14电势能和电势.pptx

合肥光华学校齐锁电势能和电势第一课时第一课时 电场力做功、电势能及其关系电场力做功、电势能及其关系 1 1、恒力功的计算：、恒力功的计算：2 2、重力做功的特点：、重力做功的特点：(1)(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)(2)重力做功重力做功W WG G与重力势能变化的关系与重力势能变化的关系(3)(3)重力势能与零势能面选取有关重力势能与零势能面选取有关功是功是重力做重力做正功正功，重力势能，重力势能减少减少重力做重力做负功负功，重力势能，重力势能增加增加复习：复习：能量转化的量度！能量转化的量度！一个试探电荷在电场中某点由一个试探电荷在电场中某点由静止静止释放释放,将如何运动将如何运动?E 在电场力作用下电荷做加速运动在电场力作用下电荷做加速运动,一段时间后获得一定的一段时间后获得一定的速度速度,试探电试探电荷的荷的动能动能增加增加.+F什么能转化为什么能转化为动能动能的呢的呢?BMAFq q W甲甲=F|AB|cos=qE|AM|把正电荷沿不同路径从把正电荷沿不同路径从A A点移到点移到B B电场力做功？电场力做功？+甲甲乙乙丙丙沿甲路径直线沿甲路径直线ABAB电场力做功电场力做功:一、电场力做功的特点一、电场力做功的特点求试探电荷求试探电荷q沿沿A-M-B移动到移动到B时电场力时电场力做的功：做的功：E+q ABMF FE+q ABM求试探电荷求试探电荷q沿曲线从沿曲线从A移动到移动到B时电场力做的功时电场力做的功BMAFq q W甲甲=F|AB|cos=qE|AM|把把正正电荷沿不同路径从电荷沿不同路径从A A点移到点移到B B电场力做功？电场力做功？+甲甲乙乙丙丙沿甲路径电场力做功沿甲路径电场力做功:沿乙路径电场力做功沿乙路径电场力做功:沿丙路径电场力做功沿丙路径电场力做功:W乙乙=qE|AM|W丙丙=qE|AM|沿任意路径电场力做功沿任意路径电场力做功:W任意任意=qE|AM|一、电场力做功的特点一、电场力做功的特点若是负电荷若是负电荷呢？呢？结论：结论：1.电场力做的功与电荷经过的电场力做的功与电荷经过的路径路径无关，无关，只与电荷的只与电荷的初位置初位置和和末位置末位置有关。有关。(对于任何电场都适用对于任何电场都适用)这与什么力做功相似呢？2.匀强电场中电场力做功公式：匀强电场中电场力做功公式：W=+qEd其中其中d指指沿电场线沿电场线方向的距离方向的距离 将将+q由由A移移到到B的过程电的过程电场力对电荷做场力对电荷做功为：功为：将将-q由由A移到移到B的过程，电场的过程，电场力对电荷做功为：力对电荷做功为：dAB+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？引入：引入：二、电势能二、电势能 电场中的电荷由于受电场中的电荷由于受到电场力作用而具有与到电场力作用而具有与位置有关的能。位置有关的能。正电荷从正电荷从A A点移到点移到B B点时点时,电场力做电场力做正正功功,电荷电荷的的动能增加动能增加，电荷的，电荷的电电势能减少势能减少.正电荷从正电荷从B B点移到点移到A A点时点时,电场力做电场力做负负功功,即即电荷电荷克服克服静电力做功静电力做功,电电荷的荷的动能减少动能减少，电荷的，电荷的电势能增加电势能增加.ABE+vABE+v如果是负电荷呢？如果是负电荷呢？二、电势能二、电势能1 1、定义定义：电荷在电场中具有与其：电荷在电场中具有与其位置位置有关的有关的能量叫电势能。能量叫电势能。势，因其所在状态不同，使其某一性质的大小、强度不同二、电势能二、电势能1 1、定义定义：电荷在电场中具有与其：电荷在电场中具有与其位置位置有关的有关的能量叫电势能。能量叫电势能。2 2、电场力做功与电势能变化的关系、电场力做功与电势能变化的关系电场力对电荷做电场力对电荷做正正功，电荷的电势能功，电荷的电势能减小减小电场力对电荷做电场力对电荷做负负功，电荷的电势能功，电荷的电势能增加增加3.