1.5静电场的能量.doc
第十章静电场中的能量
第十章静电场中的能量1电势能和电势一、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＝qEl cos θ.其中θ为静电力与位移方向之间的夹角．2．特点：在静电场中移动电荷时，静电力所做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，与电荷经过的路径无关．(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)无论是匀强电场还是非匀强电场，无论是直线运动还是曲线运动，静电力做功均与路径无关．二、电势能1．电势能：电荷在电场中具有的势能，用E p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减少量．表达式：W AB＝E p A－E p B.(1)静电力做正功，电势能减少；(2)静电力做负功，电势能增加．3．电势能的大小：电荷在某点(A点)的电势能，等于把它从这点移动到零势能位置时静电力做的功E p A＝W A0.4．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无限远处或把电荷在大地表面的电势能规定为零．(1)电势能E p是由电场和电荷共同决定的，是电荷和电场所共有的，我们习惯上说成电荷在电场中某点的电势能．(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。
在同一电场中，电势能为正值表示电势能大于零势能点的电势能，电势能为负值表示电势能小于零势能点的电势能。
5．静电力做功与电势能变化的关系(1)W AB＝E p A－E p B.静电力做正功，电势能减少；静电力做负功，电势能增加．(2)在同一电场中，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．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之比．2．公式：φ＝E p q。
(1)φ取决于电场本身；(2)公式中的E p 、q 均需代入正负号。
3．单位：国际单位制中，电势的单位是伏特，符号是V ,1 V ＝1 J/C.4．电势高低的判断：(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＝E p q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．5．电势的相对性：只有规定了零电势点才能确定某点的电势，一般选大地或离场源电荷无限远处的电势为0.6．电势是标量，只有大小，没有方向，但有正、负之分，同一电场中电势为正表示比零电势高，电势为负表示比零电势低．7．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零．8．电势虽然有正负，但电势是标量．在同一电场中，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．2 电势差一、电势差1．定义：电场中两点之间电势的差值，也叫作电压．U AB ＝φA －φB ，U BA ＝φB －φA ，U AB ＝－U BA .2．电势差是标量，有正负，电势差的正负表示电势的高低．U AB >0，表示A 点电势比B 点电势高．3．单位：在国际单位制中，电势差与电势的单位相同，均为伏特，符号是V .4．静电力做功与电势差的关系(1)公式：W AB ＝qU AB 或U AB ＝W AB q. (2)U AB 在数值上等于单位正电荷由A 点移到B 点时静电力所做的功．二、电势差的理解1．电势差反映了电场的能的性质，决定于电场本身，与试探电荷无关．2．电势差可以是正值也可以是负值，电势差的正负表示两点电势的高低，且U AB ＝－U BA ，与零电势点的选取无关．3．电场中某点的电势在数值上等于该点与零电势点之间的电势差．三、静电力做功与电势差的关系1．公式U AB＝W ABq或W AB＝qU AB中符号的处理方法：把电荷q的电性和电势差U的正负代入进行运算，功为正，说明静电力做正功，电荷的电势能减小；功为负，说明静电力做负功，电荷的电势能增大．2．公式W AB＝qU AB适用于任何电场，其中W AB仅是电场力做的功，不包括从A到B移动电荷时其他力所做的功．3．电势和电势差的比较1．定义：电场中电势相同的各点构成的面．2．等势面的特点(1)在同一等势面上移动电荷时静电力不做功．(2)等势面一定跟电场线垂直，即跟电场强度的方向垂直．(3)电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面．3．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，从而可以确定电场的大致分布．(3)等差等势面密的地方，电场强度较强；等差等势面疏的地方，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．4．几种常见电场的等势面(如图1所示)图1(1)点电荷的等势面是以点电荷为球心的一簇球面．(2)等量异种点电荷的等势面：点电荷的连线上，从正电荷到负电荷电势越来越低，两点电荷连线的中垂线是一条等势线．(3)等量同种点电荷的等势面①等量正点电荷连线的中点电势最低，两点电荷连线的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等量负点电荷连线的中点电势最高，两点电荷连线的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．3 电势差与电场强度的关系一、匀强电场中电势差与电场强度的关系1．在匀强电场中，两点间的电势差等于电场强度与这两点沿电场方向的距离的乘积．2．公式：U AB ＝Ed .二、公式E ＝U AB d的意义 1．意义：在匀强电场中，电场强度的大小等于两点间的电势差与这两点沿电场强度方向距离之比．2．电场强度的另一种表述：电场强度在数值上等于沿电场方向单位距离上降低的电势．3．电场强度的另一个单位：由E ＝U AB d可导出电场强度的另一个单位，即伏每米，符号为V /m.1 V/m ＝1 N/C.三、匀强电场中电势差与电场强度的关系1．公式E ＝U AB d及U AB ＝Ed 的适用条件都是匀强电场． 2．由E ＝U d可知，电场强度在数值上等于沿电场方向单位距离上降低的电势． 式中d 不是两点间的距离，而是两点所在的等势面间的距离，只有当此两点在匀强电场中的同一条电场线上时，才是两点间的距离．3．电场中电场强度的方向就是电势降低最快的方向．4．电势差的三种求解方法(1)应用定义式UAB ＝φA －φB 来求解．(2)应用关系式UAB ＝WAB q来求解． (3)应用关系式UAB ＝Ed(匀强电场)来求解．5．在应用关系式UAB ＝Ed 时可简化为U ＝Ed ，即只把电势差大小、场强大小通过公式联系起来，电势差的正负、电场强度的方向可根据题意另作判断．四、利用E ＝U d定性分析非匀强电场 U AB ＝Ed 只适用于匀强电场的定量计算，在非匀强电场中，不能进行定量计算，但可以定性地分析有关问题．(1)在非匀强电场中，公式U ＝Ed 中的E 可理解为距离为d 的两点间的平均电场强度．(2)当电势差U 一定时，场强E 越大，则沿场强方向的距离d 越小，即场强越大，等差等势面越密．(3)距离相等的两点间的电势差：E 越大，U 越大；E 越小，U 越小．五、用等分法确定等势线和电场线1．在匀强电场中电势差与电场强度的关系式为U ＝Ed ，其中d 为两点沿电场方向的距离． 由公式U ＝Ed 可以得到下面两个结论：结论1：匀强电场中的任一线段AB 的中点C 的电势φC ＝φA ＋φB 2，如图1甲所示． 图1结论2：匀强电场中若两线段AB ∥CD ，且AB ＝CD ，则U AB ＝U CD (或φA －φB ＝φC －φD )，同理有U AC ＝U BD ，如图乙所示。
新教材 人教版高中物理必修第三册 第10章 静电场中的能量 知识点考点重点难点提炼汇总
第10章静电场中的能量1.电势能和电势 (1)2.电势差 (5)3.电势差与电场强度的关系 (11)4.电容器的电容 (14)5.带电粒子在电场中的运动 (21)1.电势能和电势一、静电力做功的特点1．特点：静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，与电荷经过的路径无关。
2．在匀强电场中静电力做功：W AB ＝qE ·L AB cos θ，其中θ为静电力与位移间的夹角。
二、电势能1．概念：电荷在静电场中具有的势能。
用E p 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减少量，W AB ＝E p A －E p B 。
