高中物理 第一章 静电场 4电势能电势与电势差课件 教科版选修31.ppt

4 4 电势能电势能 电势与电势差电势与电势差重力做功与路径无关，只与初、末位置的高度差有关重力做功与路径无关，只与初、末位置的高度差有关. .复习回顾复习回顾W WG G = = E Ep1p1- -E Ep2p2Bh1 参考平面参考平面h2 AhθmlΔh1Δh2Δh3物体从物体从A A沿直线运动到沿直线运动到B B物体从物体从A A沿任意曲线运动到沿任意曲线运动到B B1 1. .类比重力做功，理解电场力做功的特点类比重力做功，理解电场力做功的特点. .2.2.用类比法研究电场能的性质，理解电势能、电用类比法研究电场能的性质，理解电势能、电势、电势差之间的联系势、电势差之间的联系. .3.3.会从电场力做功的角度分析电势能、电势的变会从电场力做功的角度分析电势能、电势的变化化. . ( (重点重点) )4.4.了解用等势面描述电场的方法了解用等势面描述电场的方法. .一、电场力做功的特点一、电场力做功的特点一个电荷在电场中某点由静止释放一个电荷在电场中某点由静止释放, ,将如何运动将如何运动? ? 在电场力作用下电荷将做加速运动在电场力作用下电荷将做加速运动, ,一段时间后一段时间后, , 电荷的电荷的动能动能增加增加. .是什么能转化为电荷的动能呢是什么能转化为电荷的动能呢? ?E+F地球地球mmg场方向场方向在匀强电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷经在匀强电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷经过的过的路径无关路径无关，只与电荷的，只与电荷的起点起点位置和位置和终点终点位置位置有有关关. .对于非匀强电场也适用对于非匀强电场也适用B+MAFөq q+ W WABAB = F = F··|AB|cos|AB|cosθθ=qE=qE··|AM|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点，电场力做功点，电场力做功有何不同？有何不同？E E类比：类比：重力和电场力做功的特点重力和电场力做功的特点 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. .重力做功改变物体的重力势能重力做功改变物体的重力势能. .与重力势能类似，电荷在静电场中也具有势能，叫做与重力势能类似，电荷在静电场中也具有势能，叫做电势能电势能，用符号，用符号E Ep p表示表示正电荷从正电荷从A A点移到点移到B B点时点时, ,静静电力做正功电力做正功, ,电荷的电势能电荷的电势能减少减少. .正电荷从正电荷从B B点移到点移到A A点时，点时，静静电力做负功电力做负功, ,即电荷克服静即电荷克服静电力做功电力做功, ,电荷的电势能增电荷的电势能增加加. .ABE+v vABE+v v如果是负电荷情况相反如果是负电荷情况相反二、电势能二、电势能 电场力做的功等于电势能的电场力做的功等于电势能的减少量减少量重力做正功重力做正功, ,重力势能减少重力势能减少. .电场力做正功电场力做正功, ,电势能减少电势能减少. .重力做负功重力做负功, ,重力势能增加重力势能增加. .电场力做负功电场力做负功, ,电势能增加电势能增加. .电荷在电场中具有的与其位置有关的能量电荷在电场中具有的与其位置有关的能量. .电势能为电势能为负负表示电荷在该处的电势能比零还要小表示电荷在该处的电势能比零还要小. .2.2.电势能是电荷和电场所共有的，具有电势能是电荷和电场所共有的，具有系统性系统性. .1.1.电势能是电势能是相对相对的，与零电势能面有关的，与零电势能面有关. .3.3.电势能是电势能是标量标量. .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电势能规定为的电势能规定为零零，或把电荷在，或把电荷在大地表面大地表面上的电势能规定为上的电势能规定为零零. .注意：注意：用类比法研究电场能的性质用类比法研究电场能的性质重力场重力场电场电场势势 差差1.W1.WABAB∝G∝G，， W WABAB/G /G ————恒量恒量h hABAB1.W1.WABAB∝q∝q，， W WABAB/q/q————恒量恒量U UABAB2.2.