高二物理人教版2019必修第三冊同步課件第十章靜電場中的能量第一節(jié)+電勢能和電勢

第十章

靜電場中的能量

人教版

必修三第一節(jié)

電勢能和電勢

問題引入：如圖，小球在重力的作用下運動一段位移，小球的重力做了功，重力勢能減少，小球的動能增加了。小球在勻強(qiáng)電場中做類似的運動，由于靜電力做功，動能也會增加。那是什么能量減少了呢？

由于靜電力做功，小球動能增加。減少的能量應(yīng)該與靜電力做功有關(guān)。靜電力做功有哪些特點？問題1：在圖甲中，將試探電荷＋q沿直線AB由A移動到B，靜電力做的功是多少？WAB＝F·|AB|cosθ＝qE|AM|。問題2：在圖甲中，將試探電荷＋q沿折線AMB由A移動到B，靜電力做的功是多少？將試探電荷＋q沿直線AM由A移動到M，靜電力做的功為：WAM＝qE|AM|，由M移動到B靜電力不做功，所以，沿折線AMB由A移動到B靜電力做的功仍然是WAB＝WAM＋0＝qE|AM|。

問題3：在圖乙中，將試探電荷＋q沿曲線ANB由A移動到B，靜電力做的功是多少？

可以把曲線ANB上的運動看成由無數(shù)個極細(xì)小的如甲圖中的折線運動組成，只有＋q沿平行于電場線方向運動時靜電力做功，而這些平行于電場線方向的位移之和為|AM|，故試探電荷所受靜電力做的功仍然為qE|AM|。由以上探究可以得出什么結(jié)論？靜電力做的功跟路徑無關(guān)，只取決于始末位置。1．靜電力做功的特點（1）靜電力做的功與電荷的起始位置和終止位置有關(guān)，與電荷經(jīng)過的路徑無關(guān)，這是靜電力做功的特點，與重力做功特點相似。（2）不管電場是否為勻強(qiáng)電場，靜電力做的功都只與電荷的始末位置有關(guān)，與電荷經(jīng)過的路徑無關(guān)。一、靜電力做功的特點一、靜電力做功的特點2．靜電力做功正負(fù)的判斷方法(1)根據(jù)靜電力方向和位移方向的夾角判斷：夾角為銳角，靜電力做正功；夾角為鈍角，靜電力做負(fù)功。(2)根據(jù)動能的變化情況判斷(粒子只受靜電力作用)：若粒子的動能增加，則靜電力做正功；若粒子的動能減少，則靜電力做負(fù)功。例1如圖所示，在電場強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場中有間距為l的A、B兩點，連線AB與電場線的夾角為θ，將一電荷量為q的正電荷從A點移到B點，若沿直線AB移動該電荷，靜電力做的功W1＝________；若沿路徑ACB移動該電荷，靜電力做的功W2＝________；若沿曲線ADB移動該電荷，靜電力做的功W3＝________。由此可知，電荷在電場中移動時，靜電力做功的特點是__________________________。答案：qElcosθ

qElcosθ

qElcosθ

與路徑無關(guān)，只與初、末位置有關(guān)電場力做功和重力做功有什么相同之處？靜電力做功引起什么能的變化？靜電力做功和重力做功都與路徑無關(guān)。

靜電力做功引起電勢能的變化。二、電場力做功與電勢能的關(guān)系重力對物體做正功，重力勢能減少；重力對物體做負(fù)功，重力勢能增加；且WG＝Ep1－Ep2。靜電力做正功時，電勢能減少；靜電力做負(fù)功時，電勢能增加；且WAB＝EpA－EpB。

重力做功與重力勢能變化的關(guān)系是什么？由此猜測靜電力做功與電勢能變化的關(guān)系是什么？

靜電力做的功只能決定電勢能的變化量，而不能決定電荷在電場中某點的電勢能的數(shù)值。怎樣才能確定電荷在電場中某點的電勢能呢？把電場中某點的電勢能規(guī)定為零若規(guī)定電荷在B點的電勢能為零，則電荷在A點的電勢能等于WAB。也就是說，電荷在某點的電勢能，等于把它從該點移動到零勢能位置時靜電力所做的功。通常規(guī)定什么地方電勢能為零呢？把電荷在離場源電荷無限遠(yuǎn)處的電勢能規(guī)定為零，或把電荷在大地表面上的電勢能規(guī)定為零。相反的

在同一電場中，同樣從A點到B點，移動正電荷與移動負(fù)電荷，電荷的電勢能的變化是什么關(guān)系呢?