⎩⎨⎧ 电场力做正功，电势能减少；电场力做负功，电势能增加。
3．电势能的大小：电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移到零势能位置时所做的功。
4．零势能点：电场中规定的电势能为零的位置，通常把离场源电荷无限远处或大地处的电势能规定为零。
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．定义式：φ＝E p q。
3．单位：国际单位制中，电势的单位是伏特，符号是V,1 V ＝1 J/C 。
4．特点(1)相对性：电场中各点电势的大小，与所选取的零电势的位置有关，一般情况下取离场源电荷无限远或大地为零电势位置。
(2)标矢性：电势是标量，只有大小，没有方向，但有正负。
5．与电场线关系：沿电场线方向电势逐渐降低。
考点1：静电力做功和电势能的变化1．电场力做功正、负的判定(1)若电场力是恒力，当电场力方向与电荷位移方向夹角为锐角时，电场力做正功；夹角为钝角时，电场力做负功；夹角为直角时，电场力不做功。
(2)根据电场力和瞬时速度方向的夹角判断。
此法常用于判断曲线运动中变化电场力的做功情况。
夹角是锐角时，电场力做正功；夹角是钝角时，电场力做负功；电场力和瞬时速度方向垂直时，电场力不做功。
(3)若物体只受电场力作用，可根据动能的变化情况判断。
根据动能定理，若物体的动能增加，则电场力做正功；若物体的动能减少，则电场力做负功。
静电场的能量(精)
静电场的能量静电场的能量一个物体带了电是否就具有了静电能？为了回答这个问题，让我们把带电体的带电过程作下述理解：物体所带电量是由众多电荷元聚集而成的，原先这些电荷元处于彼此无限离散的状态，即它们处于彼此相距无限远的地方，使物体带电的过程就是外界把它们从无限远聚集到现在这个物体上来。
在外界把众多电荷元由无限远离的状态聚集成一个带电体系的过程中，必须作功。
根据功能原理，外界所作的总功必定等于带电体系电势能的增加。
因为电势能本身的数值是相对的，是相对于电势能为零的某状态而言的。
按照通常的规定，取众多电荷元处于彼此无限远离的状态的电势能为零，所以带电体系电势能的增加就是它所具有的电势能。
于是我们就得到这样的结论：一个带电体系所具有的静电能就是该体系所具有的电势能，它等于把各电荷元从无限远离的状态聚集成该带电体系的过程中，外界所作的功。
那么带电体系所具有的静电能是由电荷所携带呢，还是由电荷激发的电场所携带？也就是，能量定域于电荷还是定域于电场？在静电学范围内我们无法回答这个问题，因为在一切静电现象中，静电场与静电荷是相互依存，无法分离的。
随时间变化的电场和磁场形成电磁波，电磁波则可以脱离激发它的电荷和电流而独立传播并携带了能量。
太阳光就是一种电磁波，它给大地带来了巨大的能量。
这就是说，能量是定域于场的，静电能是定域于静电场的。
既然静电能是定域于电场的，那么我们就可以用场量来量度或表示它所具有的能量。
,式中C是电容器的电容。
电容器所带电量从零增大到Q的整个过程中，外力所作的总功为.外力所作的功A等于电容器这个带电体系的电势能的增加，所增加的这部分能量，储存在电容器极板之间的电场中，因为原先极板上无电荷，极板间无电场，所以极板间电场的能量，在数值上等于外力所作的功A，即. (9-77)若电容器带电量为Q时两极板间的电势差为U AB ，则平行板电容器极板间电场的能量还可以表示为,(9-78)和(9-79)设电容器极板上所带自由电荷的面密度为s，极板间充有电容率为e的电介质，电场强度可以表示为,极板上的电量可以表示为Q = s S = e E S , (9-80)式中S是电容器极板的面积。
新教材高中物理第10章静电场中的能量2
2．电势差1．理解电势差的概念，知道电势差与电势零点的选择无关。
2．掌握两点间电势差的表达式，知道两点之间电势差的正负与这两点的电势高低之间的对应关系。
3．知道在电场中移动电荷时静电力做功与两点间电势差的关系，并能进行有关计算。
4．知道等势面的定义，知道等势面与电场线的关系。
一、电势差1．定义：在电场中，两点之间01电势的差值，也叫作电压。
2．定义式：设电场中A 点的电势为φA ，B 点的电势为φB ，则它们之间的电势差U AB ＝02φA －φB ，U BA ＝03φB －φA ，显然U AB ＝04－U BA 。
3．电势差可以是05正值，也可以是06负值。
当A 点电势比B 点电势高时，U AB 为07正值，U BA 则为08负值。
4．选择不同的位置作为零电势点，电场中某点电势的数值可能09改变，但电场中某两点之间电势的差值10保持不变。
5．静电力做功与电势差的关系 (1)关系：W AB ＝11qU AB 或U AB ＝W ABq。
(2)证明：W AB ＝12E p A －E p B ＝qφA －qφB ＝13q (φA －φB )＝qU AB 。
二、等势面1．定义：在电场中电势01相同的各点构成的面叫作等势面。
2．等势面与电场线的关系：电场线跟等势面02垂直，并且由电势03高的等势面指向电势04低的等势面。
3．在同一个等势面上移动电荷时，静电力05不做功。
(1)电势差有正负，是矢量。
( )(2)电场中两点间的电势差是恒定的，与零电势点的选取无关。
( ) (3)若U AB >0，说明从A 到B 电势降低。
( )(4)将电荷由A 点移到B 点，静电力做正功，则电势差为正值。
( )(5)把1 C 的正电荷从A 点移到B 点，静电力做功1 J ，则这两点间的电势差为1 V 。
( ) (6)若电荷由A 点移到B 点过程中，有静电力以外的力做功，不影响电势的变化。
( ) (7)由U AB ＝W ABq可知，U AB 与W AB 成正比，与q 成反比。
静电能
§ 1.8 静电能 ELECTROSTATIC ENERGE （教材 P101）1.静电互作用能电荷之间的相互作用必然伴随着能量转移，由于电荷的相互作用通过电场传递，因此，能量转移必然通过电场对电荷作功来实现.我们在1.5节已经指出，静电场的保守性质，决定了它是有势场。
任何两点之间的电势差，等于电场力（或克服电场力）将单位正电荷从一点移至另一点所作的功，这功将转化为单位正电荷静电势能的改变量.因此，电势零点一经确定，任何一点的电势U ，就相当于单位正电荷在该点具有的静电势能.电势函数 U （x,y,z）在空间的分布构成标量场。
让我们设想，在其它电荷产生的外电场E 中，某点P的电势为U（x,y,z）= U（x），我们以黑体字母x 表示该点的位置矢量.当电场力（或克服电场力）将点电荷q从电势零点移至P点，电荷q就具有了势能：(1.8-1)这能量显然反映着外电场与电荷q 的相互作用，因此，这是电场与电荷q 的相互作用能。
如果我们对上式求负梯度，我们马上会得到(1.8-2)这正是外电场E 作用于电荷q的库仑力.如果一个体积为V 的电荷体系处于其它电荷的外电场E 中，设这体系的电荷密度函数为r (x) ,某个电荷元dq = r (x) d V 所在处外电场的电势为U（x）,则这电荷元与外场的静电互作用能为显然，这电荷体系与外电场的静电互作用能，就是V 内所有电荷元与外电场的静电互作用能之和，它由下述积分给出：(1.8-3)现在，我们考虑两个点电荷之间的静电互作用能.设P1和P2两点分别存在着点电荷q1和q2，两者的距离r12= r21.对于q2，q1的电场就是外电场，它在q2所在点的电势为于是， q1对q2的静电互作用能是同理，对于q1，q2的电场就是外电场，同样可得到q1对q2的静电互作用能我们看到：两个理想点电荷的静电相互作用能与它们的相互距离成反比；而且,W12= W21，即它们的相互作用能存在空间平移对称性——两者互换位置，相互作用能量不变.这从能量守恒定律可以得到解释.根据上面两式，我们现在将两个点电荷的静电互作用能写成：(1.8-4)这里，Ui是一个点电荷在另一个点电荷所在处产生的电势.这结果显然可以推广至 n个点电荷的相互作用能：(1.8-5)其中(1.8-6)是其它点电荷在第 i 个电荷所在处产生的电势之代数和2.外电场对电偶极子的作用（教材 P39 和 P109）当电矩为p = ql 的电偶极子处于外电场E中,它将与外电场发生相互作用而具有一定的势能.由（1.8-1），两个电荷的势能分别是W += qU+W-= -qU-故电偶极子的总势能为（1.8-7）即（1.8-8）其中，q 是电矩矢量p 的方向与外电场E 的方向之间的夹角.显然，q = 0 即当电矩矢量p 的方向与外场E一致的状态，是电偶极子的能量最低状态，因而也是最稳定的状态.而q = p 即p 与外场方向相反的状态，则是电偶极子的能量最高状态，即最不稳定的状态.据（1.8-2）和（1.8-7），电偶极子受到外电场的作用力为(1.8-9)可见，若外电场是均匀场，即当E与坐标无关时，则▽E = 0，于是电偶极子受到的净作用力F =0 .