比值定义法：比值定义法： 高度差高度差h hABAB=W=WG G/G/G2.2.比值定义法：比值定义法： 电电势差势差U UABAB=W=WABAB/q/qh hABAB与与G G无关，只取决于无关，只取决于始、末的位置始、末的位置. .U UABAB与与q q（包括大小、正负）（包括大小、正负）无关，只取决于始、末的无关，只取决于始、末的位置位置. .1.1.定义定义: :规定规定A A、、B B两点的电势之差两点的电势之差φφA A- -φφB B为为A A、、B B两点两点的电势差的电势差3.3.单位单位: : 伏特伏特(V)(V)4.4.电势差是标量电势差是标量: :1V=1J/C1V=1J/C2.2.定义式定义式: :正负代表一点比另一点电势高或低正负代表一点比另一点电势高或低. .电场中电场中A A、、B B两点间的电势差两点间的电势差U UABAB, ,在数值上等于把单位在数值上等于把单位正电荷由正电荷由A A点移动到点移动到B B点时点时, ,电场力所做的功电场力所做的功W WAB.AB.三、电势差三、电势差W WABAB=qU=qUABAB6.6.电场力做功：电场力做功：5.5.决定因素决定因素: : W WABAB跟路径无关跟路径无关,U,UABAB也跟路径无关，且跟也跟路径无关，且跟W WAB AB 和和q q都无关都无关, ,只是由电场本身和两点位置决定只是由电场本身和两点位置决定. .7.7.拓展：电子伏特拓展：电子伏特电子伏特电子伏特: :1.1.定义：定义：1 1电子伏特电子伏特( (简称电子伏，符号：简称电子伏，符号：eVeV) )，就是在，就是在电压为电压为1V1V的两点间移动一个电子时电场力所做的功的两点间移动一个电子时电场力所做的功. .2.2.应用：在应用：在W=qUW=qU中中. .q q —— 元电荷元电荷.U .U —— 伏伏.W .W —— 电子伏特电子伏特3.3.物理意义：电子伏特是电场力的功的一种单位，即物理意义：电子伏特是电场力的功的一种单位，即为能量单位为能量单位. .4.4.电子伏与焦耳的关系：电子伏与焦耳的关系： 1 eV1 eV=1.6=1.6××1010－－1919J J用类比法研究电场能的性质用类比法研究电场能的性质重力场重力场电场电场高度是特殊的高度差高度是特殊的高度差电势是特殊的电势差电势是特殊的电势差高度差高度差h hABAB =h=hA A - h- hB Bh hA A = h= hAOAO = h= hA A - h- hO Oh hA A=h=hAOAO =W=WAOAO/G/GU UAB AB = =φφA A- -φφB BφφA A =U =UAOAO= = φφA A - - φφO OφφA A=U=UAO AO = W= WAOAO/q/q一般取地面或最低点为参一般取地面或最低点为参考点考点一般取无穷远处或电场中一般取无穷远处或电场中的接地点为参考点的接地点为参考点 1.1.定义定义: : 场中某点的电势数值上等于把单位场中某点的电势数值上等于把单位正电荷正电荷由由该点移动到参考点该点移动到参考点( (零电势点零电势点) )时电场力所做的功时电场力所做的功. .4.4.单位单位: :伏特伏特(V)(V)3.3.标量标量: :正负代表高低正负代表高低5.5.电势差和电势的关系电势差和电势的关系: :四、电势四、电势2.2.公式：公式：1.1.高度差、高度与零高度点的选择有关吗？高度差、高度与零高度点的选择有关吗？2.2.电势差、电势与零电势点的选择有关吗？电势差、电势与零电势点的选择有关吗？【交流讨论【交流讨论】】A A B BC CD D0V0V1V1V2V2V3V3V高度差是绝对量高度差是绝对量, ,高度是相对量高度是相对量E E0V0V1V1V2V2V-1V-1V电势差和电势的关系电势差和电势的关系电势差是绝对量电势差是绝对量, ,电势是相对量电势是相对量电势差与零电势点的选取无关，电势差是绝对量电势差与零电势点的选取无关，电势差是绝对量; ;但但电势是相对零电势点而言的，与零电势点的选取有电势是相对零电势点而言的，与零电势点的选取有关．电势是一个相对量关．电势是一个相对量. .电场中电场中A A、、B B两点的电势之差等于两点的电势之差等于A A、、B B两点的电势差两点的电势差. .