E·|AM|
W = q E·|AM| + 0
问题：静电力做功的特点
W甲= F·|AB|csθ=qE·|AM|
匀强电场中，把正电荷沿不同路径从A点移到B电场力做功
W乙= qE·|AM|
W丙= qE·|AM|
沿任意路径静电力做功:
W任意=qE·|AM|
在匀强电场中移动电荷时，静电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。
★此结论对于非匀强电场也适用
例如：点电荷激发的电场是非匀强电场，把试探电荷+q从A经不同路径移动到B，静电力做功相同。
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：
做功的过程是一个能量转化的过程，那么电场力做功的过程是什么能转化为什么能呢？
1.在这三种情况下重力做功的关系？
3.可以引进重力势能的概念。
4.类比可以给出电势能的概念。
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能叫做电势能。 （电荷在某点的电势能，等于把它从这个点移动到零势能位置时静电力做的功）
２、标量：有正负，表大小
例如：EpA=3J 比0势能点多3J EpB=-3J 比0势能点低3J
负电荷逆着电场线移动，电场力做正功，电势能减少
２、电场力做功改变电势能
正电荷顺着电场线移动，电场力做正功，电势能减少
正电荷逆着电场线移动，电场力做负功，电势能增加
负电荷顺着电场线移动，电场力做负功，电势能增加
３、电场力做的功等于电势能的减少量
WAB = EPA - EPB = -ΔEP （增量的负值）
静电力对电荷做正功,电荷的电势能减少静电力对电荷做负功,电荷的电势能增加。
问题:如图所示，电荷在电场中从A向B移动时，静电力做什么功?
左图：正电荷：静电力做正功负电荷：静电力做负功
右图：正电荷：静电力做负功负电荷：静电力做正功
4.电势能具有相对性。电荷在电场中某点的电势能大小与零势能点的选取有关（但电荷在某两点之间的电势能之差与零势能点的选取无关，通常把离场源无限远处或大地表面的电势能规定为零）
——电荷在某点的电势能,等于静电力把它从该点移动到零势能位置时所做的功。
5.电势能是电荷和电场所共有的，具有系统性。
问题：如图所示，在场强E=1000N/C 的匀强电场中，点电荷q=+1c从A移动到B，AB相距L=1m，静电力做功为多少？电势能如何变化？电荷在B点具有多大的电势能？
设A点电势能EPA=0
电场力做正功，电势能减少
电荷在B点具有多大的电势能？
∴EPB=-1000J
电势能为负表示什么物理意义？
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EP
Ep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
W重 = EP1-EP2
W电 = EPA-EPB
尽管重力做功与电场力做功很相似，但还是存在很大差异
１、下列说法中正确的是（ ）A.当两正点电荷相互靠近时，它们的电势能增大B.当两负点电荷相互靠近时，它们的电势能增大C.一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它们的电势能减小D.一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它们的电势能增大。
电场力做正功，电势能减少；电场力做负功，电势能增加
由动能定理可知，电荷的动能将增加5×10－6J ，D正确
根据功能关系，电荷的电势能将减少5×10－6J ，C正确
由于不知道电荷的初动能和初势能，所以A、B错误
２、一个电荷只在电场力作用下从电场中的A点移到B点时，电场力做了5×10－6J的功，那么 ( )A．电荷在B处时将具有5×10－6J 的电势能B．电荷在B处将具有5×10－6J 的动能C．电荷的电势能减少了5×10－6J D．电荷的动能增加了5×10－6J
３、将带电量为6×10-6C的负电荷从电场中的A点移到B点，克服电场力做了3×10-5J的功，再从B移到C，电场力做了1.2×10-5J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1.8×10-5J.
EPC=1.8×10-5 J
EPC=-1.2×10-5 J
EPB=3×10-5 J
EPA= -3×10-5 J
4、如图所示,在等量正点电荷形成的电场中,它们连线的中垂面ab上, 有一电子,从静止开始由a运动到b的过程中(a、b相对O对称),下列说法正确的是( )A.电子的电势能始终增多B.电子的电势能始终减少C.电子的电势能先减少后增加D.电子的电势能先增加后减少
5、一带电油滴在匀强电场E中的运动轨迹如图虚线所示,电场方向竖直向下.若不计空气阻力,则此带电油滴从a运动到b的过程中,能量变化情况为( )A.动能减小B.电势能增加C.动能和电势能之和减少D.重力势能和电势能之和增加
合力向上，合力做正功，油滴动能增加，A错
电场力做正功，电势能减少，B错
根据能量守恒可知，C对、D错
2.若取B点的电势能为零,则A点的电势能为多少?
