（京津琼鲁专用）高中物理 第一章 静电场 第4节 电势能和电势课件 新人教必修2.ppt

4　电势能和电势第一章　静电场[学科素养与目标要求]物理观念：物理观念：1.知道静电力做功的特点，掌握静电力做功与电势能变化的关系.2.理解电势的定义、定义式、单位，能根据电场线判断电势高低.3.知道等势面，理解等势面的特点.科学思维：科学思维：1.通过类比法分析得出静电力做功与电势能变化的关系.2.能用比值法定义电势.3.能通过类比等高线理解等势面.内容索引重点探究启迪思维￿探究重点达标检测检测评价￿达标过关自主预习预习新知￿夯实基础自主预习一、静电力做功的特点一、静电力做功的特点1.静电力做功：在匀强电场中，静电力做功W＝qElcos θ.其中θ为______ 方向之间的夹角.2.特点：在静电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷的_________和 有关，与电荷经过的路径 .静电力与位移起始位置终止位置无关二、电势能二、电势能1.电势能：电荷在 中具有的势能，用Ep表示.2.静电力做功与电势能变化的关系：静电力做的功等于电势能的 .表达式：WAB＝ .静电力做正功，电势能 ；静电力做负功，电势能 .3.电势能的大小：电荷在某点的电势能，等于把它从这点移动到______ 时静电力做的功.减少量EpA－EpB电场减少增加零势能位置4.电势能具有相对性电势能零点的规定：通常把电荷在离场源电荷 处或把电荷在 上的电势能规定为零.三、电势三、电势1.定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值.2.公式：φ＝ .3.单位：国际单位制中，电势的单位是 ，符号是V,1 V＝1 J/C.4.电势高低的判断：沿着电场线的方向电势逐渐 .无限远大地表面伏特降低5.电势是 量，只有大小，没有方向，但有正、负之分，电势为正表示比零电势 ，电势为负表示比零电势 .6.电势的相对性：零电势点的规定原则，一般选 或离场源电荷 处的电势为0，只有规定了电势零点才能确定某点的电势大小.标高低大地无限远四、等势面四、等势面1.定义：电场中 的各点构成的面.2.等势面的特点(1)在同一等势面上移动电荷时静电力 (选填“做功”或“不做功”).(2)等势面一定跟电场线 ，即跟电场强度的方向 .(3)电场线总是由 的等势面指向 的等势面.电势相同不做功垂直垂直电势高电势低[即学即用即学即用]　　1.判断下列说法的正误.(1)电荷从电场中的A点运动到B点，路径不同，电场力的做功就不同.(　　)(2)正电荷沿着电场线方向运动，电场力对正电荷做正功，负电荷沿着电场线方向运动，电场力对负电荷做负功.(　　)(3)正电荷和负电荷沿着电场线方向运动，电势能均减少.(　　)(4)电荷在电势高处具有的电势能大.(　　)(5)沿电场线方向电势降低，与试探电荷的电性无关.(　　)答案×√××√2.如图1所示，把电荷量为－5×10－9 C的电荷，从电场中的A点移到B点，其电势能 (选填“增大”或“减小”).若A点电势为φA＝15 V，B点电 势 为 φB＝ 10 V， 则 电 荷 在 A点 和 B点 具 有 的 电 势 能 分 别 为 EpA＝ J，EpB＝ J，此过程电场力所做的功WAB＝ J.图1答案解析￿增大－7.5×10－8－5×10－8－2.5×10－8解析　解析　把电荷从A点移到B点，电场力做负功，电势能增大.EpA＝qφA＝－5×10－9×15 J＝－7.5×10－8 JEpB＝qφB＝－5×10－9×10 J＝－5×10－8 JWAB＝EpA－EpB＝－2.5×10－8 J.重点探究[导学探究导学探究]1.如图2所示，试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中，沿直线从A移动到B，静电力做的功为多少？若q沿折线AMB从A点移动到B点，静电力做的功为多少？一、静电力做功与电势能图2若q沿任意曲线从A点移动到B点，静电力做的功为多少？由此可得出什么结论？答案答案2.对比电场力做功和重力做功的特点，它们有什么相同之处？重力做功引起重力势能的变化，电场力做功引起什么能的变化？答答案案　　电场力做功与重力做功都与路径无关.电场力做功引起电势能的变化.[知识深化知识深化]1.静电力做功的特点静电力做功的特点(1)静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，但与具体路径无关，这与重力做功特点相似.