电场力做的功等于电势能减少量电场力做的功等于电势能减少量a a和和b b为电场中的两点为电场中的两点,如果把如果把q=-2X10q=-2X10-8-8C C的负的负电荷从电荷从a a点移动到点移动到b b点点,电场力对该电荷做了电场力对该电荷做了4X104X10-7-7J J的正功的正功,则该电荷的电势能则该电荷的电势能()()A.A.增加了增加了4X104X10-7-7J B.J B.增加了增加了2X102X10-7-7J JC.C.减少了减少了4X104X10-7-7J D.J D.减少了减少了8X108X10-7-7J JC 例例1.1.如图如图,在场强在场强 的匀强电场中的匀强电场中,点电点电荷荷q=+1cq=+1c从从A A移动到移动到B,ABB,AB相距相距L=1m,L=1m,电场力做电场力做功为多少功为多少?电势能变化多少电势能变化多少?问：电荷在问：电荷在B B点具有的电势能多大？点具有的电势能多大？电势能减少电势能减少103JEqFAB设设A A点的电势能点的电势能WAB=EPAEPB=103J电势能为负表示电势能为负表示的物理意义是什的物理意义是什么？么？+通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零，或把电荷在大地表面电势能规定为零，或把电荷在大地表面上电势能规定为零。上电势能规定为零。4.电势能的另一定义：电势能的另一定义：电荷在某点的电势能，等于电场力电荷在某点的电势能，等于电场力把它从该处移动到零势能位置所做把它从该处移动到零势能位置所做的功的功电势能为负表示电荷在该处的电势能比电势能为负表示电荷在该处的电势能比 零零还要小还要小.6.6.电势能是电势能是标量标量，正负表示大小，正负表示大小5.电势能是电势能是相对相对的，与零势能面的选择的，与零势能面的选择有关有关。7.电势能是电荷和电场所电势能是电荷和电场所共有共有的，具有的，具有系统系统 性性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：地球和重力场中，重力：地球和物体之间存在的吸引力物体之间存在的吸引力电场中，电场力：电荷之电场中，电场力：电荷之间的作用力间的作用力有重力就有重力势能有重力就有重力势能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EPEp由物体和地面间的相对由物体和地面间的相对位置决定位置决定EP由电荷间的相对位置决定由电荷间的相对位置决定电场力做正功，电势能就减少电场力做正功，电势能就减少电场力做负功，电势能就增加电场力做负功，电势能就增加电场力作功，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，重力势能就减少重力做正功，重力势能就减少重力做负功，重力势能就增加重力做负功，重力势能就增加WW重重 =E=EP1P1-E-EP2P2WW电电 =E=EPAPA-E-EPBPB1、下列说法中，正确的是：、下列说法中，正确的是：A、把两个同种点电荷间的距离增大一些，电荷的电势、把两个同种点电荷间的距离增大一些，电荷的电势能一定增加能一定增加B、把两个同种点电荷间的距离减小一些，电荷的电势、把两个同种点电荷间的距离减小一些，电荷的电势能一定增加能一定增加C、把两个异种点电荷间的距离增大一些，电荷的电势、把两个异种点电荷间的距离增大一些，电荷的电势能一定增加能一定增加D、把两个异种点电荷间的距离减小一些，电荷的电势、把两个异种点电荷间的距离减小一些，电荷的电势能一定增加能一定增加课堂训练：课堂训练：2、把电量、把电量q1=510-5C的电荷从电场中的的电荷从电场中的A点移点移到到B点，电场力做功点，电场力做功W1=10-3J，则电荷则电荷q1在在A、B两点的电势能两点的电势能EA1与与EB1之差之差EA1-EB1=_J；10-33.有一带有一带负负电的点电荷，从电场中的电的点电荷，从电场中的A点移到点移到B点时，点时，克克服服电场力做功电场力做功6104 J从从B点移到点移到C点，电场力做功点，电场力做功9104 J，问：，问：(1)若以若以A为零势能点，为零势能点，B、C两点的电势能各为多少？两点的电势能各为多少？A、C间的电势能之差为多少？