保守力的功和电势能的关系
静电力做功和电势能的关系
静电力做功和电势能的关系静电力是指由于电荷之间的相互作用而产生的力。
当两个带电体之间存在电荷差异时，它们之间就会产生静电力。
而静电力在物理学中是一种保守力，意味着它可以通过做功来改变电荷之间的位置关系。
静电力的大小与电荷之间的距离和电荷的大小有关。
根据库仑定律，两个电荷之间的静电力与它们的电荷量成正比，与它们之间的距离的平方成反比。
当两个电荷之间的距离越近，静电力就越大；当电荷量越大，静电力也越大。
当一个电荷受到静电力作用而沿某个方向移动时，静电力就对它做了功。
功是物理学中描述能量转化的概念，它表示力对物体的作用所产生的能量转移。
在这种情况下，静电力通过对电荷的作用使其具有了动能或势能。
电势能是指电荷由于位置而具有的能量。
在静电场中，电荷具有电势能，这是由于它与其他电荷之间的静电力相互作用所导致的。
当电荷从一个位置移动到另一个位置时，它的电势能会发生改变。
在静电场中，电势能的改变与电荷的移动路径无关，只与电荷的初始位置和最终位置有关。
根据电势能的定义，当电荷受到静电力作用而沿着力的方向移动时，它的电势能会减小。
换句话说，静电力对电荷做了负功，将电势能转化为了动能。
反之，当电荷受到静电力作用而与力的方向相反移动时，它的电势能会增加。
这时，静电力对电荷做了正功，将动能转化为了电势能。
总结起来，静电力对电荷做功，改变了电荷的位置关系，使其具有了动能或势能。
静电力和电势能之间的关系可以通过考虑电荷之间的相互作用和电荷的移动来理解。
静电力是一种保守力，它对电荷做的功可以转化为电势能，反之亦然。
这种关系在静电场中起着重要的作用，有助于我们理解电荷之间的相互作用和能量转化的过程。
值得注意的是，静电力做的功和电势能的改变是相互关联的，它们之间存在着数学上的联系。
具体来说，静电力做的功等于电势能的负改变。
这是由于功和电势能都是标量，且它们之间的关系可以通过数学公式来描述。
然而，为了遵守要求，本文不提供公式和具体计算方法。
大学物理2-4保守力成对力的功势能
势能与保守力做功的物理意义
势能与保守力做功的物理意义在 于它们描述了系统能量的转化和
守恒。
在保守力作用下，系统势能与其 他形式的能量之间相互转化，但
总能量保持不变。
势能与保守力做功的概念在物理 学中具有广泛的应用，如机械能 守恒、电磁学、相对论等领域。
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量来得到保守力所做的功。
保守力做功的实例分析
01
02
03
重力做功
当物体在重力场中移动时， 重力所做的功等于物体质 量与高度差的乘积。
电场力做功
当电荷在电场中移动时， 电场力所做的功等于电荷 量与电势差的乘积。
万有引力做功
当物体在地球附近移动时， 万有引力所做的功等于物 体的质量与地球半径的乘 积。
势能存在
保守力做功与势能的变化有关，势能 是系统能量的重要组成部分，它决定 了系统能分法
01
利用微积分的基本定理，将力在路径上的积分转换为在空间上
的积分，从而求得保守力所做的功。
直接法
02
根据保守力的定义，直接计算力在路径上的积分，得到保守力
所做的功。
势能法
03
利用势能的变化求得保守力所做的功，即通过计算势能的变化
保守力的功与路径无关，只与初末位 置有关，因此存在势能的概念。
成对力的定义
成对力
在物理系统中，如果两个力作用 于同一物体，并且大小相等、方 向相反，则称这两个力为成对力 。
特点
成对力不改变物体的总动量，因 此常常出现在动量守恒的物理过 程中。
保守力与成对力的关系
保守力不一定是成对力，而成对力也 不一定都是保守力。只有当一对力都 是保守力时，它们才具有势能的概念 。
静电场的环路定理
例3、求均匀带电球面电场中电势的分布，已知 ，q 、求均匀带电球面电场中电势的分布，已知R 微元法) 微元法 解: 方法一 叠加法 (微元法
dq = σdS = σ 2πR2 sinθdθ π 任一圆环 dS = 2 RsinθRdθ
dq 1 σ 2πR sinθdθ du = = 4πε0l 4πε0 l
B A
1 1 dr = ( − ) 2 4πε0r 4πε0 RA RB RA
q
q
2.如图已知 、-q、R 如图已知+q 如图已知 、 移至c ①求单位正电荷沿odc 移至 ，电场力所作的功 求单位正电荷沿
d q −q A = uo − uc = 0−( ) + oc 4πε0 3R 4πε0R a b c q 0 +q −q = 6 0R πε R R R
方法二
定义法
∞ P