在正負(fù)電荷產(chǎn)生的電場中，正負(fù)試探電荷在其中的電勢能有什么特點？在正電荷產(chǎn)生的電場中正電荷在任意一點具有的電勢能都為正，負(fù)電荷在任一點具有的電勢能都為負(fù)；在負(fù)電荷產(chǎn)生的電場中正電荷在任意一點具有的電勢能都為負(fù)，負(fù)電荷在任意一點的電勢能都為正。

1.定義：由于移動電荷時靜電力做功均與路徑無關(guān)，電荷在電場中具有勢能，這種勢能稱為電勢能，符號是EP。三、電勢能2.性質(zhì)：(1)系統(tǒng)性：電勢能是相互作用的電荷所共有的，或者說是電荷及對它作用的電場所共有的，習(xí)慣上說某個電荷的電勢能，只是一種簡略的說法。(2)相對性：電勢能是相對的，其大小與選定的參考點即零勢能位置有關(guān)。確定電荷在電場中某點的電勢能，首先應(yīng)確定參考點，也就是零勢能位置。(3)標(biāo)量性：電勢能是標(biāo)量，有正負(fù)但沒有方向。電勢能為正值表示電勢能大于在參考點的電勢能，電勢能為負(fù)值表示電勢能小于在參考點的電勢能。例3.如圖，在點電荷+Q形成的電場中，AD、BC是以Q為圓心的兩段圓弧，正點電荷q沿A→B→C→D→A移動，則該電荷q（）A．在B點與在C點時電場強(qiáng)度相同B．沿DA運動時電場力做正功C．在B點時的電勢能比在D點時小D．在A點時受到的電場力比在C點時小C若規(guī)定電荷在O點的電勢能為零，A點為電場中的任意一點，電荷q在A點的電勢能EPA等于電荷q由A點移至O點的過程中靜電力做的功。EPA=qE場lcosθ電荷q在任意一點A的電勢能與電量成正比電勢能跟電荷量的比值有何特點？電勢能與電量的比值是不變的，與檢驗電荷無關(guān)，由該點的場強(qiáng)唯一決定。我們就把這一比值稱為場中這一點的電勢。四、電勢1．定義：電荷在電場中某點的電勢能與它的電荷量的比值叫做該點的電勢。

2.公式：公式中的Ep、q在運算時均需代入正、負(fù)號。3.單位：在國際單位制中是J/C，稱伏特，簡稱伏，符號為V。四、電勢4．對電勢的理解(1)相對性：電勢是相對的，電場中某點的電勢高低與零電勢點的選取有關(guān)。通常將離場源電荷無限遠(yuǎn)處或大地選為零電勢點。(2)固有性：與電場強(qiáng)度類似，電勢也是用比值定義的物理量。電場中某點的電勢大小是由電場本身的性質(zhì)決定的，與在該點是否放有電荷及所放電荷的電荷量均無關(guān)。(3)標(biāo)量性：電勢是只有大小、沒有方向的物理量，在規(guī)定了零電勢點后，電場中各點的電勢就確定了，可能是正值，也可能是負(fù)值。正值表示該點的電勢高于零電勢；負(fù)值表示該點的電勢低于零電勢。顯然，電勢的正負(fù)只表示大小，不表示方向。(4)規(guī)定離場源電荷無限遠(yuǎn)處電勢為零，由“沿著電場線方向電勢逐漸降低”可得：正電荷周圍空間的電勢為正值，負(fù)電荷周圍空間的電勢為負(fù)值。

例4．如圖所示，A、B、C為一條電場線上的三點，以B點為零電勢點，一個電子從A移到B和C電場力分別做功3.2×10-19J和9.6×10-19J，則電場線的方向_____，A點電勢φA=_____V，C點電勢φC=_____V。如果以C點為零電勢點，則A點電勢φA′=_____V，B點電勢φB′=_____V。【答案】

向左-24-6-4

變式訓(xùn)練4.如圖所示，實線表示電場線，虛線表示只受靜電力作用的電荷的運動軌跡，a、b為運動軌跡上的兩點，可以判定()A．電荷在a點的速度大于在b點的速度B．電荷為負(fù)電荷C．電荷在a點的電勢能大于在b點的電勢能D．a(chǎn)點的電勢低于b點的電勢C三、課堂練習(xí)1．某靜電場的電場線如圖所示，A、B是同一條電場線上的兩個點，其電場強(qiáng)度大小分別為EA、EB，電勢分別為φA、φB。則下列說法中正確的是（）A．EA>EB；φA>φB

B．EA>EB；φA<φBC．E<EB；φA>φB

D．E<EB；φA<φBA三、課堂練習(xí)三、課堂練習(xí)3．如圖所示，勻強(qiáng)電場中有一直角三角形ABC，∠ABC=30度，BC=20cm。已知電場線的方向平行于三角形ABC所在的平面。將電荷量q=2×10－5C的正電荷從A移到B點電場力做功為零，從B移到C點克服電場力做功2.0×10－3J。試求：(1)該電場的電場強(qiáng)度的大小和方向；(2)若將C點的電勢規(guī)定為零，則B點的電勢為多少？

【答案】(1)1000V/m，方向由C垂直指向AB(2)－100V三、課堂練習(xí)4.如圖所示，空間中P、Q兩點處各固定一個點電荷，其中P點處為正電荷，P、Q兩點附近電場的等勢面分布如圖所示，a、b、c、d為電場中的4個點，則(

)A．P、Q兩點處的電荷為等量同種點電荷B．a(chǎn)點場強(qiáng)大于b點的場強(qiáng)C．c點的電勢低于b點的電勢D．負(fù)電荷從a到d，電勢能減少D三、課堂練習(xí)5.如圖所示,三條虛線表示某電場的三個等勢面,其中Φ1=30V,Φ2=20V,Φ3=10V,一個帶電粒子只受電場力作用,按圖中實線軌跡從A點運動到B點,由此可知()A