间的电势能之差为多少？(2)若以若以B为零势能点，为零势能点，A、C两点的电势能各为多少？两点的电势能各为多少？A、C间的电势能之差为多间的电势能之差为多少？解：解：(1)电荷从电荷从A点移到点移到B点，克服电场力做功点，克服电场力做功6104 J，电势能增，电势能增加加6104 J故故B点电势能为点电势能为6104 J.从从B点移到点移到C点，电场力做功点，电场力做功9104 J，电势能减少，电势能减少9104 J，故，故C点电势能为点电势能为3104 J.由于由于A为零势能点，故为零势能点，故A、C间的电势能之差为间的电势能之差为3104 J.(2)由由(1)知，以知，以B点为零势能点，电荷从点为零势能点，电荷从A点移到点移到B点，电势能增加点，电势能增加6104 J后电势能成为零，故后电势能成为零，故A点电势能为点电势能为6104 J.从从B点移到点移到C点，电势能减少点，电势能减少9104 J，故，故C点电势能为点电势能为9104 JA、C间的电势能之差为间的电势能之差为3104 J.小结：小结：1.电场力做功特点：电场力做的功与电荷经过的电场力做功特点：电场力做的功与电荷经过的路路径径无关，只与电荷的无关，只与电荷的起始位置和终止位置起始位置和终止位置有关。有关。2.匀强电场中电场力做功公式：匀强电场中电场力做功公式：W=+qEd其中其中d指指沿电场线沿电场线方向的距离方向的距离3.电势能电势能（1）定义（）定义（2）相对性（）相对性（3）标量（）标量（4)系系统性统性 4.电场力做功与电势能关系电场力做功与电势能关系5.电势能大小的判断电势能大小的判断根据做功判断根据做功判断注意：电势能变化无相对性注意：电势能变化无相对性当堂训练：当堂训练：1.右图中右图中MN为电场中某一条电场线方为电场中某一条电场线方向向右，在线取两点向向右，在线取两点a、b 今将一电荷今将一电荷q从从a移到移到b则则（）A.电场力做正功，电场力做正功，q的电势能增加；的电势能增加；B.电场力做负功，电场力做负功，q的电势能增加；的电势能增加；C.电场力做正功，电场力做正功，q的电势能减少；的电势能减少；D.电场力做负功，电场力做负功，q的电势能减少。的电势能减少。C C2.2.如图所示，点电荷的静电场中电场线用实线表示，但其方向如图所示，点电荷的静电场中电场线用实线表示，但其方向未标明，虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹。未标明，虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹。a a、b b是轨迹上的两点。若带电粒子在运动中只受到电场力作用，是轨迹上的两点。若带电粒子在运动中只受到电场力作用，根据此图可作出正确判断的是根据此图可作出正确判断的是()()A.A.带电粒子所带电荷的性质带电粒子所带电荷的性质B.B.带电粒子在带电粒子在a a、b b两点的受力方向两点的受力方向C.C.带电粒子在带电粒子在a a、b b两点的速度何处较大两点的速度何处较大D.D.带电粒子在带电粒子在a a、b b两点的电势能何处较大两点的电势能何处较大BCDab3.3.一带电油滴在匀强电场一带电油滴在匀强电场E E中的运动轨迹如图中的运动轨迹如图虚线所示虚线所示,电场方向竖直向下电场方向竖直向下.若不计空气阻力若不计空气阻力,则则此带电油滴从此带电油滴从a a运动到运动到b b的过程中的过程中,能量变化情况为能量变化情况为()A.A.动能减小动能减小B.B.电势能增加电势能增加C.C.动能和电势能之和减少动能和电势能之和减少D.D.重力势能和电势能之和增加重力势能和电势能之和增加EabC4 4、将带电量为、将带电量为610610-6-6C C的的负负电荷从电场中的电荷从电场中的A A点移点移到到B B点，点，克服克服电场力做了电场力做了310310-5-5J J的功，再从的功，再从B B移移到到C C，电场力做了，电场力做了1.2101.210-5-5J J的功，则的功，则（1 1）电荷从）电荷从A A移到移到B B，再从，再从B B移到移到C C的过程中电势能的过程中电势能共改变了多少？