q 4 0r2 πε
由高斯定理求出场强分布 E =
r>R r<R
r r 由定义 u = ∫ E • dl
r<R R r r ∞r r u = ∫ E • dl + ∫ E • dl
r R
0
r>R
R
dθ
O∞θຫໍສະໝຸດ lP= 0+ ∫
∞
q
4 0r πε R q = 4 0R πε
dr 2
u= ∫
r r uP = ∫ E • dl
P
∞
♠由点电荷电势公式，利用电势叠加原理计算 由点电荷电势公式，
求电偶极子电场中任一点P的电势 例1 、求电偶极子电场中任一点 的电势
Y
由叠加原理
q(r2 − r1) uP = u1 + u2 = − = 4πε0r1 4πε0r2 4πε0r1r2 q q
势能函数与保守力的关系
势能函数与保守力的关系势能函数与保守力的关系势能函数和保守力是两个重要的物理概念，它们之间有着密切的关系。
势能函数描述了物体所处的位置的势能大小，而保守力则是指一类物理力，其做功与物体所经过的路径无关。
在本文中，我们将探讨势能函数与保守力之间的关系。
首先，我们需要了解什么是势能函数。
如果一个物体在场中的位置发生了变化，那么它的势能也会发生变化。
在一定条件下，物体的势能与位置之间存在一种确定的数学关系，这种关系就是势能函数。
在物理中，势能函数常常用U(x)来表示，其中X是物体的位置。
其次，我们需要明白什么是保守力。
保守力是指其做功与路径无关的力，也就是说，无论物体经历了怎样的路径，保守力所做的功都是相同的。
在物理中，保守力常常被描述为一类势力，它们的势能变化与位置之间存在确定的数学关系。
接着，我们来看一下势能函数与保守力之间的关系。
势能函数与保守力之间存在着一种紧密的联系，也就是说，如果一个力是保守力，那么它所描述的势能函数一定存在。
反之亦然，如果一个势能函数存在，那么它所描述的力一定是保守力。
这是因为在物理中，只有保守力才能描述为一类势力，保守力的存在必然导致势能函数的存在。
同样的，势能函数的存在也必然说明描述这种情形的力是保守力。
此外，我们还需要了解，保守力的势能函数在很多方面都是唯一的。
也就是说，对于一个特定的保守力，存在着唯一一个势能函数可以描述它，并且这个势能函数的形式是确定的。
这是由保守力的基本特性所决定的。
总结一下，势能函数与保守力之间存在着密切的关系。
保守力可以描述为一类势力，保守力的存在必然导致势能函数的存在。
同样的，势能函数的存在也必然说明所描述的力是保守力。
在大多数情况下，保守力的势能函数都是唯一的，这是由保守力的基本特性所决定的。
深入了解势能函数与保守力之间的关系有助于我们更好地理解物理学的基本概念，进一步提高我们的学术水平。
浅议物理学中的保守力和势能
浅议物理学中的保守力和势能【摘要】保守力和势能在物理学中扮演着重要的角色。
保守力是指不依赖路径的力，其所做的功与路径无关。
势能则是对保守力的一种描述，是可用于确定力学系统状态的函数。
保守力和势能之间存在着密切的关系，一般通过势能函数来确定。
根据保守力和势能的关系，我们可以推导出机械能守恒定律，即在只受保守力的情况下，力学系统的机械能保持不变。
保守力和非保守力的区别在于是否可以用势能来描述。
保守力和势能的重要性体现在它们对力学系统的描述和分析中起到了关键作用，而在物理学中也有着广泛的应用。
为了更深入地理解和探索保守力和势能，未来的研究方向可能会集中在更复杂系统下的运用和拓展。
【关键词】保守力、势能、物理学、性质、关系、确定、守恒定律、区别、重要性、应用、未来研究方向。
1. 引言1.1 保守力的基本概念保守力是物理学中一个非常重要的概念，它在描述物体运动和相互作用过程中起着至关重要的作用。
保守力是一种在物体运动中所做的功与路径无关的力，即对于沿着任意闭合路径作功的保守力，总是零。
这意味着保守力对物体的位移所做的功只依赖于起点和终点，而与具体路径无关。
保守力的基本概念包括以下几个要点：1. 保守力与势能的关系：保守力可以用势能来描述和计算。
势能是对物体在某个力场中位置所储存的能量，而保守力则是通过势能的梯度来定义和推导的。
具体来说，对于一个保守力F，其对应的势能函数为U，满足F = -∇U。
这里的负号表示力是势能的负梯度方向，即力的方向指向势能减小的方向。
2. 势能的引入：为了便于描述和计算保守力对物体的作用，我们引入了势能这一概念。
势能可以是位置的函数，也可以是速度和其他物理量的函数。
通过引入势能，我们可以将关于保守力的问题转化为寻找势能函数和利用势能函数进行计算的问题。
保守力的基本概念包括了与势能的关系和势能的引入。