从组成电偶极子的两个电荷+q和-q受到的力来看，分别是 F+ = +qE 和 F-= - qE ,因此，当外电场是均匀的，电偶极子受到的合力F= F++ F-= 0.这告诉我们，处于均匀电场中的电偶极子不会出现平移运动.但是，如果外电场是非均匀场，则▽E ≠0， F ≠0，外场力将把电偶极子拉向场强较高的方向.处于非均匀电场中的电介质(dielectric)小颗粒或轻微物体，将被极化而成为电偶极子，并被吸向场强较高的地方.例如，静电吸尘及静电选矿，就是利用这个原理.从（1.8-8）式我们看到，q≠0的状态，并非电偶极子的稳定状态.事实上，由于F+和F-两者不共线，故必定会对电偶极子形成一个净力矩，并使电偶极子朝着q = 0 即外电场的方向转动.我们记电场作用于电偶极子的力矩矢量为L，L的方向亦即转轴的方向必定垂直于p 和E 线构成的平面.我们设想在这力矩作用下，q 有微小改变δ q ，从而使电偶极子的势能W 减小，即（1.8-10）（“虚功原理”，见教材P110）两边除以δ q ，并取δ q →0的极限，有（1.8-11）将代入并求导数，我们得到(1.8-12 )实际上，转动是朝着q 减小的方向、也就是(1.8-10)式中δq < 0的方向进行的，因此力矩矢量L的绝对值应为(1.8-13)考虑及此，力矩矢量应当为(1.8-14)读者也可以从上图中，通过计算两个电荷相对于中点0 所受的力矩之和，来检验（1.8-14）.——动手算一算两个电荷相对于中点0 所受的力矩矢量之和为[例1-18] 两个电偶极子的相互作用能[解] 设两电偶极子的距离为r，电矩为p1的电偶极子处于坐标原点o并沿z轴，电矩为p2的电偶极子与p1的夹角为a ，如图所示. 由（1.7-19）我们知道 p1在p2所在处产生的场强为：(1.8-15)而矢量p1可分解成球坐标下的两个分量（两个黄色箭头）：(1.8-16)即p1在p2所在处产生的场强E 可写成(1.8-17)据（1.8-7）,两者的相互作用能为(1.8-18)大家看到,两个电偶极子的相互作用能量的数值不仅与它们距离r 的3次方成反比，还与两者的相互取向有关.如果我们对上式求负梯度（在球坐标下进行），将给出两者之间的相互作用力，显然，这力与r4成反比.------ 你能否动手计算一下？现在，让我们考察如下比较特殊的几种情形：(1) 当两者共线，例如 p2也处于 z 轴，并且相同的取向，即q = 0 ,a = 0 ，此情形下两者将互相吸引，（1.8-18）给出相互作用能为负值；如果两者共线但取向相反，即q = 0 ,a = p 时, （1.8-18）给出W 将是一个正值，表示两者互相排斥.(2) 当q = p/ 2 ,a = 0 ,即两者平行且方向相同，将互相排斥，此时为正值；如果q = p/ 2 ,a = p ,两者平行但方向相反上式将变为负值,此时两者将互相吸引.上述结果对于我们今后讨论电介质（dielectric）问题显得很重要.由于组成介质的分子一般都是电中性的（总电量为零），而其电荷分布大都偏离球对称性，因此必定会出现分子电多极矩——主要是分子电偶极矩和四极矩,因此,如果从电学的角度看,电介质内部分子之间的相互作用,主要是电偶极矩以及四极矩之间的相互作用.从例1-16和例1-17读者已经看到:电偶极子的电势与 r 的2次方成反比,它们之间的相互作用势能与距离 r 的3次方成反比，电四极子的电势则与 r 的3次方成反比，它们之间的相互作用势能应当与距离 r 的4次方成反比，因此,一般情况下分子之间的电相互作用，主要地是电偶极作用.自习内容教材 P41[例5] P105 [例1] P106 [例2]3.电荷体系的静电能量（自能量） (教材P107)电荷之间存在着相互作用能，意味着带电体自身必然具有一定能量.现在,我们就来考虑任意一个电荷体系的静电能量，亦即它的自能量.我们在前面的(1.8-5)式，已经表示出n 个点电荷的静电互作用能：其中是其它点电荷在第i个电荷qi所在处产生的电势之代数和.应当主意，上式没有包括每一个电荷自身的能量.现在，我们设体积V内连续分布着电荷，电荷密度为r(x)，一个很小的体积元dV内的电荷就是dq =r (x) dV .根据电势叠加原理，每一个很小的体积元dV内的电势U (x)，应当是dV内部的电荷自己产生的电势Us （x）与dV外部的其它电荷产生的电势Ue（x）之和：U(x) = Us （x）+Ue（x）因此，dV内的电荷所具有的静电能，包含着它内部电荷的互作用能以及它与外部其它电荷的互作用能之和：于是，这带电体的总静电能量就是(1.8-19)积分体积V遍及整个电荷分布区域.4.静电场的能量和能量密度（可参阅教材P207，但讲法不同）大家知道，电荷分布稳定的带电体产生静电场，这电场与带电体不可分割地联系在一起.因此，我们把带电体的静电场叫做它的自有场.现在我们设想，通过某种方法使一个半径为a的薄球壳带上电荷q，例如，利用电源的一个电极与导体球壳接触使之带电，这过程电源作了功，然后将电极拿开，达到稳定平衡状态后，电荷均匀地分布在球壳表面上，电荷密度为如你们所知，这带电球壳的场强分布为( r≥a)E = 0 (r < a)即这球壳的电场连续地分布于整个球外区域.而球壳表面的电势则是一个常数（r = a）由于电荷只是分布于球面上，因此根据（1.8-19），将被积函数对整个球面积分，便给出这球壳的总静电能（1.8-20）一个非常重要的问题是：这个带电体的静电能究竟以什么形式存在？大家已经知道，电荷之间的相互作用是通过电场传递的.如果我们在这带电球壳外部某点放进一个试验电荷q0，它必将受到电场力的作用而改变运动状态，这意味着q从电场中获得了一定的能量！因此电场必定具有能量.让我们假设,电场的能量密度——单位体积内电场的能量为(焦耳/米3 ) （1.8-21）对于这个带电球壳而言，电场是分布在球外区域的。
高一物理必修三第十章静电场中的能量第一节电势能电势教学设计
电势能电势教学设计教学目的：1、理解静电力做功的特点、电势能的概念、电势能与电场力做功的关系。
2、理解电势的概念，知道电势是描述电场的能的性质的物理量。
明确电势能、电势、静电力的功、电势能的关系。
了解电势与电场线的关系，了解等势面的意义及与电场线的关系。
教学重点难点：重点：理解掌握电势能、电势、等势面的概念及意义。
难点：掌握电势能与做功的关系，并能用此解决相关问题。
教学方法：探究、讲授、讨论、练习教学过程：（一）复习前面相关知识1．静电力、电场强度概念，指出前面我们从力的性质研究电场，从本节起将从能量的角度研究电场。
2．复习功和能量的关系。
从静电力做功使试探电荷获得动能入手，提出问题：是什么能转化为试探电荷的动能？引入新课。
（二）进行新课1．静电力做功的特点结合课本图1。
4-1（右图）分析试探电荷q在场强为E的均强电场中沿不同路径从A运动到B电场力做功的情况。
q沿直线从A到Bq沿折线从A到M、再从M到Bq沿任意曲线线A到B结果都一样即：W=qEL AM =qEL AB cos【结论】：在任何电场中，静电力移动电荷所做的功，只与始末两点的位置有关，而与电荷的运动路径无关。
与重力做功类比，引出：2．电势能电势能：由于移动电荷时静电力做功与移动的路径无关，电荷在电场中也具有势能，这种势能叫做电势能。
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变化量。
写成式子为：PB PA E E W AB-= 注意：①．电场力做正功，电荷的电势能减小；电场力做负功，电荷的电势能增加②．电场力力做多少功，电势能就变化多少，在只受电场力作用下，电势能与动能相互转化，而它们的总量保持不变。
③．在正电荷产生的电场中正电荷在任意一点具有的电势能都为正，负电荷在任一点具有的电势能都为负。
在负电荷产生的电场中正电荷在任意一点具有的电势能都为负，负电荷在任意一点具有的电势能都为正。
④．求电荷在电场中某点具有的电势能电荷在电场中某一点A 具有的电势能E P 等于将该点电荷由A 点移到电势零点电场力所做的功W 的。
静电场的能量
静电场的能量嘿，咱今儿来唠唠静电场的能量这档子事儿。
你说这静电场的能量，就好像是一个隐藏在幕后的大力士。
咱平常可能感觉不到它，但它可无时无刻不在发挥着作用呢！你想想看啊，静电场就像是一个神秘的能量宝库。
它里面储存着的能量，虽然看不见摸不着，可一旦有啥情况，它就能猛地蹦出来，给你个大惊喜或者大惊吓。
就好比那天空中的闪电，那可是静电场能量的大爆发呀！那一瞬间的光亮和威力，多吓人，多震撼！咱生活中很多小现象其实都和它有关呢。
比如说，有时候你脱毛衣，噼里啪啦一阵响，还有小火花，这就是静电场在捣鬼啦。
这小小的静电现象背后，可藏着静电场的能量在作祟呢。
再说说那些电子设备，像手机啦、电脑啦，它们能正常工作，可少不了静电场能量的帮忙。
它就像是个默默奉献的幕后工作者，悄无声息地为这些高科技玩意儿提供着动力。
静电场的能量还很奇妙呢，它不是一成不变的哦。
就像咱的心情一样，时好时坏。
静电场的能量也会根据各种条件发生变化。