结论结论: :沿着电场线方向电势越来越低沿着电场线方向电势越来越低. .在电场中沿着场强方向移动电荷，电场力做功，电在电场中沿着场强方向移动电荷，电场力做功，电势将如何变化？势将如何变化？沿着电场线的方向将正试探电荷从沿着电场线的方向将正试探电荷从A A点移到点移到B B点点取无穷远处电势为零取无穷远处电势为零时，时，正电荷电场中各正电荷电场中各点电势都大于零；负点电势都大于零；负电荷电场中各点电势电荷电场中各点电势都小于零都小于零. .思考思考: :怎样比较电场中两点电势的高低呢怎样比较电场中两点电势的高低呢? ?方法一方法一: :根据电场线方向来确定电势高低：根据电场线方向来确定电势高低： 沿着电场线的方向，电势逐渐降低沿着电场线的方向，电势逐渐降低. .( (简称：电势顺电场线降低简称：电势顺电场线降低) )ABEABE方法二方法二方法二方法二: : : :根据电势差定义式来判断：根据电势差定义式来判断：根据电势差定义式来判断：根据电势差定义式来判断：方法三方法三方法三方法三: : : :根据电势的表达式来判断：根据电势的表达式来判断：根据电势的表达式来判断：根据电势的表达式来判断：方法四方法四: :如果电荷只在静电力作用下由静止开始运如果电荷只在静电力作用下由静止开始运动，正电荷由电势高的点移向电势低的点，负电荷动，正电荷由电势高的点移向电势低的点，负电荷由电势低的点移向电势高的点由电势低的点移向电势高的点. .1.1.等势面：等势面：电场中电势值相等的各点构成的曲面电场中电势值相等的各点构成的曲面. .通常相邻等势面之间的电势差相等通常相邻等势面之间的电势差相等.(.(称为等差等称为等差等势面）势面）2.2.典型电场的等势面典型电场的等势面发展空间：等势面发展空间：等势面一个正点电荷形成的电场的等势面一个正点电荷形成的电场的等势面匀强电场的等势面匀强电场的等势面等量异种点电荷形等量异种点电荷形成的电场的等势面成的电场的等势面两个等量正点电荷形成的两个等量正点电荷形成的电场的等势面电场的等势面等势面的特点等势面的特点（（1 1）在同一等势面上的任意两点间移动电荷，电场力不做）在同一等势面上的任意两点间移动电荷，电场力不做功功. .（（2 2）电场线与等势面处处垂直，且由电势较高的等势面指）电场线与等势面处处垂直，且由电势较高的等势面指向电势较低的等势面、电场线方向就是电势降落最快的方向向电势较低的等势面、电场线方向就是电势降落最快的方向. .（（3 3）等势面密处场强大、电场线密，等势面疏处场强小、）等势面密处场强大、电场线密，等势面疏处场强小、电场线疏电场线疏. .（（4 4）不同等势面在空间不相交、不相切）不同等势面在空间不相交、不相切. .（（5 5）匀强电场的等势面是一组相互平行的疏密均匀的平面）匀强电场的等势面是一组相互平行的疏密均匀的平面. .例题：例题：如图所示如图所示A A、、B B、、C C为电场中的三个点，已知为电场中的三个点，已知B B点电势为零点电势为零. .现将一电量现将一电量q q＝＝1010－－5 5C C的正点电荷由的正点电荷由A A点点移到移到C C点电场力做功点电场力做功W W1 1＝＝8 8××1010－－5 5J J，将该电荷由，将该电荷由C C点移点移到到B B点电场力做功点电场力做功W W2 2＝＝-2-2××1010－－5 5J J，试求，试求A A、、C C两点的电两点的电势势. .q q已知已知思路分析思路分析: :分析法分析法解析：解析：项目项目重重 力力 场场电电 场场定义定义 场强场强（矢量）（矢量）场力场力场力做功场力做功特点特点势差（标势差（标量）量）地球附近的引力场地球附近的引力场存在于电荷周围的场存在于电荷周围的场重力场强度重力场强度g=G/mg=G/m，， 方向：竖直向下方向：竖直向下电场强度电场强度 E=F/q E=F/q ，， 方向：正电荷在该点方向：正电荷在该点所受电场力的方向所受电场力的方向重力重力 G=mgG=mg电场力电场力 F=qEF=qEW WABAB=mgh=mghABAB只与始、末位置有关，只与始、末位置有关，与路径无关与路径无关W WABAB=qU=qUABAB 只与始、末位置有关，只与始、末位置有关，与路径无关与路径无关高度差高度差h hABAB= h= hA A––h hB B，，与参考点选取无关与参考点选取无关电势差电势差U