这些概念在物理学中有着广泛的应用和重要性，对于解决各种运动和相互作用问题都起着至关重要的作用。
2.7 保守力的功 势能 机械能守恒定律
引入机械能 E Ek E p
A外 A非保内 Eb Ea
质点系的功能原理：质点系所受外力的功与非保守内力的功 等于系统机械能的增量。
§2.7 保守力的功 势能 机械能守恒定律 (一保守力 二势能 三功能原理)
2.7.4 机械能守恒定律
由质点系的功能原理 A外 A非保内 Eb Ea
当 A外 A非保内 0 时
A重力 (mghb mgha ) =-(末□－初□)
A弹性
( 1 2
k xb2
1 2
kxa2 )
=-(末□－初□)
A万有
(G
Mm) rb
(G
Mram)=-(末□－初□)
A→△能量→ mgh、1 kx2、 G Mm ——某种能量
2
r
2.概念 这种由物体间相对位置决定的能量——称为势能——Ep
A保守力 E p
(2)概念 保守力———做功与路径无关，只取决于始末位置 如：重力、弹性力、万有引力
非保守力——不具有这种性质的力 如：摩擦力
(3)说明 保守力的另一种表述：
沿任一闭合路径运动一周时，做功为零的力
数学表达
F
dr
0
§2.7 保守力的功 势能 机械能守恒定律（—力做功特点、保守力）
2.7.2 势能 1.保守力做功的启示
mvm (m M )v共 v共
(2)m、M、弹簧、地球系统
E(2) Ek E p重 E p弹
Ek E p重
1
2
(m M 0；E p弹
)v共 1
2
kl
2
l Mg k E(2)
(3)E=C → E(2)=E(3)
E(3)
(m
M
)gh
静电场的环路定理、电势
R2
3
)2
=……
例3：求无限长均匀带电直线的电场中的电势 分布。
解：选取B点为电势零点，B点距带电直导 线为 rB 。
B B
U E dl
dr
p
p 2 0r
2 0 ln r 2 0 ln r0 2 0 ln r C
rp
Q rB B
☆当电荷分布扩展到无穷远时，电势零点不能 再选在无穷远处。
a
b
a
a、b两点的电势差等于将单位正电荷从a点移
到b时，电场力所做的功。
电势和电势能的区别：
电势是电场的属性，与试验电荷无关； 电势能是属于电荷和电场系统所共有。
注意:
1、电势是相对量，电势零点的选择是任意的。 对于有限带电体而言,电势零点的选择在无限 远点;对于仪器而言电势零点选择在底板上.
2、两点间的电势差与电势零点选择无关。
六、电势的计算
1、点电荷电场中的电势
q • r0
•P
距q为r（P点）的场强为
q
E 4 0r 2 r0
r
由电势定义得：uP
P
E • dl
q
r
4
0r
2
dr
q
4 0r
讨论：
➢大小
q 0 u 0 r u r u最小 q 0 u 0 r u r u最大
就等于把它从该点移到零势能处静电场力所作的功
五、电势、电势差
定义电势
ua
Wa q0
E dl
a
Wa q0 E dl
a
单位正电荷在该点 所具有的电势能
单位正电荷从该点到无穷远 点(电势零)电场力所作的功
定义电势差 ua ub
电场中任意两点 的 电势之差（电压）
保守力的功功能原理能量守恒定律.ppt
A外力 A非保守内力 （Ep2 Ep1） Ek2 Ek1
A外力 A非保守内力 （Ek 2 Ek1）（Ep2 -Ep1）
“同状态的量”合并：
A外力＋A非保守内力＝（Ek 2 EP2）（Ek1 EP1）
令 Ek Ep E 称为系统的机械能
A外力 A非保守内力 E2 E1 L L
l
例 :如图所示质量为M的物块A在离平板h的高度处自
由下落，落在质量也是M的平板B上。已知轻质弹簧的
倔强系数为k，物体与平板作完全非弹性碰撞，求碰撞
后弹簧的最大压缩量。
A
解： A自由落体：
0
h
A到B时速度为u1;
x1
u1 2gh (1)
x2
系统: A与B碰撞问题
内力>>重力，竖直方向动量守恒。 A和B碰后速度为u2;
解 由于摩擦力做功的结果，最后使得物体与 小车具有相同的速度，这时物体相对于小车为 静止而不会跌下.在这一过程中，以物体和小 球为一系统，水平方向动量守恒，有
Mv (m M )V
而m相对于M的位移为l，如图2.28所示，则一对摩擦力的功为
mgl 1 (m M )V 2 1 Mv2
2
2
联立以上两式即可解得车顶的最小长度为
而保守内力的功等于系统势能增量的负值。即：
A保守内力 Ep2 Ep1
而非保守内力没有与之 相应的势能改变。
故有：
F1
F21
m2 F2
F12
F23
F32
m1 F13
F31 m3
F3
A外力 A非保内力 [(Ep2 Ep1)] Ek 2 Ek1