这多有意思呀！它可以被创造，可以被消耗，还可以在不同的物体之间传递。
你说这像不像咱和朋友之间传递快乐或者烦恼？快乐传递出去，大家都开心；烦恼传递出去，有人分担也会轻松些。
静电场的能量也是这样在各种物体之间跑来跑去的呢。
而且啊，静电场的能量还特别“调皮”。
有时候你想抓住它，还真不容易。
它就像那滑溜溜的小鱼，稍不注意就溜走了。
但科学家们可厉害啦，他们总能想出各种办法来研究它、利用它。
你说要是咱能把这静电场的能量都好好利用起来，那得省多少电呀！那得给咱的生活带来多大的便利呀！说不定以后咱出门都不用带充电宝了，直接从身边的静电场里吸取能量就行，哈哈，那多牛！静电场的能量啊，真的是又神秘又有趣。
它就在我们身边，时时刻刻影响着我们的生活。
咱可得好好琢磨琢磨它，说不定哪天咱也能像科学家那样，发现一些关于它的大秘密呢！这不就是生活中的小惊喜吗？你说是不是呢？反正我是这么觉着的。
新教材高中物理第10章静电场中的能量1
1．电势能和电势1．知道静电力做功与路径无关。
2．理解静电力做功与电势能变化的关系，理解电势能的概念，认识电势能的相对性。
3．知道电势的定义及其定义式、单位，能根据电场线判断电势高低。
一、静电力做功的特点101起始位置和02终止位置有关，与电荷经过的路径03无关。
2．在匀强电场中静电力所做的功W04qEL cosθ，其中θ为静电力与电荷位移L间的夹角。
二、电势能101电场中具有的势能，用E p表示。
2．静电力做功与电势能变化的关系：如果用W AB表示电荷由A点运动到B点静电力所做的功，E p A和E p B分别表示电荷在A点和B点的电势能，它们之间的关系为W AB02E p A－E p B。
03减少；静电力做负功，电势能04增加。
305零势能位置时静电力所做的功。
4060的位置，通常把电荷在离场源电荷07无限远处或在08大地表面的电势能规定为0。
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之比，叫作电场在这一点的电势。
2．定义式：φ01E p q。
302伏特，符号是V，1 V＝1 J/C。
403降低。
5．特点(1)相对性：电场中各点电势的高低与所选取的零电势点的位置有关，常取离场源电荷04无限远处或05大地的电势为0。
(2)标矢性：在规定了零电势点之后，电场中各点的电势可以是06正值，也可以是07负值。
电势只有大小，没有方向，是个08标量。
(1)如图所示，电荷沿直线AB、折线ACB、曲线AB运动，静电力做的功为多少？静电力做功与路径是否有关？若B点为零势能点，则＋q在A点的电势能为多少？提示：静电力做功为W＝qEd，与路径无关。
＋q在A点的电势能为E p＝qEd。
(2)某静电场的电场线分布如图所示，试比较图中P、Q两点的电场强度的大小及电势的高低。
提示：根据电场线的疏密可判断P点场强大于Q点场强；由于沿着电场线的方向电势逐渐降低，P点电势高于Q点电势。
(1)静电力做功与重力做功相似，均与路径无关。
人教版高中物理必修三第十章 静电场中的能量第一节《电势能和电势》教学设计
人教版必修三第十章静电场中的能量第一节电势能和电势（新授课）一、课程标准要求及解读1．课程标准要求知道静电场中的电荷具有电势能。
了解电势能、电势的含义。
2．课程标准解读本条目要求学生通过与重力势能引入的对比，了解电荷在电场中的电势能，知道静电力做功与电势能变化的关系。
体验类比法在科学研究中的作用。
让学生通过用电场力做功与电势能的变化关系来计算电荷在电场中的电势能，了解电势能的系统性和相对性。
通过对检验电荷在具体电场中电势能的分析，知道比值定义法表示电场另一方面的性质——能的性质——电势，体会类比法也是科学研究中的一种重要方法。
通过具体电场中电势的分析，了解电势的客观性、标量性和相对性。
二、教学目标1．通过计算在匀强电场中移动电荷静电力所做的功，认识静电力做功与路径无关的特点。
2．通过类比重力势能引入电势能，体会能量观点是分析物理问题的重要方法，并进一步认识到物理学的和谐统一性。
3．理解电势能的变化与静电力做功的关系。
知道常见的电势能零点的规定方法。
4．通过建立电势概念的过程，理解电势是从能的角度描述电场的物理量。
会判断电场中两点电势的高低。
三、重难点1.重点：本节的重点是明确静电力做功和电势能变化之间的关系, 培养学生的科学探究能力。
2.难点：本节的难点是电势能概念的建立, 通过类比和迁移、猜想论证, 归纳总结出静电力做功与电势能变化之间的关系。
四、教学方法启发、引导、讲授五、教学流程图六、教学过程【引入】在物理学的发展历程中，许多伟大的科学家都是善于运用类比推理法，提出科学假说，进而获得巨大成功的。
什么是类比法?类比法就是根据两个( 或两类) 对象之间在某些方面具有相同或相似，从而推出它们在其他方面也可能相同或相似的逻辑推理方法。
牛顿正是通过类比，猜想可能是地球对苹果的引力造成它不能离开地球。
最终，把天上和地上的力统一，建立了万有引力定律。
今天运用类比法研究特殊的物质: 重力场和静电场。
一个试探电荷在匀强电场中某点由静止释放，将如何运动？动能如何变化？（不计重力）是什么能转化为动能？它具有什么特点？和重力势能有什么相同之处？【板书】本节课就是要研究电场能的性质———电势能和电势( 板书标题)( 1) 场的基本特性对场中的物体( 电荷) 都有力的作用，且万有引力定律与库仑定律的内容非常相似: 万有引力( 库仑力) 的大小都与质点( 点电荷) 间的质量( 电量) 乘积成正比，与两者距离的二次方成反比．这种相似性使我们意识到两个场可能具有类比性．( 2) 场的强弱和方向思考: 可以直接用物体( 电荷) 所受的力来表示场的强弱和方向吗?解答: 不行．因为在场中的同一点，不同的物体( 电荷) 所受的力也不同．重力场( 如图3) : 如果把一个很小的物体m 用做试探物体，它在重力场中的某个位置受到的引力为F，另一个同样的物体m 在同一位置受到的引力一定也是F; 假如两个这样的物体都在这里，它们总的质量是2m，它们受到的力是2F．依此类推: 三个这样的物体放在这里，质量为3m，受到的引力为3F…比值Fgm表示场的强弱，方向指向地心静电场( 如图4) : 如果把一个很小的电荷q 用做试探电荷，它在静电场中的某个位置受到的静电力为F，另一个同样的电荷q 在同一位置受到的静电力一定也是F; 假如两个这样的电荷都在这里，它们总的电荷量是2q，它们受到的力是2F．依此类推: 三个这样的电荷放在这里，电荷量为3q，受到的静电力为3F…比值FEq表示场的强弱，方向指向负电荷．( 4) 场力做功特点思考: 如果物体( 电荷) 在匀强重力场( 匀强电场) 中运动，场力做功有何特点?重力做功特点重力做功的特点：与路径无关,由初末位置的高度差来决定。
静电场之能量特点
课时二、静电场之能量特点【重点内容】1．求电场力做功的几种方法(1)由公式W＝Fl cos α计算，此公式只适用于匀强电场中，可变形为W＝Eql cos α。
(2)由W AB＝qU AB计算，此公式适用于任何电场。
(3)由电势能的变化计算：W AB＝E p A－E p B。
(4)由动能定理计算：W电场力＋W其他力＝ΔE k。
2．电场中的功能关系(1)若只有静电力做功，电势能与动能之和保持不变。
(2)若只有静电力和重力做功，电势能、重力势能、动能之和保持不变。
(3)除重力外，其它各力对物体做的功等于物体机械能的增量。
(4)所有外力对物体所做的总功，等于物体动能的变化。
3．电势能高低的判断方法5联系，但也有很大差别，现列表进行比较【典型例题】[例1] 如图所示，在真空中有两个带正电的点电荷，分别置于M、N两点。
M处正电荷的电荷量大于N处正电荷的电荷量，A、B为M、N连线的中垂线上的两点。
现将一负点电荷q由A点沿中垂线移动到B点，在此过程中，下列说法正确的是()A．q的电势能逐渐减小B．q的电势能逐渐增大C．q的电势能先增大后减小D．q的电势能先减小后增大[例2] 某电场的电场线分布如图所示，以下说法正确的是()A．c点场强大于b点场强B．a点电势高于b点电势C．若将一试探电荷＋q由a点释放，它将沿电场线运动到b点D．若在d点再固定一点电荷－Q，将一试探电荷＋q由a移至b的过程中，电势能减小[例3] 如图所示，一电场的电场线分布关于y轴(沿竖直方向)对称，O、M、N是y轴上的三个点，且OM＝MN，P点在y轴的右侧，MP⊥ON，则()A．M点的电势比P点的电势高B．将负电荷由O点移动到P点，电场力做正功C．M、N两点间的电势差大于O、M两点间的电势差D．在O点静止释放一带正电粒子，该粒子将沿y轴做直线运动[例4](2012·安徽高考)如图所示，在平面直角坐标系中，有方向平行于坐标平面的匀强电场，其中坐标原点O处的电势为0，点A处的电势为6 V，点B处的电势为3 V，则电场强度的大小为()A．200 V/m B．200 3 V/m C．100 V/m D．100 3 V/m [例5]如图所示，直角三角形的斜边倾角为30°，底边BC长为2L，处在水平位置，斜边AC是光滑绝缘的，在底边中点O处放置一正电荷Q，一个质量为m、电荷量为q的带负电的质点从斜面顶端A沿斜边滑下，滑到斜边上的垂足D点时速度为v。
