人教版高中物理选修3-1《1.4电势能和电势》课件

等势面
如图所示，虚线a、b和c是某静电场中的三个等势面，它们的电
势分别为a 、b 和c ，一带正电粒子射入电场中，其运动轨迹
如实线KLMN所示。由图可知：
A、粒子从K到L的过程中，电场力做负功
B、粒子从L到M的过程中，电场力做负功
c
C、粒子从K到L的过程中，电势能增加 D、粒子从L到M的过程中，动能减少
1.如图所示，a、b、c、d为某电场中的等势 面，一带正电粒子飞入电场后只在电场力作 用下沿M点到N点的虚线运动．由图可知， 四个等势面电势Ua、Ub、Uc、Ud由高到低 的排列顺序是_______，带电粒子在M、N两 点中，电势能较大的是_________点．
2.图一表示等量异种电荷P和Q形成的电场内的一簇 等势面，求
正电荷q在电场 强度为E的匀强 电场中由A运动 到M电场力做功 吗？做了多少功？
A
qF
M E
W=qE·｜AM｜
求试探电荷＋q沿直线AB移动到B时电场 力做的功：
B
E
+q
A
F
M
W F cos • AB qE • AM
B
E
+q
A
M
W qE • AM
结论： 在匀强电场中移动电荷时，静电力做的功 与电荷的起始位置和终止位置有关，但与 电荷经过的路径无关。
⑴电场方向由A→B还是B→A？
⑵电荷在哪点时电势能大？大多少？
A
B
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。
(对于非匀强电场也适用)
d
+q
AL
E
将+q由A移
做功的过程是一个到 场B力的对过电程荷电做
能那B量 么转 电化 场的 力过 做程 功， 的功为：
过程是什么能转化
为什么能呢？
将-q由A移到B的过程，电场
力对电荷做功为：
电二荷、在电电场势中能具有的与电荷位置有关的
能，叫电势能。
电场力做功与电势能有什么关系？（联系重力 做功与重力势能的关系）
物1、体电被荷举在高具电有场重中力具势有能电。势能。
2、重电力场对力物对体电做荷正做功正，功物，体电的荷重的力电势势 能能减减小小
3、重电力场对力物对体电做荷负做功负，功物，体电的荷重的力电势能 增大势能增大
4重、力电做场力多做少多功少，功物，体电重荷力电势能能就变 就化变多化少。多少。WG EP1 EP2 EP
b a MN L
K
等势面
如图所示，三个等差等势面上有a、b、c、d四点，若 将一个正电荷由c经a移动到d电场力做正功W1，若由c 经b移动到d电场力做正功W2，则：
A.W1 W2，1 2 B.W1 W2，1 2 C.W1 W2，1 2 D.W1 W2，1 2
a c
b d
1 2 3
能力提升:
2：电势的固有性：电场中某点的电势的大小 是由电场本身的性质决定的，与放不放电荷 及放什么电荷无关。
3：电势是标量
4：计算时EP,q, 都带正负号。
1.沿着电场线方向,电势将怎样变化?
1. 电场线指向电势降低的方向
2.如何确定电场中某点的电势? (提示:类比于电势能的确定.)
1. 电场线指向电势降低的方向
7、电势能是标量
由此可见，电场力做功与重力做功，电势能 与重力势能都很类似，所以大家在学习电势 能过程中应该多联系重力做功与重力势能的 关系帮助理解电势能。
尽管重力做功与电场力做功很类似，但还是 存在很大差异 —存在两种电荷
正电荷顺电场线移动， 电场力做正功，电势能减少 负电荷顺电场线移动， 电场力做负功，电势能增加 正电荷逆电场线移动， 电场力做负功，电势能增加 负电荷逆电场线移动， 电场力做正功，电势能减少
动到B点,电场力做什么功?做多少功?电势能 变化了多少?在将该电荷由B点移到C点,电场 力做什么功?做多少功?电势能变化了多少?