A外力 A非保守内力 A保守内力 Ek 2 Ek1
保守力做功和势能变化的关系
保守力做功和势能变化的关系
保守力做功和势能变化的关系是一个基本的物理原理，它描述了一个物体在受到保守力作用下，其势能的变化与所受的保守力所做的功之间的关系。
首先，我们来定义保守力。
保守力是一个与路径无关的力，它只与物体的位置有关。
这意味着，如果一个物体沿着一个闭合回路运动，受到的保守力所做的总功为零。
常见的保守力有重力和弹性力。
当一个物体受到保守力作用时，它的势能会发生变化。
势能是描述物体位置所具有的能量。
根据势能的定义，势能的变化可以通过将物体从一个位置移动到另一个位置时保守力所做的功来计算。
根据物体在保守力作用下的势能变化，我们可以得出以下关系：
势能变化 = -保守力所做的功
这个关系可以解释为，当保守力对物体做正功时，物体的势能减少；反之，当保守力对物体做负功时，物体的势能增加。
这个关系也可以用数学公式来表示。
假设物体在从位置A移动到位置B时，保守力所做的功为W_AB，物体在位置A的势能为U_A，位置B
的势能为U_B，则势能变化为：
ΔU = U_B - U_A = -W_AB
其中，ΔU表示势能变化。
需要注意的是，这个关系只适用于保守力。
非保守力所做的功不能简单地与势能变化相联系。
非保守力所做的功还需要考虑其他能量转化形式，比如热能、摩擦力等。
总结起来，保守力做功和势能变化之间存在着简单的关系。
势能变化等于保守力所做的功的负值。
这个关系对于理解物体在保守力作用下的运动和能量转化非常重要。
保守力做功与势能减少的关系
能 ， 把 “ 体 与 地球 ” 若 物 为研 究 对象 。则 重 力 势 能 为 内势 能 ， 单 选 “ 体 ” 研 究 对 象 ， 么重 力 势 能 若 物 为 那
＝
ｄ ＋ｄ ’＝ｃ ｌ ２ Ａ－ Ａ ｍＩｄ ｎ
＋Ｇ Ｉ２ ｍｌ ｄ ｎ
ｒ ２
Ｇｍｌ ２ Ｉ ｄ ｎ
为 外 势 能 。无 论 怎样 选 择 研 究 对 象 ， 须 牢 记住 的 必 是 ： 能 的改 变 是 与 一 对 保 守 力 所 做 的 功 相 对 应 势 的， 只有 当 其 中一 个 力 不 做 功 时 ， 个 保 守 力所 做 一 的 功 ， 等 于 系统 势 能增 量 的负 值 。 才
（一 ） ， ｄ ＝Ｇ ） ｛＝ｎ ｛ ｄ Ｇ ｌ （
。 。
ｍｇ Ｙ ｌ
ｌ
ｐ
性 力做 的功 就等 于弹 簧 弹性势 能增 量 的 负 值 了。在 教材 中常见 的情 况 是 弹簧 一 端 因接 在 墙 上 ， 一 端 另
图 １
系物体， 那么就 自 然得到了ｄ Ａ＝一 （ ｄ｛ ） 。
３ 引力 势 能 、
清楚 地 表 明 ： 对 保 守 力 做 的功 等 于重 力 势 能增 量 这 的负 值 。 显然 其 中 任 一 个 保 守 力 所 做 的功 并 不 等 于重 力 势能 增 量 的 负 值 。 当 然 ， 考 系 选 在 地 面 ， 参
地 面 位 移 为零 ， ｇ不 做 功 ， 一ｍ 只有 ｍ ｇ做 功 。 就 得
到 了我们 所 常 见 的 形 式 ：Ａ＝ 一ｍ ｄ 。但 必 须 明 ｄ ｇｈ 确 该式 是 在 一ｍ ｇ不 做 功 的 参 考 系 中 才 成 立 ， 们 我 的教材 正 是 采用 了 这 样 的参 考 系 。在 教 材 中也 强
保守力做功与势能
3-2 保守力做功与势能
3.2.3 由势能函数确定保守力场
1. 积分关系
2. 微分关系
dA F dr Fxdx Fydy Fzdz
dEp
E p x
dx
E p y
dy
E p z
dz
第3章 机械能和功
mg mgk , dr dxk) mgdz
可得物体沿acd路径从a点移动到b点时重力做的总功
A mg dr acb
mg
z2 z1
dz
mgz1
mgz2
第3章 机械能和功
3-2 保守力做功与势能
例2 设一劲度系数为k的轻弹簧放在光滑水平桌面上， 一端固定，另一端连接到质量为m的质点上。计算当 质点由a点运动到b点的过程中弹性力所做的功。
质点沿BDA从B回到A点，引力作功为:
B
ABDA
GMm ra
GMm rb
rb
质点沿ACBDA封闭路径
一周，引力作功为 ：
AACBDA F dr
Mo r
ra
F dr
C
D
ACBDA
A
F dr F dr
ACB
BDA
0 AACB ABDA
AACBDA F dr 0
ACBDA
第3章 机械能和功
说 明
1.势能是相互作用有保守力的系统的属性。 2.势能的大小只有相对的意义，相对于势能零点而言。 势能零点可以任意选取。
设的空势间能为r0：点为势能零点，则空间任意一点 r