1.若在AB两点间分别移动正、负电荷，请比较电荷电势能的变化
3.点电荷的电量为2q、 3q、…
4.分析EPA/q一定吗？
5.点电荷的电量为-q、-2q、 -3q、… 则A点的电势能为多少?
则A点的电势能为多少?
电势能与电量的比值为多少?
E´PA = 2q E Lcsθ
E´´PA =3q E Lcsθ
=E´PA / 2q
=E´´PA / 3q = E L csθ
EPA = -q E Lcsθ
EPA /- q = E L csθ
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。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。
电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值
1 V = 1 J/C
3. 单位: 伏特（V）
（比值定义法，计算时要代入正负号）
例如：φ A=3V ：比0电势高3V φ B=-5V ：比0电势低5V 故 φ A ＞ φ B
5. 电势是标量：有正负，且正负表示大小。数值取决于零电势的选取。（负电势表示该处的电势比零电势处电势低.）
4. 物理意义: 反映电场能的性质（ φ与是否放检验电荷、电性、电荷量都无关，由电场本身决定）
6. 电势具有相对性： 确定电势应先规定电场中某处的电势为零.（通常规定离场源电荷无限远处或大地的电势为零.）
例1：有一电荷量q= - 3×10-6C的点电荷，从电场中的A 点移到B点时，克服静电力做功6×10-4J.问：以B为零电势能点，电荷在A点时的电势能是多少？A点电势多高？
小结:计算电势首先要规定零电势处,电势有正负,正、负分别表示该处的电势比零电势处电势高或低，而不是方向，因此电势是标量。
7. 电势高低的判断方法
（1）沿电场线的方向，电势越来越低：φ A ＞ φ B
判断. ①沿电场线方向，电势逐渐降低 （ ）
②电势降低的方向一定是电场线的方向 （ ）
②电势降低最快的方向一定是电场线的方向 （ ）
（3）场源电荷判断法当规定无限远处φ=0，则：正点电荷电场中各点电势均为正； 负点电荷电场中各点电势均为负。在正电荷产生的电场中，离它越近电势越高；在负电荷产生的电场中，离它越近电势越低。
几种典型电场中各点的电势
正点电荷电场中各点的电势大于零
负点电荷电场中各点的电势小于零
左侧电势小于零；右侧电势大于零
(4)公式法由公式进行计算，q、EP带正负号计算
正电荷在电势能越大的地方电势越高；负电荷在电势能越小的地方电势越高
G=mg 重力势能EP 高度h 高度差Δh
F=qE 电势能EP 电势φ 电势差U
重力场中，同一物体在不同位置，Ep不同。
电场中，同一电荷在电场中的不同位置,EP不同。
不同物体在同一位置，Ep正比于质量m
不同电荷在同一位置，EP正比于电量q
Ep/m = gh，h只与相对位置有关
EP/q 叫做电势 ， 只与相对位置有关
电势能与电势的区别与联系
判断题（并简要说明理由）⑴、电荷沿电场线方向移动时，其电势能一定减小。（ ）⑵、检验电荷在电场中某点所受的电场力很大时，它在该点具有的电势能也一定大。（ ） ⑶、把两个异号电荷靠近时，电荷电势能增大。（ ） ⑷、电荷在电场中移动时，若电场力对电荷做正功，电荷的电势能一定减小.（ ）
例：在匀强电场中有a、b、c三点，位置关系如图所示，其中ab=√3 cm，bc=1cm，已知电场线与abc三点所在的平面，且与bc平行，若将电量为-2×10-８C的点电荷从a移到b，电场力不做功，而把该电荷从a移到c，电场力做功为1.8×10-7J。（1）比较a、b、c 三点的电势高低；（2）画出匀强电场的电场线;（3）求出电场强度的大小。
c b
【例】．[对v－t图象的理解](多选)如图甲，直线MN表示某电场中一条电场线，a、b是线上的两点，将一带负电荷的粒子从a点处由静止释放，粒子从a运动到b过程中的v－t图象如图乙所示，设a、b两点的电势分别为φa、φb，场强大小分别为Ea、Eb，粒子在a、b两点的电势能分别为Wa、Wb，不计重力，则有( )
A.Φa > φb B．Ea > EbC．Ea < Eb D．Wa > Wb
解析 电场线为直线，带负电的粒子仅在电场力的作用下由静止释放，那么一定沿着电场力的方向运动，故电场强度的方向向左，b点的电势高，选项A错误；由v－t图象的斜率表示粒子运动的加速度可知粒子运动的加速度越来越小，故b点的场强小，Ea>Eb，选项B正确，C错误；电场力做正功，电势能减小，选项D正确．
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