A
A 5V
C
C 2V
B
B 0
等势面
地理上，等高线表示地势的高低。 在电场中常用等势面来表示电势的高低。 电场中电势相同的各点构成的面叫做等势面
等势面
等势面的特点： 1、等势面一定跟电场线垂直，在同一等势面上的任意 两点间移动电荷，电场力不做功； 2、电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面， 任意两个等势面都不会相交； 3、等差等势面越密的地方电场强度越大
三. 电势 电势：描述电场的能的性质的物理量。
那么怎样去衡量电场的能的性质、怎样去定义“电势”呢？
如图所示，假想把一试探电荷+q 放在电场中
某处A或B。它们在电场力F的作用下均移至无
限远处。则有：WA>WB
EpA-0>EpB-0
·B
EpA EpB
·A
q
q
E
同理可知：若试探电荷为-q，也有：
p
A
EPA W 4 10 5 J
A
EPA q
4 2
10 10
5 6
V
20V
点评:电势的确定第一要确定零电势处, 且电势可以为负.
3.电势为负数时,负号表示方向吗?
1. 电场线指向电势降低的方向
2.与电势能的情况类似,应先确定电场 中某点的电势为零.(通常取离场源电 荷无限远处或大地的电势为零.)
2.与电势能的情况类似,应先确定电场 中某点的电势为零.(通常取离场源电 荷无限远处或大地的电势为零.)
例3. 将一电量为 q 2106 c 的点电 荷从电场外一点P移至电场中某点A, 电 场力做 功4105 J ,求A点的电势.
设场外一点P的电势为 p 0
解: 从P A,电场力做的功 W E PA
EpB
+
qq
也就是说，比值EpA/q的大小与试探电荷的正负及电量 q均无关，只与电场中该点在电场中的位置有关，故其可
衡量电场的性质。
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:
EP
q
3. 单位: 伏特 符号为V
1 V = 1 J/C
对电势的理解
1：电势的相对性：某点电势的大小是相对于 零点电势而言的。零电势的选择是任意的， 一般选地面和无穷远为零势能面。
的小球，另一端固定于O点，加一匀强电场后可使小
球静止于图示位置，此时悬线与竖直方向夹角为θ。
要使电场的场强最小，该电场场强的方向怎样？大小
如何？
O垂直悬线斜向上方q电势能和电势复习回顾 功是能量转化的量度！
1、功的计算： 2、重力做功有什么特点？
(1)与路径无关,由初末位置的高度差来决定. (2)WG与重力势能的关系.
WG EP1 EP2 EP
(3)重力势能是相对的,有零势能面.(人为选定) 重力势能具有系统性
一、静电力做功的特点 q受力吗？多 大？
(1)P、Q各带何种电荷？ (1)(2)把q=10－7C的正点电荷从A移到B，电场力做多少功？ (2)(3)把q从B移到C电场力做多少功？ (3)(4)把q从C移到A电场力做多少功？ (4)(5)q从A出发经过B和C回到A的过程中电场力对电荷做的 总功为多少？
3.如图所示，细线一端系着一个带电量为+q、质量为m
例1．右图中MN为电场中某一条电场线方 向向右，在线取两点a、b 今将一电荷＋q
从a移到b则（ C ）
A.电场力做正功，＋q的电势能增加； B.电场力做负功，＋q的电势能增加； C.电场力做正功，＋q的电势能减少； D.电场力做负功，＋q的电势能减少。
例2：A和B为电场中某条电场线上的点，
如图：将q=4×10-9的正电荷从A点移到B 点需克服电场力做功5 ×10-7J，则
3.电势是标量,只有大小,没有方向.(负电 势表示该处的电势比零电势处电势低.)
思考
在上面关于电势能和电势 的讨论及插图中,我们一直把试 探电荷q当作正电荷处理.请把q 当做负电荷,重复以上讨论.其结 果与上面的结果是否一致?
练习. 如图所示,在同一条电场线上有A . B
.C 三点,将 q 6 10 6 c 的点电荷由A点移
5重、力W电势势AB能能是是相相E对P对A的的，，E与与P零B零电势势能能面面E有有P 关关
通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势 能规定为零，或把电荷在大地表面上电势 能规定为零。
电荷在某点的电势能，等于静电力把它从 该处移动到零势能位置所做的功
6、重电力势势能能是是电物荷体和和电地场球所所共共有有的的，，具有系统 性 具有系统性
等势面 几种典型电场的等势面：
1、点电荷电场中的等势面： 以点电荷为球心的一簇球 面
等势面
2、等量异种点电荷电场中 的等势面： 两簇对称曲面
等势面
3、等量同种点电荷电场中 的等势面：
两簇对称曲面
等势面
4、形状不规则的带电导 体附近的电场线及等势 面
5、匀强电场中的等势面： 垂直于电场线的一簇平面