空间某点的势能Ep在数值上等于质点从该点移动到势 能零点时保守力作的功。
第3章 机械能和功
3-2 保守力做功与势能
例3 轻弹簧原长l0，劲度系数为k，下端悬挂质量为m的 重物。已知弹簧挂重物后在O点达到平衡，此时弹簧伸 长了x0 ，现取x 轴向下为正，原点位于：(1)弹簧原长位 置，(2)力的平衡位置。若取原点为重力势能和弹性势 能的势能零点，分别计算重物在任一位置 P 时系统的总 势能。
需要强调的关于保守力(对)做功特点、势能的特征
百一 十 万人 。
三、 制定 相 关 法规 政 策 为 了保证家长教育选择权 ， 美 国政府也制定了相应 的
法规及政策 ， 从制度上来保证家长教育选择权的实现。这
二、 开放 多元教 育选 择
次 的测验评量 ，其他则在一段 时间内针对特定学科作考 核 。据美国教育统计 中心 ２ ０ ０ ４年所作 的估计 ： １ ９ ９ ９ 年美 国在 家教 育 的学 生 人数 为 八十 五 万 人 ，而 ２ ０ ０ ３ 年 时 已达
一
除了为中小学生提供不同类型学校之外 ， 美 国还开放 了学校选择权 ，给予每一位孩子有选择优质教育 的权利 。 具 体做 法 如下 ： １ ． 不受学区限制 。现行美 国义务教育 阶段 ， 美国家长 除了选择传统的强制分配 的地方学区外 ， 还有更多的学校 选择。包括学区内的学校选择 、 跨学区的学校选择及教育 券式 的学校选择。 家长除了可“ 免于学区控制” 自由选择普 通公立学校外 ，可进而选择新形式的学校或私立学校 ， 使 得美 国家长 的教育选择权有更多选项 。 ２ ． 在家教育。除了不受学区限制外 ， 美 国家长还可 以 选择让孩子在家接受教育 。 在家教育是家长选择不让子女 到学校接受教育 ， 而 由父母依据需要来教导儿童的一种教 育方式 。它不同于公办民营的方式 ， 是属于非学校教育类 型 的一 种教 育选 择 。 在 家教 育 深受 美 国激 进 主义 教 育社 会
一
一 ｎ
点 系 运 用质 点 的动能 定 理 Ａ外＋ Ａ内＝
二
‘
ｍ ｉ ｖ 一
1-4-2 保守力的功、势 能
保守力的功势能（1）重力的功XYZOa b∙∙∙gm rd m 在重力作用下由a 运动到b ，取地面为坐标原点⎰⋅=bard g m W ⎰++⋅-=ba )k dz j dy i dx (k )mg (⎰-=b az z mgdza b mgz mgz =-=初态量-末态量（2）万有引力的功rdr rMm G Wbar r ∙-=⎰3rdrr Mm G b ar r 3⎰-=)()(ba r Mm G r Mm G ---==初态量-末态量两个质点之间在引力作用下相对运动时，以M 所在处为原点, M 指向m 的方向为位矢的正方向。
m 受的引力方向与位矢方向相反。
rdr r d r r d r ==∙θcos rrMm G F3-=Mr abm（3）弹力的功∙∙∙弹簧振子ikx F-=221122()b ax x b a W kxi dxikx kx=-∙=--⎰222121b a kx kx -==初态量-末态量某些力对质点所做的功只与质点的始末位置有关,而与路径无关,这种力称为保守力。
典型的保守力：重力、万有引力、弹性力、电场力与保守力相对应的是耗散力典型的耗散力：摩擦力、粘滞阻力、磁力势能AB功是能的量度，给定两点A 、B ，保守力所做的功是一定的，即对应能量差是一定的，对应的这种能定义为势能，只与质点的位置有关。
)()(b E a E W P P ab -=定义了势能差保守力做正功等于相应势能的减少保守力做负功等于相应势能的增加选择b 点为势能为零,则0)(=b E P ab P W E (a)=质点在某一点a 的势能大小等于在相应的保守力的作用下，由所在点a 移动到零势能点时保守力所做的功rd F a E ar p∙=⎰零势能点保)(mgh E =重力2kx 21E =弹性rMm GE -=引力说明：（1）只有保守力的系统，才可引入相应的势能（2）计算势能必须规定零势能参考点（3）势能仅有相对意义，它与零势能点的选取有关，但两点间势能差与零势能点选取无关（4）势能是属于具有保守力相互作用的质点系统的，不为单个物体所具有保守力与势能函数的关系一般说来，势能是位置的函数，若用E P (x,y,z)表示，那么zE F y E F x E F pz p y p x ∂∂-=∂∂-=∂∂-=,,⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂∂+∂∂+∂∂-=++=k z E j y E i x E k F j F i F F p p p z y x p E k z j yi x )( ∂∂+∂∂+∂∂-=pp E grdE -∇=-=质点所受保守力等于质点势能梯度的负值。