第10章静电场中的能量(单元知识清单)高二物理(人教版2019)
第10章必备知识清单§1电势能和电势1、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。
计算式：W电＝qEd，其中d为带电体在沿电场方向的位移。
2、电势能（符号E P）：电荷在电场中具有的势能，是标量3、静电力做功与电势能变化的关系：静电力做的功等于电荷电势能的减少量，即W AB=−∆E p=−(E pB−E pA)=E pA−E pB。
●当W AB＞0，则E pA＞E pB，表明电场力做正功，电势能减小；●当W AB＜0，则E pA＜E pB，表明电场力做负功，电势能增加。
4、电势能是相对的，具体数值与零势能面的选取有关。
通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为0，或把电荷在大地表面的电势能规定为0。
5、电势能具有系统性，为电荷和对它作用的电场组成的系统共有。
●电荷在某点的电势能，等于把它从该点移动到零势能面时静电力所做的功。
●选择不同的零势能面，对于同一个带电体在同一点来说电势能大小是不相同的。
6、电势（符号 φ）：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量之比。
●定义式：φ=E pq●单位：伏特（V），1V＝1J/C。
●电势是标量，有正负，负电势表示该处的电势比零电势低。
7、电势具有相对性，确定某点的电势，应先规定电场中某处电势为零，通常取大地或无穷远处的电势为零。
8、沿电场线方向，电势降低最快。
判断电势高低的基本方法：①沿电场线方向，电势越来越低。
②正电荷在电势能大的地方电势高，负电荷相反。
③静电力对正电荷做正功，则电势降低。
④离带正电的场源电荷越近的点，电势越高。
9、在等量异种点电荷的电场中，①沿点电荷的连线由正电荷到负电荷，电势逐渐降低。
②两点电荷连线中垂线上，电势均相等（若取无穷远处电势为0，则中垂线上电势处处为0）。
10、在等量同种正点电荷的电场中，①两电荷连线上，由正电荷到连线中点O电势逐渐降低，且关于O点对称。
②两电荷连线中垂线上，由中点O向两侧电势到无限远电势逐渐降低，且关于O点对称。
静电场中的能量 学考冲刺讲义
静电场中的能量【知识梳理】一.静电力做功的特点1.如图所示，不论q 经由什么路径从A 点移动到B 点，静电力做的功都是一样的．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，与电荷经过的路径无关(填“有关”或“无关”)．可以证明，对于非匀强电场也是适用的．2．静电力做功与重力做功相似，只要初、末位置确定了，移动电荷q 做的功就是确定值．二.电势能1.由于移动电荷时静电力做的功与移动的路径无关，电荷在电场中也具有势能，这种势能叫做电势能，可用E p 表示． 2．当正电荷在电场中从A 点移动到B 点时，静电力做正功，电荷的电势能减少；当电荷从B 点移动到A 点时，静电力做负功，即电荷克服静电力做功，电荷的电势能增加． 3．电荷在某点的电势能，等于把它从这点移动到零势能位置时静电力做的功．4.电场力做功是电势能变化的量度，用公式表示为W AB ＝E p A －E p B ，即电场力做正功，电荷的电势能减少，电场力做负功，电荷的电势能增加．5.电势能具有相对性．电势能零点规定：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的电势能规定为零．三.电势1．电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值，叫做这一点的电势．如果用φ表示电势，用E p 表示电荷q 的电势能，则φ＝E pq，单位为伏特，符号为V.沿着电场线的方向电势逐渐降低． 2.电场中某点的电势φ＝E p q，在计算时应代入各自的正负号．3.电势的标量性：电势是标量，只有大小，没有方向，但有正负之分，电势为正表示比零电势高，电势为负表示比零4.电势的相对性：零电势点的选取原则：一般选大地或无限远处为零电势，只有选取了零电势点才能确定某点的电势大小．5.电势是描述电场性质的物理量，决定于电场本身，与试探电荷无关．6.判断电势高低的方法：(1)利用电场线：沿着电场线方向电势逐渐降低(此为主要方法)；(2)利用公式φ＝E p q判断，即在正电荷的电势能越大处，电势越高，负电荷电势能越大处，电势越低．四.等势面1．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． 2．等势面的特点：(1)在等势面上移动电荷时，静电力不做功．(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． (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． (4)任意两个等势面不相交．五.电势差1.用不同的位置作为测量高度的起点，同一地方的高度的数值就不相同，但两个地方的高度差却保持不变．同样的道理，选择不同的位置作为电势零点，电场中某点电势的数值也会改变，但电场中某两点间的电势的差值却保持不变．2.电场中两点间电势的差值叫做电势差，也叫电压．电势差的计算公式U AB ＝φA －φB ，U BA ＝φB －φA ，U AB ＝－U BA .3.电势差是标量，有正负，电势差的正负表示电势的高低．U AB ＞0，表示A 点电势比B 点电势高．六.静电力做功与电势差的关系1.电荷q 在电场中从A 点移动到B 点，A 、B 两点间的电势差为U AB ，则静电力做功W AB ＝qU AB 或U AB ＝W AB /q .2.静电力做功与电势差的关系：W AB ＝qU AB 或U AB ＝W ABq. 3.公式W AB ＝qU AB 或U AB ＝W ABq中各物理量符号的处理方法： (1)带正、负号进行运算：把电荷q 的电性和两点间的电势差U 的正负代入；功为正，则说明静电力做正功，电荷的电势能减小；功为负，则说明静电力做负功，电荷的电势能增大．(2)只将绝对值代入公式运算：即在计算时，q 、U 都取绝对值，算出的功也是绝对值，至于静电力做的是正功还是负功，可以根据电荷的正、负及电荷移动的方向与电场线方向的关系进行判断．(3)用关系式W AB ＝qU AB 进行相关计算时要注意W 与U 的角标要对应，不要造成混乱，因为U AB ＝－U BA ，W AB ＝－W BA .七.电势差与电场强度的关系1.匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点沿电场方向的距离的乘积，即U AB ＝Ed .2.公式U ＝Ed 只适用于匀强电场，其中d 为A 、B 两点沿电场方向的距离．3.电场中A 、B 两点的电势差U AB 跟电荷移动的路径无关，由电场强度E 及A 、B 两点沿电场方向的距离d 决定．4.公式E ＝U d说明电场强度在数值上等于沿电场方向每单位距离上降低的电势．5.在匀强电场中，沿任意一个方向，电势降落都是均匀的，故在同一直线上相同间距的两点间电势差相等；在匀强电场中，相互平行且长度相等的线段两端点的电势差相等．八.关于E ＝U /d 的说明1．在匀强电场中，电场强度的大小等于两点间的电势差与两点沿电场强度方向距离的比值．也就是说，电场强度在数值上等于沿电场方向每单位距离上降低的电势． 2．由该公式得出的场强单位是V/m ，以前学习的场强单位是N/C.九.对电场强度的进一步理解1．教材中给出了电场强度的三个计算公式，这三个公式的物理意义及适用范围是不相同的，为了加强对这三个公式的理解，下面列表进行对比．请填空.区别公式物理含义 引入过程 适用范围 说明E ＝F q 电场强度大小的定义式 Fq与F 、q 无关，是反映某点电场的性质一切电场 q 为试探电荷的电荷量E ＝k Q r 2真空中点电荷场强的决定式 由E ＝Fq 和库仑定律导出在真空中，场源电荷Q 是点电荷 Q 为场源电荷的电荷量 E ＝U d匀强电场中场强的决定式由F ＝qE 和W ＝qU 导出匀强电场d 为沿电场方向的距离十.静电平衡状态下导体的电场1.如图所示，把一个不带电的金属导体ABCD 放到场强为E 0的电场中，导体内的自由电子受到库仑力的作用，将向着与电场相反的方向定向移动．这样，在导体的AB 面上将出现负电荷，在CD 面上将出现正电荷．这就是静电感应现象．2.导体两面出现的正负电荷在导体内部产生与E 0方向相反的电场E ′，当这两个电场叠加使导体内部各点的合电场等于0时，导体内的自由电子不再发生定向移动，导体达到了静电平衡状态．3.