共改变了多少？（2 2）如果规定）如果规定A A点的电势能为零，则该电荷在点的电势能为零，则该电荷在B B点点和和C C点的电势能分别为多少？点的电势能分别为多少？（3 3）如果规定）如果规定B B点的电势能为零，则该电荷在点的电势能为零，则该电荷在A A点点和和C C点的电势能分别为多少？点的电势能分别为多少？增加了增加了1.8101.810-5-5J J.E EPCPC=1.810=1.810-5-5 J J E EPCPC=-1.210=-1.210-5-5 J JE EPBPB=310=310-5-5 J J E EPAPA=-310=-310-5-5 J J 第二课时：电势、等势面第二课时：电势、等势面学习目标：学习目标：1.理解电势的概念，知道电势是描述电场的理解电势的概念，知道电势是描述电场的能的性质能的性质的物理量的物理量2.掌握电势能和电势的关系掌握电势能和电势的关系3.掌握等势面的定义及其特点掌握等势面的定义及其特点 尽管重力做功与电场力做功很相似，但还是存在很大尽管重力做功与电场力做功很相似，但还是存在很大差异差异存在两种电荷存在两种电荷ABE电荷由电荷由A点运动的点运动的B点点正电荷正电荷负电荷负电荷电场力电场力做功做功正功正功负功负功电势能电势能变化变化减少减少增加增加电势能的大小是与试探电荷的电性和电量电势能的大小是与试探电荷的电性和电量q q都有关，都有关，故故不能不能用用“电势能电势能”来描述电场的来描述电场的能的性质能的性质。AOlE+该比值是一个与该比值是一个与q q无关，仅与电场无关，仅与电场及及A A点的位置有关的量。点的位置有关的量。三、电势三、电势设EPO=0该比值称为该比值称为A A点的点的电势电势零势能零势能参考点参考点1 1、定义：、定义：电荷在电场中某一点的电荷在电场中某一点的电势能电势能与它的与它的电荷量电荷量的比值，叫做这一点的的比值，叫做这一点的电势电势。2 2、定义式：、定义式：（E EP P及及q q含符号含符号计算时要计算时要代入正负号代入正负号）电势能电势能重力势能重力势能电势电势高度高度比值定义法比值定义法3 3、单位：、单位：伏特伏特伏特伏特，符号为，符号为V V V V 4 4、电势是、电势是标量标量(有正负，正负表示电势高低有正负，正负表示电势高低)负电势表示该处的电势比零电势处电势低负电势表示该处的电势比零电势处电势低5 5、电势具有相对性、电势具有相对性电势是相对于零势能参考点的，电势是相对于零势能参考点的，一般选取无穷远电势为一般选取无穷远电势为0 0，实际应用中常取大地电势为，实际应用中常取大地电势为0 0先规定电场中某处的电势为零，然后才能确定电场中其他各点的先规定电场中某处的电势为零，然后才能确定电场中其他各点的电势电势6.6.沿电场线沿电场线 (场强场强)方向电势方向电势越来越低越来越低 即电场线指向电势降低的方向即电场线指向电势降低的方向如何比较电势的高低？如何比较电势的高低？ABE电荷由电荷由A点运动的点运动的B点点正电荷正电荷负电荷负电荷电场力电场力做功做功正功正功负功负功电势能电势能变化变化减少减少增加增加电势电势变化变化减少减少减少减少重点：重点：7.电场中两点电场中两点电势高低电势高低的判断方法：的判断方法：(1)根据根据电场线电场线确定确定沿沿电场线电场线方向方向电势是逐渐电势是逐渐降低降低的的电场线的方向就是电势降低最快的方向电场线的方向就是电势降低最快的方向(2)根据电荷根据电荷电势能电势能的变化判断的变化判断如果在两点间移动如果在两点间移动正正电荷时：电势能电荷时：电势能增加增加，则，则电势电势升高升高；电势能；电势能减少减少，则电势，则电势降低降低如果在两点间移动如果在两点间移动负负电荷时：电势能电荷时：电势能增加增加，则，则电势电势降低降低；电势能；电势能减少减少，则电势，则电势升高升高 1.1.试探电荷试探电荷q q1 1放在电场中的放在电场中的A A点点,电势电势能为能为E Ep p(规定无限远处电势能为零规定无限远处电势能为零),A),A点的电势为点的电势为_,_,若把试探电荷若把试探电荷q q1 1换成试探电荷换成试探电荷q q2 2放在电场中的放在电场中的A A点点,A,A点的电势为点的电势为_(_(仍规定无限仍规定无限远处电势能为零远处电势能为零).).2.2.