保守力与非保守力【精选文档】
非保守力：凡作功与路径有关的力称为非保守力。
常见的摩擦力，物体间相互作非弹性碰撞时的冲击力都属于非保守力。
非保守力具有沿任意闭合路径作功不等于零的特点。
非保守力包括耗散力和非耗散力两类。
在力学范围内接触的非保守力大多数是耗散力，所以长期以来耗散力就成了非保守力的同义词.严格说来两者是有区别的,一个系统的总机械能减少，并转变为系统的热能或内能。
通常人们把这个过程叫耗散过程，而把导致耗散的力成为耗散力。
摩擦力是耗散力，但非保守力（如爆炸力）不一定都是耗散力。
⑴定义：做功多少只由始末位置所决定,而跟路径无关的力叫做保守力。
做功多少和物体运动路径有关的力叫耗散力。
⑵说明①保守力对物体做功的多少取决于物体始末位置,如果在该力作用下,物体的运动沿闭合路线绕行一周回到了起始位置，则所做功为零。
重力、弹力等属于保守力。
耗散力做功就不能由物体的始末位置决定，而和物体的运动路径有关，在其他条件相同的情况下，物体运动路径越长,所做的功也越多。
摩擦力、粘滞力等属于耗散力②保守力和耗散力所做功的情况不同,是和这两种力的本身的特点有关。
物体系确定后保守力和物体的运动状况无关，其大小由相互作用物体的相对位置所确定，它的方向总在两个相互作用物体的连线上。
例如，物体确定后，重力的大小决定于它离开地面的高度，方向竖直向下，而和物体以什么样的速度运动无关,和物体运动速度的大小和方向如何变化无关。
耗散力的大小和方向都随着物体运动速度的大小、方向的改变而发生变化.例如，空气对运动物体的阻力，其方向随着物体运动的方向改变而变化,它的大小随物体运动速度增大而增加.③保守力和物体系的势能有着极为密切的联系。
保守力做正功，则物体系的势能减少；反之，则物体系的势能增加.而且相对两个位置之间，功量一定,能量差一定。
所以物体间存在保守力是物体系具有势能的条件。
系统的各物体在只受保守力作用的情况下其机械能守恒。
耗散力不象保守力,对于两个位置之间,力对物体做功没有确定的值，从而相应的两个位置之间没有一定的能量差。
3-2 保守力做功与势能
x = 0处为势能零点 z = 0处为势能零点
A A B ( E pB E pA )
定义了势能的差值
势能增量的负值
第3章 机械能和功
3-2 保守力做功与势能
说 明
1.势能是相互作用有保守力的系统的属性。 2.势能的大小只有相对的意义，相对于势能零点而言。 势能零点可以任意选取。 设空间 r 点为势能零点，则空间任意一点 r 0 的势能为：
a x1
则
Aab
1 2
k x1
2
1 2
kx2
2
第3章 机械能和功
3-2 保守力做功与势能
二 势能 仍以引力为例
B
引力场
AA B
A
GmM GmM F dr rB rA
按照动能定理：若质点在引力场中运动（只受引力用）
B
AA B
GmM rB
A
F d r E kB E kA
A ACBDA
F dr
r
A
F
dr
ra
C
D
ACBDA
ACB
F dr
BDA
F dr
A AC B ABD A
0
第3章 机械能和功
A ACBDA
F dr 0
ACBDA
结 论 ： A ACBDA
3-2 保守力做功与势能 F dr 0
E kA E pA E kB E pB
(
GmM
第3章 机械能和功
3-2 保守力做功与势能
结论：
5. 由此可以设想：质点处于保守力场中时，相应地具有一 定的势能——与质点所处位置有关。
电势能基本概念与性质
电势能反映了电荷在电场中的位 置与电势的关系，是描述电场性 质的重要物理量之一。
电荷在电场中受力与做功关系
电荷受力
在电场中，电荷受到电场力的作用， 其大小和方向与电荷量、电场强度有 关。
做功关系
电场力对电荷做功等于电荷电势能的 变化量，即电场力做功等于电势能的 减少量。
电势能大小与正负号含义
无线充电技术普及与标准化
无线充电技术将逐渐普及并实现标准化，推动各类 电子设备无线充电功能互操作性提升。
新能源领域电势能综合利 用
在新能源领域实现电势能综合利用将成为重 要趋势，如光储一体化、风光互补发电等模 式将得到广泛应用。
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风能发电系统优化
优化风力发电机组设计与控制策略，降低能量损耗，提高 风能利用率。
储能系统智能管理
运用大数据、人工智能等技术手段对储能系统进行智能监 测、调度和控制，提高储能效率与安全性。