处于静电平衡状态的导体，内部的电场场强处处为0.4.处于静电平衡状态的整个导体是个等势体，它的表面是个等势面．十一.静电平衡状态导体的特点1．处于静电平衡状态的导体，其外部表面附近任何一点的场强方向必定与这点的表面垂直．整个导体是个等势体．它的表面是个等势面．2．静电平衡时，导体上的电荷分布有以下两个特点： (1)导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的表面．(2)在导体外表面，越尖锐的位置电荷的密度(单位面积的电荷量)越大，凹陷的位置几乎没有电荷．十二.尖端放电 静电屏蔽1．所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和，这相当于导体从尖端失去电荷．这个现象叫做尖端放电．2．金属壳或金属网的空腔内不受外界电场的影响，壳(网)内电场强度保持为0，外电场对壳(网)内的仪器不会产生影响，金属壳(网)的这种作用叫做静电屏蔽．十三.电容器与电容1．在两个相距很近的平行金属板中间夹上一层绝缘物质——电介质(空气也是一种电介质)，就组成一个最简单的电容器，叫做平行板电容器．2．把电容器的一个极板与电池组的正极相连，另一个极板与负极相连，两个极板就分别带上了等量的异号电荷，这个过程叫做充电．用导线把充电后的电容器的两极板接通，两极板上的电荷中和，电容器又不带电了，这个过程叫做放电．3．任何两个彼此绝缘又相距很近的导体，都可以看成一个电容器．4.电容器所带的电荷量Q 与电容器两极板间的电势差U 的比值，叫做电容器的电容，公式C ＝QU，单位是法拉，符号是F,1 F ＝1 C/V,1 F ＝106μF ＝1012pF.电容是表示电容器储存电荷的特性的物理量． 5.电容器的电容在数值上等于两极板间每升高(或降低)单位电压时增加(或减少)的电荷量．C ＝Q U ＝ΔQΔU，对任何电容器都适用．Q 为电容器的带电荷量，是其中一个极板上带电荷量的绝对值． 十四.平行板电容器的电容1.平行板电容器的电容C 与极板的正对面积S 成正比，跟两极板间的距离d 成反比，公式表达式为C ＝εr S4πkd， 式中k 为静电力常量，εr 是一个常数，与电介质的性质有关，称为电介质的相对介电常数．2.平行板电容器的电容与两平行极板正对面积S 成正比，与电介质的相对介电常数εr 成正比，与极板间距离d 成反比，其表达式为C ＝εr S4πkd ，两板间为真空时相对介电常数εr ＝1，其他任何电介质的相对介电常数εr 都大于1.3.C ＝Q U 适用于所有电容器；C ＝εr S4πkd仅适用于平行板电容器．十五.常见电容器1．常见的电容器，从构造上看，可以分为固定电容器和可变电容器两类．2．加在电容器两极板上的电压不能超过某一限度，超过这个限度，电介质将被击穿，电容器损坏，这个极限电压称为击穿电压．电容器外壳上标的是工作电压，或称额定电压，这个数值比击穿电压低．十六.平行板电容器的动态分析1.分析方法：抓住不变量，分析变化量．其理论依据是： (1)电容器电容的定义式C ＝Q U；(2)平行板电容器内部是匀强电场，E ＝U d； (3)平行板电容器电容的决定式C ＝εr S4πkd .2.两种典型题型(1)电压不变时：若电容器始终与电源相连，这时电容器两极板间的电压是不变的，以此不变量出发可讨论其他量的变化情况．(2)电荷量不变时：若电容器在充电后与电源断开，这时电容器两极板上的电荷量保持不变，在此基础上讨论其他量的变化．十七.带电粒子的加速1.如图所示，质量为m 、带正电荷q 的粒子，在电场力作用下由静止开始从正极板运动到负极板过程中，电场力对它做的功W ＝qU ，由动能定理可知W ＝qU ＝12mv 2，可以求出粒子到达负极板时的速度v ＝2qUm.2.电子、质子、α粒子、离子等微观粒子，它们的重力远小于电场力，处理问题时可以忽略它们的重力．带电小球、带电油滴、带电颗粒等，质量较大，处理问题时重力不能忽略．3.带电粒子仅在电场力作用下加速，若初速度为零，则qU ＝12mv 2；若初速度不为零，则qU ＝12mv 2－12mv 20.十八.带电粒子的偏转1.带电粒子的电荷量为q 、质量为m ，以速度v 0垂直电场线射入两极板间的匀强电场．板长为l 、板间距离为d ，两极板间的电势差为U .(1)粒子在v 0方向上做匀速直线运动，穿越两极板的时间为l v 0.(2)粒子在垂直于v 0的方向上做初速度为0的匀加速直线运动，加速度为a ＝qU md.2.运动状态分析：带电粒子(不计重力)以初速度v 0垂直于电场线方向飞入匀强电场时，受到恒定的与初速度方向垂直的电场力作用而做匀变速曲线运动．3.偏转问题的分析处理方法：与平抛运动类似，即应用运动的合成与分解的知识分析处理．4.两个特殊结论(1)粒子射出电场时速度方向的反向延长线过水平位移的中点，即粒子就像是从极板间l2 处射出一样．(2)速度偏转角θ的正切值是位移和水平方向夹角α的正切值的2倍，即：tan θ＝2tan α.十九.示波管的原理1．示波管是示波器的核心部件，由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空．2．如图2所示，电子枪中发射出来的电子经加速电场加速后，以很大的速度进入偏转电场，如在电极YY ′之间加一个待显示的信号电压，XX ′偏转电极通常接入仪器自身产生的锯齿形电压，叫做扫描电压．如果信号电压和扫描电压的周期相同，就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内随时间变化的稳定图象．【冲刺练习】 一、选择题1．（2023·浙江学业考试模拟）如图所示，水平放置的平行板电容器，两板带等量异种电荷，两板间距为d ；断开电源后，一带电小球贴着上极板以速度0v 水平射入电场，沿下板边缘飞出；保持下板不动，将上板上移距离d ，小球仍以相同的速度0v 从原处飞入，则带电小球（ ）A ．仍从下板边缘飞出B ．将从上板边缘飞出C ．将打在下板中央D ．沿直线运动2．（2023·浙江学业考试模拟）如图所示，空间有a 、b 两个点电荷，实线为电场线，虚线为某带电粒子只在电场力作用下的运动轨迹，M 、N 为轨迹上的两点，则（ ）A ．a 、b 为等量异种电荷B ．M 点的电场强度比N 点的大C ．M 点的电势比N 点的高D ．粒子从M 点运动到N 点，电势能减小3．（2023·浙江统考学业考试）如图所示，为一点电荷的电场，其中实线箭头表示电场线，三条虚直线等间距，AB BC BD DE ===，那么以下说法成立的是（ ）A ．该场源电荷为正电荷B ．电势A B ϕϕ>C ．ED DB U U =D ．一个电子从E 点运动到B 点，电势能减少4．（2023·浙江学业考试）如图所示，带电粒子沿带电平行板中线射入，带电粒子偏转射出电场，平行板之间电场为匀强电场，不计重力影响，则下列说法正确的是（）A．若射入的初速度加倍，侧移量加倍B．若射入的初速度加倍，偏转角减半C．若两板间电压U加倍，侧移量加倍D．若两板间电压U加倍，偏转角加倍5．（2023·浙江学业考试）关于下列图片中现象的解说正确的是（）A．图甲中宇航员在天宫二号上展示的水珠成球形是因为不受地球的引力作用B．图乙中电缆线使用金属网状编织层包裹着导线是利用了静电屏蔽的原理C．图丙中剪断细绳OA瞬间，两小球加速度都相同D．图丁中人用手接触起电机的金属球时头发竖起来，属于尖端放电6．（2023·浙江学业考试）如图所示，实线（直线）表示未标出方向的电场线，虚线表示一带电粒子仅受电场力作用下穿越电场时的运动轨迹，则下列说法正确的是（）A．该电场可能是两个等量异种点电荷产生的合电场B．该带电粒子一定带负电C．带电粒子在A点电势能一定大于在B点电势能D．带电粒子在A点的动能一定大于在B点的动能7．（2023·浙江学业考试模拟）如图是“超级电容器”，铭牌上一组数据“2.7V，50F”。
高中物理第十章静电场中的能量习题课带电粒子在电场中运动的四种题型课后习题含解析3
习题课：带电粒子在电场中运动的四种题型课后篇巩固提升基础巩固1.如图，两平行的带电金属板水平放置。
若在两板中间a点从静止释放一带电微粒，微粒恰好保持静止状态,现将两板绕过a点的轴(垂直于纸面)逆时针旋转45°，再由a点从静止释放一同样的微粒,该微粒将（）A.保持静止状态B。
向左上方做匀加速运动C。
向正下方做匀加速运动D.向左下方做匀加速运动,带电微粒静止，有mg=qE，现将两板绕过a点的轴（垂直于纸面）逆时针旋转45°后，两板间电场强度方向逆时针旋转45°，静电力方向也逆时针旋转45°，但大小不变,此时静电力和重力的合力大小恒定，方向指向左下方，故该微粒将向左下方做匀加速运动，选项D正确.2.(多选)两个共轴的半圆柱形电极间存在一沿半径方向的电场,如图所示.带正电的粒子流由电场区域的一端M射入电场，沿图中所示的半圆形轨道通过电场并从另一端N射出，由此可知(）A.若入射粒子的电荷量相等，则出射粒子的质量一定相等B.若入射粒子的电荷量相等，则出射粒子的动能一定相等C。