(2)静电力做功的特点不受物理条件限制，不管静电力是否变化，是否是匀强电场，是直线运动还是曲线运动，静电力做功的特点不变.2.电势能电势能(1)电势能是由电场和电荷共同决定的，是属于电荷和电场所共有的，我们习惯上说成电荷的电势能.(2)电势能是相对的，其大小与选定的参考点有关.确定电荷的电势能，首先应确定参考点，也就是零势能点的位置.(3)电势能是标量，有正负但没有方向.电势能为正值表示电势能大于参考点的电势能，电势能为负值表示电势能小于参考点的电势能.3.静电力做功与电势能变化的关系静电力做功与电势能变化的关系(1)WAB＝EpA－EpB.静电力做正功，电势能减小；静电力做负功，电势能增加.(2)正电荷在电势高的地方电势能大，而负电荷在电势高的地方电势能小.例例1　将带电荷量为6×10－6 C的负电荷从电场中的A点移到B点，克服静电力做了3×10－5 J的功，再从B移到C，静电力做了1.2×10－5 J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？答案　答案　见解析解析　解析　WAC＝WAB＋WBC＝－3×10－5 J＋1.2×10－5 J＝－1.8×10－5 J.电势能增加了1.8×10－5 J.解析￿答案(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？答案　答案　见解析解解析析　　如果规定A点的电势能为零，由WAB＝EpA－EpB得：EpB＝EpA－WAB＝0－WAB＝3×10－5 J.同理，EpC＝EpA－WAC＝0－WAC＝1.8×10－5 J.解析￿答案(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？答案　答案　见解析解析　解析　如果规定B点的电势能为零，则该电荷在A点的电势能为：EpA′＝EpB′＋WAB＝0＋WAB＝－3×10－5 J.C点的电势能为EpC′＝EpB′－WBC＝0－WBC＝－1.2×10－5 J.解析￿答案[导学探究导学探究]如图3所示的匀强电场，电场强度为E，取O点为零势能点，A点距O点为L，AO连线与电场强度反方向的夹角为θ.(1)电荷量分别为q和2q的试探电荷在A点的电势能分别为多少？二、电势图3答案　答案　电荷量为q和2q的试探电荷在A点的电势能分别为Eqlcos θ、2Eqlcos θ.答案答案(2)电势能与电荷量的比值是否相同？答案　答案　电势能与电荷量的比值相同，都为Elcos θ.(3)电势能与电荷量的比值与试探电荷的电荷量是否有关系？答案　答案　与试探电荷的电荷量无关.[知识深化知识深化]1.电势的相对性：电场中某点的电势是相对的，它的大小和零电势点的选取有关.在物理学中，常取离场源电荷无限远处的电势为零，在实际应用中常取大地的电势为零.2.电势的固有性：电势φ是表示电场的能的性质的物理量，电场中某点的电势φ只由电场本身决定，而与在该点是否放有电荷、电荷的电性及电荷量均无关.3.电势的标量性：电势虽然有正负，但电势是标量.电势为正值表示该点电势高于零电势，电势为负值表示该点电势低于零电势，正负号不表示方向.4.电势的定义式为φ＝ ，公式中的Ep、q在运算时均需代入正、负号.例例2　如果把电荷量为q＝1.0×10－8 C的电荷从无限远处移到电场中的A点，需要克服静电力做功W＝1.2×10－4 J，那么：(1)q在A点的电势能和A点的电势各是多少？答案　答案　1.2×10－4 J　1.2×104 V 解解析析　　无限远处的电势为零，电荷在无限远处的电势能也为零，即φ∞＝0，Ep∞＝0.由W∞A＝Ep∞－EpA得EpA＝Ep∞－W∞A＝0－(－1.2×10－4 J)＝1.2×10－4 J解析￿答案(2)q未移入电场前，A点的电势是多少？答案　答案　1.2×104 V解析　解析　A点的电势是由电场本身决定的，跟A点是否有电荷存在无关，所以q未移入电场前，A点的电势仍为1.2×104 V.解析￿答案例例3　将一正电荷从无穷远处移入电场中M点，电势能减少了8.0×10－9 J，若将另一等量的负电荷从无穷远处移入电场中的N点，电势能增加了9.0×10－9 J，则下列判断中正确的是A.φM＜φN＜0 B.φN＞φM＞0C.φN＜φM＜0 D.φM＞φN＞0解析￿√√答案解解析析　　取无穷远处电势为零，则正电荷在M点的电势能为－8×10－9 J，负电荷在N点的电势能为9×10－9 J.由φ＝ 知，M点的电势φM＜0，N点的电势φN＜0，且|φN|＞|φM|，即φN＜φM＜0，故C正确.电势高低的判断方法电势高低的判断方法1.电场线法：沿电场线方向，电势越来越低.2.