如果把如果把q=1.010q=1.010-8-8C C的电荷从无穷远处移至电场中的的电荷从无穷远处移至电场中的A A点，需克服电场力做功点，需克服电场力做功W=1.210W=1.210-4-4J.J.那么那么 q q在在A A点的电势能和在点的电势能和在A A点的电势各是多少？点的电势各是多少？q q未移入电场前未移入电场前A A点的电势是多少点的电势是多少？3.3.如图所示，电场中有如图所示，电场中有A A、B B两点，则下列说法中正确两点，则下列说法中正确的是（的是（）A A、电势、电势A A B B 场强场强E EA AEEB BB B、电势、电势A A B B 场强场强E EA AEEEpBpBA AB BE EBC小结：场强与电势的关系：小结：场强与电势的关系：无必然联系无必然联系1 1、定义：、定义：电场中电势相同的各点构成的面，叫做电场中电势相同的各点构成的面，叫做等势面等势面。与与等高线等高线类比类比（1 1）在同一等势面上的任意两点间移动电荷，电场力）在同一等势面上的任意两点间移动电荷，电场力不做功不做功（2 2）电场线跟等势面）电场线跟等势面垂直垂直，且由电势较高的等势面指向电势，且由电势较高的等势面指向电势较低的等势面较低的等势面 （3 3）等差等势面越）等差等势面越密密，电场线密，电场线密，场强大场强大。等差等势面越。等差等势面越疏疏电场线疏电场线疏、场强场强小小。（4 4）不同等势面在空间）不同等势面在空间不相交不相交、不相切不相切2 2、等势面的特点：、等势面的特点：3.几种典型电场的等势面几种典型电场的等势面：1、点电荷电场点电荷电场中的等势面：中的等势面：以点电荷为球心的一簇以点电荷为球心的一簇球面球面注意：取无穷远处为零势能面时：注意：取无穷远处为零势能面时：（1）正正点电荷周围的电势都是点电荷周围的电势都是正正值值（2）负负点电荷周围的电势都是点电荷周围的电势都是负负值值电势能呢？电势能呢？2、等量异种点电荷电场中的、等量异种点电荷电场中的等势面：等势面：两簇对称曲面两簇对称曲面注意注意（1）中垂面为一等势面中垂面为一等势面（2）若取无穷远处为零势能）若取无穷远处为零势能面，则中垂面为的电势为面，则中垂面为的电势为03、等量同种点电荷电场中的等势面：、等量同种点电荷电场中的等势面：两簇对称曲面两簇对称曲面5、匀强电场中的等势面：、匀强电场中的等势面：垂直于电场线的一簇平面垂直于电场线的一簇平面4、形状不规则的带电导体、形状不规则的带电导体附近的电场线及等势面附近的电场线及等势面1.1.关于等势面，正确的说法是（关于等势面，正确的说法是（）A A电荷在等势面上移动时不受电场力作用，所电荷在等势面上移动时不受电场力作用，所以不做功以不做功B B等势面上各点的场强大小相等等势面上各点的场强大小相等C C等势面一定跟电场线垂直等势面一定跟电场线垂直D D两等势面不能相交两等势面不能相交CDCD2.如图所示，虚线如图所示，虚线a、b和和c是某静电场中的三个等势面，是某静电场中的三个等势面，它们的电势分别为它们的电势分别为 、和和 ，一带，一带正正电粒子射入电电粒子射入电场中，其运动轨迹如实线场中，其运动轨迹如实线KLMN所示。由图可知：所示。由图可知：A、粒子从、粒子从K到到L的过程中，电场力做负功的过程中，电场力做负功B、粒子从、粒子从L到到M的过程中，电场力做负功的过程中，电场力做负功C、粒子从、粒子从K到到L的过程中，电势能增加的过程中，电势能增加D、粒子从、粒子从L到到M的过程中，动能减少的过程中，动能减少小结：小结：1.电势：电势：(1)定义定义(2)定义式定义式(3)电势是电势是标量标量(有正负，正负有正负，正负表示电势高低表示电势高低)(4)电势具有相对性电势具有相对性2.电势高低的判断方法：电势高低的判断方法：(1)根据根据电场线电场线确定确定(2)根据电根据电荷荷电势能电势能的变化判断的变化判断3.等势面的定义及其特点等势面的定义及其特点4.几种特殊电场的等势面几种特殊电场的等势面