若入射粒子的电荷量与质量之比相等，则出射粒子的速率一定相等D。
若入射粒子的电荷量与质量之比相等,则出射粒子的动能一定相等,该粒子流在电场中做匀速圆周运动,静电力提供向心力qE=m v2v ，解得r=vv2vv，r、E为定值,若q相等则12mv2一定相等；若vv相等,则速率v一定相等，故B、C正确.3。
如图所示，一个平行板电容器充电后与电源断开,从负极板处释放一个电子(不计重力)，设其到达正极板时的速度为v1,加速度为a1.若将两极板间的距离增大为原来的2倍,再从负极板处释放一个电子,设其到达正极板时的速度为v2，加速度为a2,则（) A。
a1∶a2=1∶1，v1∶v2=1∶2B.a 1∶a 2=2∶1,v 1∶v 2=1∶2 C 。
a 1∶a 2=2∶1,v 1∶v 2=√2∶1 D 。
a 1∶a 2=1∶1，v 1∶v 2=1∶√2,再增大两极板间的距离时,电场强度不变，电子在电场中受到的静电力不变,故a 1∶a 2=1∶1.由动能定理Ue=12mv 2得v=√2vv v,因两极板间的距离增大为原来的2倍，由U=Ed 知，电势差U 增大为原来的2倍，故v 1∶v 2=1∶√2.4。
新教材人教版高中物理必修第三册 第十章静电场中的能量 知识点考点总结及配套习题 含解析
第十章静电场中的能量1、电势能和电势一静电力做功特点1.电场力做功的特点:在匀强电场中移动电荷时,静电力所做的功与电荷的起始位置和终止位置有关,与电荷经过的路径无关。
2.电场力做功正负的判定:(1)若电场力是恒力,当电场力方向与电荷位移方向夹角为锐角时,电场力做正功;夹角为钝角时,电场力做负功;夹角为直角时,电场力不做功。
(2)根据电场力和瞬时速度方向的夹角判断。
此法常用于判断曲线运动中变化电场力的做功情况。
夹角是锐角时,电场力做正功;夹角是钝角时,电场力做负功;电场力和瞬时速度方向垂直时,电场力不做功。
(3)根据电势能的变化情况判断。
由电场力做功与电势能变化的关系可知:若电势能增加,则电场力做负功;若电势能减少,则电场力做正功。
(4)若物体只受电场力作用,可根据动能的变化情况判断。
根据动能定理,若物体的动能增加,则电场力做正功;若物体的动能减少,则电场力做负功。
【典例示范】如图所示是以电荷+Q为圆心的一组同心圆(虚线),电场中有A、B、C、D四点。
现将一带正电的点电荷由A点沿不同的路径移动到D点,沿路径①做功为W1,沿路径②做功为W2,沿路径③做功为W3,则( )A.W2<W3<W1B.W1=W2=W3C.W2>W3>W1D.因不知道+Q的具体数值,故无法进行判断【解题探究】(1)在匀强电场中,电场力做功只与初、末位置有关,与路径无关。
(2)此结论对非匀强电场同样适用。
【解析】选B。
因为电场力做功只与初、末位置有关,而与电荷运动路径无关,故沿三条路径将点电荷由A移动到D的过程中,电场力做功相等。
B正确,A、C、D错误。
【素养训练】1.如图所示,在一大小为E的水平匀强电场中,A、B两点的直线距离为l,垂直电场方向的距离为d。
一电荷量为q的带正电粒子从A点沿图中虚线移动到B点。
下列说法正确的是( )A.该过程中电场力做的功为0B.该过程中电场力做的功为Eq lC.该过程中电场力做的功为EqdD.该过程中电场力做的功为Eq【解析】选D。
第十章 静电场中的能量
第十章静电场中的能量B．A点的电势为，电场强度为；C．B点的电势为，电场强度为；D．A点的电势为，电场强度也为。
答案：ABD二、XXX答题1.静电场中的能量是如何计算的？静电场中的能量可以通过电场中电荷所具有的电势能来计算。
在电场中，电荷由高电势能处移动到低电势能处，电势能的差值就是电荷所具有的动能。
根据能量守恒定律，电荷的动能减少的同时，电场中的能量会增加。
因此，静电场中的能量可以表示为电荷在电场中移动所释放的电势能总和。
2.电势能和电势的区别是什么？电势能是指电荷在电场中由于位置发生变化而具有的能量。
电势是指电场中某一点的电势能与单位正电荷之间的比值，也可以理解为单位电荷在该点所具有的电势能。
电势能是一种物理量，而电势是一种描述电场性质的物理量。
3.什么情况下电势差为零？电势差是指两点间电势的差值。
当两点间的电势相等时，电势差为零。
在静电场中，如果两点间的电场强度和距离都相等，则两点间的电势相等，电势差为零。
此外，在一些特殊情况下，如电荷分布对称、电场中存在等势面等情况下，也可能出现电势差为零的情况。
B。
在点A处，正试探电荷的电势能较高，受到的静电力的方向是向右的。
C。
将正试探电荷从点O移动到点A需要克服静电力做功。
D。
当将同一正试探电荷从点O和点B移动到点A时，后者的电势能变化更大。
8.电子在经过点A时具有4.8×10^-17J的电势能和3.2×10^-17J的动能，在经过点B时，它的电势能降至3.2×10^-17J。
如果电子只受到静电力作用，则：B。
从点A到点B的静电力做功为100eV。
C。
在点B处，电子的动能为1.6×10^-17J。
9.在图中，C点是线段AB的中点，A和B处的等势线分别为30V和10V。
因此，C点的电势φc：A。
φc=20V。
10.在图中，点电荷Q产生了电场，M、N、P和F是四个点，其中M、N、P是直角三角形的三个顶点，F是MN的中点，∠M=30°。
高中物理第十章静电场中的能量第5节带电粒子在电场中的运动学案3
带电粒子在电场中的运动【学习目标】1．了解带电粒子在电场中的运动特点。
2．会从能量的角度分析计算带电粒子在电场中的加速问题。
3．会从力和运动的合成与分解的角度分析计算带电粒子在电场中的偏转.4．了解示波管的构造和工作原理。
【思维脉络】课前预习反馈教材梳理·落实新知知识点 1 带电粒子在电场中的加速1．利用电场使带电粒子加速时,带电粒子的速度方向与__电场强度__的方向相同或相反。
2．两种分析思路(1）利用__牛顿第二定律__结合匀变速直线运动公式分析，适用于解决的问题属于__匀强电场__且涉及运动时间等描述运动过程的物理量时。
（2)利用静电力做功结合__动能__定理来分析，适用于问题只涉及位移、速率等动能定理公式中的物理量或非__匀强电场__的情景。
知识点 2 带电粒子在电场中的偏转1．偏转条件：带电粒子的初速度方向跟电场方向__垂直__。
2．运动轨迹：在匀强电场中，带电粒子的运动轨迹是一条__抛物线__,类似__平抛__运动的轨迹。
3．分析思路：跟分析平抛运动是一样的，不同的仅仅是平抛运动物体所受的是__重力__,带电粒子所受的是__静电力__。
预习自测『判一判』(1)电子、质子、α粒子等带电粒子在电场中受到的静电力一般远大于重力，因而通常情况下，重力可以忽略不计。
(√)（2）带电粒子(不计重力）在电场中由静止释放时，一定做匀加速直线运动。
（×）（3)对带电粒子在电场中的运动，从受力的角度来看，遵循牛顿运动定律；从做功的角度来看，遵循能量的转化和守恒定律.(√)（4）对于带电粒子（不计重力)在电场中的偏转可分解为沿初速度方向的匀速直线和沿电场线方向的自由落体运动。
（×）（5)示波管偏转电极不加电压时，从电子枪射出的电子将沿直线运动，射到荧光屏中心点形成一个亮斑。
(√）『选一选』（多选）如图所示，一带正电的小球向右水平抛入范围足够大的匀强电场，电场方向水平向左。
不计空气阻力，则小球(BC)A．做直线运动B．做曲线运动C．速率先减小后增大D．速率先增大后减小解析:小球运动时受重力和电场力的作用，合力F方向斜向左下方，与初速度v0方向不在一条直线上,小球做曲线运动，由合力与速度的夹角变化可知速率先减小后增大，故选项BC正确。
静电场的能量
静电场的能量静电场是由带电粒子或物体周围的电场引起的一种现象。
静电场能量是指由静电场所包含的能量。
一、静电场的基本概念和特性静电场是由电荷之间的相互作用形成的，并且与电荷的位置关系也有关。
在静电场中，电荷会产生电场，而这个电场也会对其他电荷产生作用力。
静电场的特性有以下几点：1. 静电场的力是作用在电荷上的，而非自身的静电场或电荷本身。
2. 静电场的力是由电荷之间的相互作用引起的，其大小与电荷的数量和距离有关。
3. 静电场是一个矢量场，具有方向和大小。
4. 静电场的能量分布不均匀，通常集中在离电荷较近的地方。
二、静电场能量的计算静电场的能量可以通过以下公式进行计算：E = (1/2) * ε * V^2其中，E表示静电场的能量，ε表示真空介电常数，V表示电场的电压。
静电场的能量与电场的电压平方成正比，而与电场的介电常数成正比。
因此，当电场的电压或介电常数增加时，静电场的能量也会增加。
三、静电场能量的应用静电场的能量在现实生活中有广泛的应用。
以下列举几个例子：1. 静电能量在静电喷涂中的应用：静电喷涂是一种利用静电场将涂料均匀喷涂在物体表面的技术。
通过给喷涂液体带上电荷，使其在喷枪离开物体表面时形成一个带电雾状的状态，然后利用静电场将涂料吸附在物体表面上，从而实现均匀喷涂。