UABAB= =φφA A- - φφB B，，与参考点选取无关与参考点选取无关项目项目重重 力力 场场电电 场场 势势（标量）（标量）势能势能（标量）（标量）场力做功场力做功与势能变与势能变化的关系化的关系 重力势能重力势能 E EP P=mgh=mgh，，与参考平面选取有关与参考平面选取有关电势能电势能 E EPAPA =q=qφφA A，，与参考点选取有关与参考点选取有关重力做正功，重力势能减重力做正功，重力势能减少（转化为其他形式的能）少（转化为其他形式的能）；重力做负功，重力势能；重力做负功，重力势能增加增加. . W WABAB=E=EpApA-E-EpBpB 电场力做正功，电势能电场力做正功，电势能减少（转化为其他形式减少（转化为其他形式的能）；电场力做负功，的能）；电场力做负功，电势能增加电势能增加. .高度高度h h与参考点的选取与参考点的选取有关，具有相对性有关，具有相对性电势电势φφ与参考点的选取与参考点的选取有关，具有相对性有关，具有相对性1. 1. 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移移至电场中某点至电场中某点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: : 场外一点场外一点P P的电势为的电势为从从P A,P A,电场力做的功电场力做的功W=-EW=-EPAPA 注意注意: :计算电势首先要规定零电势点计算电势首先要规定零电势点, ,且电势可以为且电势可以为负负. .2.(20132.(2013··广广东高考高考) ) 喷墨打印机的墨打印机的简化模型如化模型如图所所示，重力可忽略的墨汁微滴，示，重力可忽略的墨汁微滴，经带电室室带负电后，后，以速度以速度v v垂直匀垂直匀强电场飞入极板入极板间，最，最终打在打在纸上，上，则微滴在极板微滴在极板间电场中中( )( )A.A.向向负极板偏极板偏转B.B.电势能逐能逐渐增大增大C.C.运运动轨迹是抛物迹是抛物线D.D.运运动轨迹与迹与带电量无关量无关C C 3.3.下列关于电场的描述，正确的是（下列关于电场的描述，正确的是（ ）） A.A.电场中某点电势的大小、正负与零电势点的选电场中某点电势的大小、正负与零电势点的选取有关取有关 B.B.电场中两点间的电势差与零电势点的选取有关电场中两点间的电势差与零电势点的选取有关 C.C.同一点电荷在电场中的不同点时，电荷的电势同一点电荷在电场中的不同点时，电荷的电势能较大处电势一定较高能较大处电势一定较高D.D.同一点电荷在电场中任意两点间移动时，若电同一点电荷在电场中任意两点间移动时，若电场力做功相同，则两点间的电势差相同场力做功相同，则两点间的电势差相同ADAD4.4.关于等势面说法正确的是（关于等势面说法正确的是（       ））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CDCD5.5.将带电量为将带电量为6 6××1010-6-6C C的负电荷从电场中的的负电荷从电场中的A A点移到点移到B B点，克服电场力做了点，克服电场力做了3 3××1010-5-5J J的功，再从的功，再从B B点移到点移到C C点，点，电场力做了电场力做了1.21.2××1010-5-5J J的功，的功，则（则（1 1）电荷从）电荷从A A点点移到移到B B点点，再从，再从B B点点移到移到C C点点的过程的过程中电势能共改变了多少？中电势能共改变了多少？增加了增加了1.81.8××1010-5-5J.J.（（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点和点和C C点的电势能分别为多少？点的电势能分别为多少？E EpBpB=3=3××1010-5-5J EJ EpCpC=1.8=1.8××1010-5-5J J（（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点和点和C C点的电势能分别为多少？点的电势能分别为多少？E EpApA= -3= -3××1010-5-5 J E J EpCpC=-1.2=-1.2××1010-5-5 J J 曾经拥有的，不要忘记，不能得到的，更要珍惜.属于自己的，不要放弃.已经失去的，留作回忆.。