未来发展趋势预测
轻量化与微型化储能元件
随着纳米技术和新材料的发展，未来储能元 件将趋向轻量化和微型化，提高便携性和集 成度。
欧姆定律应用
利用欧姆定律可以计算电路中各点的电势、 电压和电流等物理量。同时，欧姆定律也是 分析电路故障、设计电路等问题的重要依据 。
典型误区提示
• 混淆电势、电势差和电压的概念：电势、电势差和电压都是描述电场性质的物理量，但它们有着不同的定义和 物理意义。在解题时，需要明确题目所给的是哪一个物理量，避免出现混淆的情况。
非均匀带电体产生电场总能量估算方法
非均匀带电体电场分布特点
电场线疏密不均，电场强度大小和方向均可能变化。
总能量估算思路
将非均匀带电体划分为若干个小区域，每个小区域内视为 均匀带电体，分别计算各小区域的电场能量密度并求和得 到总能量。
质点力学第5讲功与动能定理保守力与势能功能原理与机械能守恒定律.ppt
合力矩有竖直分量，角动量的竖直分量不守恒； 合力矩的水平分量一般不为零，角动量的水平分量 不守恒。
作业
习题：3.7，3.11，3.12 预习: 4.1-4.4节 复习：前面所学章节
平均功率： 瞬时功率：
P A
P
t dA
F
dr
F
dv
dt dt
单位：瓦特(W) 1W=1J·s-1，1kW=103W
二、动能定理
动能：物体由于运动而具有的能量
Ek
1 2
mv2
单位：焦耳
问题：一质量为m的物体在合外力F的作用下，由
A点运动到B点，其速度的大小由v1变成v2。求合 外力对物体所作的功与物体动能之间的关系。
dP dL
dE
i i F(Frii iddrFti i)dFt02;
d(r(r2 2rr11))FF22d tdr为 m 的小球系在不可伸长 O
的细线的一端，细线的另一端系于一 根竖直固定的圆柱上端 O ( O 点在柱 轴上 ) 。给小球一定初速，使细线逐 渐缠绕在柱上，在缠绕的过程中，
A
b F dr
a
1 2
mvb 2
1 2
mva
2
Ekb
Eka
二、动能定理
合外力对质点所作的功等于质点动能的增量。
合外力作正功 Ａ>0，Ekb > Eka，动能增加； 合外力不作功 Ａ=0，Ekb = Eka，动能不变； 合外力作负功 Ａ<0，Ekb < Eka，动能减小。
动能定理只适用于惯性系 功是过程量，动能Ek是状态量
保守力与势能
内容摘要详细介绍保守力的特定性质证明以及常见的保守力种类。
定义势能函数，论证了几种常见势能的计算方法。
保守力和势能是经典物理学中极其重要的内容，具有十分重要的研究意义。
为此，学者们在此领域研究十分深入，主要研究保守力和势能之间是怎样的关系，那么什么是保守力呢？保守力的本质是什么？势能又是怎么引入的，势能的定义是什么，以及引入势能后，保守力与势能的关系如何。
关键词：保守力势能势能零点平衡AbstractDetailed introduction of specific properties conservative force proof and common conservative force types. The nature of the potential energy of physical meaning of a deep elaborated, demonstrates the potential of common calculation methodsKey words:Conservative force Potential energy Potential energy zero Balance内容摘要引言 (1)1.保守力 (2)1.1保守力的定义 (2)1.2保守力的性质 (2)1.3保守力的证明 (2)2.势能 (3)2.1势能的定义 (3)2.2势能的性质 (4)2.3势能零点 (5)2.4物体在势能场中的平衡 (7)3.几种常见势能的计算 (7)3.1引力势能 (7)3.2重力势能 (8)3.3弹性势能 (9)3.4电势能 (9)3.5分子势能 (10)4.结束语 (12)5.参考文献 (13)6.致谢 (14)引言保守力和势能是经典物理学中极其重要的内容，具有十分重要的研究意义。
为此，学者们在此领域研究十分深入，主要研究保守力和势能之间是怎样的关系，那么什么是保守力呢？保守力的本质是什么？势能又是怎么引入的，势能的定义是什么，以及引入势能后，保守力与势能的关系如何。
势能定理的准确表述