2. 静电能量在电子设备中的应用：静电场能够对微小的物体产生引力或斥力，这一特性被应用在电子设备中，如打印机、复印机等。
通过静电场的作用，可以将墨粉、纸张等粘附在特定位置，实现打印或复印的功能。
3. 静电能量在高压输电中的应用：在高压输电线路中，由于导线带有电荷，会形成强大的静电场。
这种静电场的能量会导致电线周围的空气分子离子化，形成电晕放电现象。
因此，在高压输电线路中需要采取相应的措施来减少静电场的能量损耗，提高输电效率。
综上所述，静电场能量是由静电场所包含的能量。
通过计算静电场能量的公式可以了解到静电场能量与电场的电压平方和介电常数的关系。
高中物理第十章静电场中的能量知识点总结全面整理(带答案)
高中物理第十章静电场中的能量知识点总结全面整理单选题1、如图所示，在x轴上相距为L的两点固定有等量同种正电荷M、N，虚线是中心在MN的中点、边长也为L 的正方形，a、b、c、d是正方形的四个顶点，且b、d两点在x轴上。
下列说法正确的是（）A．将一电子从a点由静止释放，电子可能沿ad直线运动到d点B．将一电子从a点垂直正方形所在平面以某一速度释放，电子可能做匀速圆周运动C．将一电子从a点沿直线ac移至c点过程，电子电势能先增大后减小D．将一电子从a点沿折线abc移至c点过程，静电力先做正功后做负功答案：BA．根据等量同种正电荷的电场线分布特点可知，电子从a点由静止释放时，先受到竖直向下的电场力做加速直线运动，过中心点后，受竖直向上的电场力做减速直线运动，由运动的对称性可知，电子将沿a、c连线在a、c间做往复运动，A错误；B．电子从a点垂直正方形所在平面以某一速度v释放时，受到垂直速度方向且指向MN中点的电场力Ee，若满足Ee=m v2 r该电子将做匀速圆周运动，B正确；C．沿直线ac从a至c，电势先升高后降低，电子从a点沿直线ac移至c点过程，电子电势能先减小后增大，C错误；D．将一电子从a点沿折线abc移至c点过程，静电力先做正功再做负功，再做正功最后做负功，D错误。
故选B。
2、如图所示，a、b两点位于以正点电荷+Q（Q＞0）为球心的球面上，c点在球面外，则（）A．a点场强的大小比b点大B．b点场强的大小比c点小C．a点电势比c点高D．b点电势比c点低答案：Ca、b在以正点电荷为球心的同一球面上，即在同一等势面上，故a点电势和b点电势相等，根据沿电场线方向电势降低可得a、b点电势都比c点高；根据点电荷电场强度的计算公式E=k Q r2可知，a点场强的大小和b点强度大小相等，b点场强的大小比c点大，故C正确，ABD错误。
故选C。
3、如图所示，一带正电的粒子以一定的初速度进入某点电荷Q产生的电场中，沿图中弯曲的虚线轨迹先后经过电场中的a、b两点。
高中物理第十章静电场中的能量知识点总结归纳(带答案)
高中物理第十章静电场中的能量知识点总结归纳单选题1、在x轴上O、P两点分别放置电荷量为q1、q2的点电荷，一个带负电的试探电荷在两电荷连线上的电势能E p随x变化关系如图所示，其中A、B两点电势能为零，BD段中C点电势能最大，则（）A．q1和q2都是正电荷且q1>q2B．B、C间场强方向沿x轴负方向C．C点的电场强度大于A点的电场强度D．将一个正点电荷从B点移到D点，电场力先做正功后做负功答案：DA．由题图可知，从O到P电势能一直减小，试探电荷带负电，则电势一直增加，两个点电荷必定是异种电荷，故A错误；B．由题图可知，从B到C电势能增加，试探电荷带负电，则电势降低，根据沿电场线方向电势降低可知，B、C间电场强度方向沿x轴正方向，故B错误；C．根据E p−x图像的切线斜率表示电场力，可知C点场强为零，A点的场强不等于零，则A点的场强大于C点的场强，故C错误；D．由题图可知，从B点到D点，试探电荷带负电，电势能先增大后减小，则电势先降低后升高，将一个正点电荷从B点移到D点，电势能先减小后增大，则电场力先做正功后做负功，故D正确。
故选D。
2、C1和C2两空气电容器串联以后接电源充电。
在电源保持联接的情况下，在C2中插入一电介质板，则（）A．C1极板上电荷增加，C2极板上电荷增加B．C1极板上电荷减少，C2极板上电荷增加C．C1极板上电荷增加，C2极板上电荷减少D．C1极板上电荷减少，C2极板上电荷减少答案：AC1和C2两空气电容器串联以后接电源充电，稳定后两电容器所带电荷量相同；在C2中插入一电介质板，由C=εrS 4πkd可知，C2电容量增大，在电源保持联接的情况下，电势差不变，由C=Q U可知，C2极板上电荷增加，稳定后两电容器所带电荷量相同，C1极板上电荷增加。
故选A。
3、一正点电荷形成的电场，如图实线是其中的三条电场线，另一带电的点电荷从M点射入电场，仅受电场力作用下沿图中虚线运动到N点，则该点电荷从M向N运动的过程中（）A．动能一直增加B．合力一直减小C．电势能一直减少D．动能和电势能的总和一直减少答案：BAC．由电场的性质和曲线运动的特点可知，电场力的方向始终与速度方向成钝角，对电荷做负功，电荷的动能减少、电势能增加，选项A、C错误；D．只有电场力做功时，电荷电势能与动能的总和保持不变，选项D错误；B．电场线的疏密表示电场强度的大小，M点处比N点处的电场线密，所受电场力FM>FN所以合力一直减小，选项B正确。
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§1、5 静电场的能量
1．5．1、 带电导体的能量
一带电体的电量为Q ，电容为C ，则其电势C Q
U =。
我们不妨设想带电体
上的电量Q ，是一些分散在无限远处的电荷，在外力作用下一点点搬到带电体上的，因此就搬运过程中，外力克服静电场力作的功，
就是带电体的电能。
该导体的电势与其所带电量之间的
函数关系如图1-5-1所示，斜率为C 1。
设每次都搬运极少量的电荷Q ∆，此过程可认为导体上的电势不变，设为i U ，该过程中搬运电荷所做的功为Q U W i i ∆=，即图中一狭条矩形的面积（图中斜线所示）因此整个过程中，带电导体储存的能量为
∑∑∆==Q U W W i i
其数值正好等于图线下的许多小狭条面积之和，若Q ∆取得尽可能小，则数值就趋向于图线下三角形的面积。
2
221221CU C Q QU Q U W i ===∆=∑
上述带电导体的静电能公式也可推广到带电的电容器，因为电容器两板间的电势差与极板上所带电量的关系也是线性的。
1．5．2、 电场的能量 由公式2
21CU W =，似乎可以认为能量与带电体的电量有关，能量是集中
在电荷上的。
其实，前面只是根据功能关系求得带电导体的静电能，并未涉及
能量的分布问题。
由于在静电场范围内，电荷与电场总是联系在一起的，因此
图1-5-1
电能究竟与电荷还是与电场联系在一起，尚无法确定。
以后学习了麦克斯韦的电磁场理论可知，电场可以脱离电荷而单独存在，并以有限的速度在空间传播，形成电磁波，而电磁波携带能量早已被实践所证实。
因此我们说，电场是电能的携带者，电能是电场的能量。
下面以平行板电容器为例，用电场强度表示能量公式。
k Sd E d E kd S CU W πεπε8421212222=⋅==
单位体积的电场能量称为电场的能量密度，用ω来表示
k E V W πεω82
==
上式是一个普遍适用的表达式，只要空间某点的电场强度已知，该处的能量密度即可求出，而整个电场区的电场能量可以通过对体积求和来求得。
1．5．3、电容器的充电
如图1-5-2所示，一电动势为U 的电源对一电容为C 的电容器充电，充电完毕后，电容器所带电量
CU Q =
电容器所带能量
2
21CU W =
而电源在对电容器充电过程中，所提供的能量为
W CU QU W 22==='
也就是说，在充电过程中，电容器仅得到了电源提供的一半能量，另一半能量在导线和电源内阻上转化为内能，以及以电磁波的形式发射出去。
例7、用N 节电动势为ε的电池对某个电容器充电，头一次用N 节电池串
联后对电容器充电；第二次先用一节电池对电容器充电，再用两节串联再充一次，再用三节串联再充……直到用N 节串联充电，哪一种方案消耗电能多？
解： 第一次电源提供的能量()εN Q W =，电容器储能()εN Q E 21=，消耗
的能量 ()()22121εεN C N Q E W E ==-=∆。
第二次充电时，电容器上电量从0→Q 1→Q 2→Q 3……而
εC Q =1 )2(2εC Q = )3(3εC Q =
电源每次提供能量为
211εεεC Q Q W =∆=∆= ()211222222εεεC Q Q Q W =-=∆⋅=
…………
()211εεNC N Q Q W N N N =-=-
()()2
2121321εεC N N N C W W +=+⋯+++='='∑
消耗的能量 N E CN E W E /212∆==-'='∆ε
显然，前一种方案消耗能量多，实际上，头一种方案电源搬运电量Q 全部是在电势差εN 条件下进行的。
第二种方案中，只有最后一次搬运电量()1--N N Q Q 是在电势差εN 下进行的，其余1-N 是在小于εN 下进行的。