电势能判断法：由φ＝ 知，对于正电荷，电势能越大，所在位置的电势越高；对于负电荷，电势能越小，所在位置的电势越高.技巧点技巧点拨拨三、等势面答案[导学探究导学探究]1.类比地图上的等高线，简述什么是等势面？答案　答案　电场中电势相等的各点构成的面2.当电荷从同一等势面上的A点移到B点时，电荷的电势能是否变化？电场力做功情况如何？答案　答案　不发生变化　电场力不做功[知识深化知识深化]1.等势面的特点及应用等势面的特点及应用(1)在等势面上移动电荷时静电力不做功，电荷的电势能不变.(2)电场线跟等势面垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面，由此可以绘制电场线，从而可以确定电场大体分布.(3)等势面密的地方，电场强度较强；等势面疏的地方，电场强度较弱，由等差等势面的疏密可以定性确定场强大小.(4)任意两个等势面都不相交.2.几种常见电场的等势面几种常见电场的等势面(1)点电荷的等势面是以点电荷为球心的一簇球面.(2)等量异号点电荷的连线上，从正电荷到负电荷电势越来越低，中垂线是一条等势线.(3)等量同号点电荷：①等量正点电荷连线上，中点的电势最低，中垂线上该点的电势最高，从中点沿中垂线向两侧，电势越来越低.②等量负点电荷连线上，中点的电势最高，中垂线上该点的电势最低.从中点沿中垂线向两侧，电势越来越高.(4)匀强电场的等势面是垂直于电场线的一簇平行等间距的平面.答案解析￿例例4　空间中P、Q两点处各固定一个点电荷，其中P点处为正电荷，P、Q两点附近电场的等势面分布如图4所示，a、b、c、d为电场中的4个点.则图4A.P、Q两点处的电荷等量同号B.a点和b点的电场强度相同C.c点的电势低于d点的电势D.负电荷从a移到c，电势能减少√√答案解析￿针针对对训训练练　　(多选)如图5所示，实线表示一簇关于x轴对称的等势面，在x轴上有A、B两点，则图5A.A点场强小于B点场强B.A点场强方向指向x轴负方向C.A点场强大于B点场强D.A点电势高于B点电势√√√√达标检测1.(静电力做功的特点静电力做功的特点)(多选)下列说法正确的是A.电荷从电场中的A点运动到B点，路径不同，静电力做功的大小就可能 不同B.电荷从电场中的某点出发，运动一段时间后，又回到了该点，则静电 力做功为零C.正电荷沿着电场线方向运动，静电力对正电荷做正功，负电荷逆着电 场线方向运动，静电力对负电荷做正功D.电荷在电场中运动，因为静电力可能对电荷做功，所以能量守恒定律 在电场中并不成立√√答案1234解析￿5√√2.(电电场场线线和和等等势势面面)(2018·山东烟台市高一下期末)a、b；c、d；e、f；g、h为图6所示电场中的四组点，其中a、b两点距正点电荷的距离相等；c、d两点在两点电荷连线的中垂线上，并关于两点电荷的连线对称；e、f两点在两点电荷的连线上，并关于连线中点对称；g、h两点在两点电荷连线的中垂线上，并关于两点电荷的连线对称.这四组点中，电场强度和电势均相等的是图6A.a、b B.c、d C.e、f D.g、h答案12345√√3.(等等势势面面)(2018·山东济南市高一下期末)电场中的等势面如图7所示，下列关于该电场的描述正确的是A.A点的电场强度比C点的小B.负电荷在A点的电势能比在C点的电势能大C.电荷沿等势面AB移动的过程中，电场力始终 不做功D.正电荷由A移动到C，电场力做负功√√答案解析￿12345图74.(静静电电力力做做功功与与电电势势能能的的变变化化)(多选)如图8所示，a、b、c为电场中同一条电场线上的三点，其中c为a、b的中点.若一个运动的正电荷先后经过a、b两点，a、b两点的电势分别为φa＝－3 V，φb＝7 V，则图8A.a点的场强小于b点的场强B.a点场强有可能等于b点场强C.正电荷在a点的动能小于在b点的动能D.正电荷在a点的电势能小于在b点的电势能√√√√解析答案123455.(静静电电力力做做功功与与电电势势能能的的变变化化)在电场中把一个电荷量为6×10－6 C的负电荷从A点移到B点，克服静电力做功3×10－5 J，(1)电荷从A到B的过程中，电势能如何变化？变化了多少？答案　答案　增加　3×10－5 J解析　解析　负电荷克服静电力做功，即静电力做负功，则WAB＝－3×10－5 J.由WAB＝EpA－EpB知，电势能增加了3×10－5 J.解析答案12345(2)若规定B点的电势能为零，则电荷在A点的电势能为多大？答案　答案　－3×10－5 J解析　解析　若EpB＝0，则由WAB＝EpA－EpB得EpA＝－3×10－5 J.解析答案12345。