一、势能定理的准确表述1、推导如图所示，两个物体组成一个孤立系统，它们彼此存在相互作用的保守力，则由动能定理，有1：2221111122W mv mv '=-2：2212221122W mv mv '=-两式相加，有2222211212121111()()2222W W mv mv mv mv ''+=+-+由能量守恒，可知系统势能增量为2222p k 12121111()()2222E E mv mv ''∆=-∆=+-+则有2112p W W E +=-∆2、表述由上述推导可以看出，势能定理的准确表述是：物体间的相互作用保守力的总功，等于这些物体组成的系统的势能的变化的相反数，即pW E =-∆总而不是像高中课本和大部分高中资料表述的那样：重力对物体做的功，等于物体的重力势能的变化的相反数；电场力对电荷做的功，等于电荷电势能变化的相反数。
原则上讲，这些表述犯了两重错误，其一是势能属于相互作用的物体系统，而不是其中的某个物体，其二是等式的左边是相互作用力的总功，而不是其中一个力的功。
二、高中物理中势能定理的特例及其适用条件1、重力势能如右图所示，设想一个小球m 和地球M 组成一个孤立系统，两者原来均静止，现让两者在相互的万有引力作用下运动起来，则由动量守恒，有120mv Mv =-由此可知，两物体的位移满足120mx Mx =-则相互作用的万有引力（设物体在地球表面附近，且相对地球运动距离不大，万有引力可视为恒力）对两物体做的功分别为m ：11W mgx =M ：22W mgx =则系统重力势能的变化量为p 1212()()E W W mg x x mg h∆=-+=-+=-∆其中12h x x ∆=+，即两者的相对位移，或者说以地球为参考系时物体的竖直位移。
从上述分析来看，重力对m 的功，并不等于系统重力势能的变化；但是，我们通常研究的对象的质量m 远小于地球的质量M ，由120mx Mx =-可知，地球可视为几乎不动，121h x x x ∆=+≈，则有p 11E mg h mgx W ∆=-∆≈-=-这就是高中物理教材和大部分资料里面的势能定理——它成立的条件是：m M <<。
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6.（本题4分）（5167）
真空中有一半径为R的半圆细环，均匀带电Q，如图所示．设Array无穷远处为电势零点，则圆心O
点处的电势U＝_____________，
若将一带电量为q的点电荷从无穷远处移到圆心O点，则电场
力做功A＝_________
7.（本题3分）（1241）
一质量为m、电荷为q的小球，在电场力作用下，从电势为U的a点，移动到电势为零的b点．若已知小球在b点的速率为v b，则小球在a点的速率v a
= ______________________．
9. （本题3分）（1050）图示BCD是以O 点为圆心，以R为半径的半圆弧，在A点有一电荷为+q的点电荷，O点有一电荷为－
BA ．现将一单位正电q的点电荷．线段R
荷从B点沿半圆弧轨道BCD移到D点，则
电
场力所作的功为
__________
8（1505）
如图所示，直线MN 长为2l ，弧OCD 是以N 点为中心，l 为半径的半圆弧，N 点有正电荷＋q ，M 点有负电荷-q ．今将一试验电荷＋q 0从O 点出发沿路径OCDP 移到无穷远处，设无穷远处电势为零，则电场力作功
(A) A ＜0 , 且为有限常量． (B) A ＞0 ,且为有限常量．
(C) A ＝∞． (D) A ＝0．
4.（本题10分）（1866）
C
-
两个同心的导体球壳，半径分别为R 1
＝0.145 m 和R 2＝0.207 m ，内球壳上带有负
电荷q ＝-6.0×10-8
C ．一电子以初速度为零自内球壳逸出．设两球壳之间的区域是真空，试计算电子撞到外球壳上时的速率．(电
子电荷ｅ＝-1.6×10-19
C ，电子质量m e ＝
9.1×10-31 kg ，ε0＝8.85×10-12 C 2 / N ·m 2
）
解：由高斯定理求得两球壳间的场强为
()212
0R
4R r r
q E <<π=
ε
2分
方向沿半径指向内球壳．电子在电场中受电场力的大小为
42
0r eq
eE F επ==
2分
方向沿半径指向外球壳．电子自内球壳到外球壳电场力作功为
⎰
⎰π=
=2
1
2
1
20
d 4d R R R R r
r
eq r F A ε()2101221
4114R R R R eq R R eq εεπ-=
⎪
⎪⎭⎫ ⎝⎛-π=
2分
由动能定理
()210122
421R R R R eq m e επ-=v
2分
得到 ()e m R R R R eq 210122επ-=v ＝
1.98×107 m/s。