10.1+電勢能和電勢高二物理同步備課系列（人教版必修第三冊）

10.1電勢能和電勢勻強(qiáng)電場E議一議AB+一個(gè)正電荷在電場中只收到靜電力F作用，從A運(yùn)動(dòng)到B？1、動(dòng)能是增加還是減少？2、增加的動(dòng)能是由什么形式的能量轉(zhuǎn)化而來？思考重力做功重力做功與路徑無關(guān)，只與初末位置的高度差有關(guān)。類比靜電力靜電力做功也具有類似特點(diǎn)，即與電荷移動(dòng)的路徑無關(guān)。依賴于初末位置靜電力做功只取決于電荷的初末位置間的電勢差?？偨Y(jié)特點(diǎn)因此，靜電力做功具有與路徑無關(guān)、依賴初末位置電勢差的特點(diǎn)。靜電力做功的特點(diǎn)勻強(qiáng)電場EθM靜電力做功的特點(diǎn)AB+F+如果不是沿直線運(yùn)動(dòng)呢路徑一：沿著AB移動(dòng)電荷+路徑二：沿著AMB移動(dòng)電荷電場力垂直速度，不做功結(jié)論：以上兩種不同路徑中靜電力對q所做的功一樣勻強(qiáng)電場EθM靜電力做功的特點(diǎn)AB+如何處理曲線問題？微元法：將曲線AB分成無數(shù)小段，設(shè)想q都從起電沿著電場線方向、再垂直電場線方向到達(dá)終點(diǎn)結(jié)論：在勻強(qiáng)電場中移動(dòng)電荷時(shí)，靜電力所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)同樣適用于非勻強(qiáng)電場靜電力做功伴隨著什么能量在轉(zhuǎn)化？電勢能勻強(qiáng)電場EθMAB++電荷在電場中具有某種與位置有關(guān)的能量，這種稱成為電勢能，用Ep表示電荷在A點(diǎn)具有電勢能EpA電荷在B點(diǎn)具有電勢能EpB從A→B，電場力做功，電勢能變化。AB+電場力做正功，電勢能減小AB+電場力做負(fù)功，電勢能增加討論負(fù)電荷會(huì)如何？課堂練習(xí)直角三角形ACB中∠A=60°，電量為q的正點(diǎn)電荷固定在C點(diǎn)。另一負(fù)點(diǎn)電荷沿AB邊從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，則下列說法正確的是（）A.電場力所做總功為負(fù)B.其電勢能先增大后減小C.電場力先做負(fù)功再做正功D.其所受電場力逐漸減小A電勢能定義參考點(diǎn)選擇電荷在某點(diǎn)的電勢能，等于將其從該點(diǎn)移至零勢能位置時(shí)靜電力所做的功?？扇我庖?guī)定某點(diǎn)電勢能為0，作為參考點(diǎn)。正電荷電勢能若規(guī)定B點(diǎn)為零勢能位置，則正電荷在A點(diǎn)的電勢能大于0。電勢能符號(hào)與電荷關(guān)系正電荷在電勢高處電勢能大，負(fù)電荷在電勢高處電勢能小。AB電場力做功與電勢能變化規(guī)定B點(diǎn)為零勢能位置，從A到B，電場力對正電荷做正功，電勢能減小；對負(fù)電荷做負(fù)功，電勢能增加。電勢能的正負(fù)正電荷在A點(diǎn)的電勢能EPA>0，而由于電場力對負(fù)電荷做負(fù)功，若以B點(diǎn)為零勢能點(diǎn)，則負(fù)電荷在A點(diǎn)的電勢能EPA<0。描述電場的物理量是否存在一種僅與電場本身有關(guān)，而與電荷無關(guān)的物理量來描述電場？這與電場強(qiáng)度和電場力的關(guān)系類似。回憶與類比通過回顧電場力與電場強(qiáng)度的關(guān)系，我們可以探索如何找到這種新的物理量來描述電場。電勢定義：電荷在電場中某點(diǎn)的電勢能與它的電荷量之比電勢變化規(guī)律：沿著電場線方向，電勢逐漸降低電勢公式與單位：單位為伏特（V），公式表達(dá)電勢與電勢能、電荷量的關(guān)系電勢特性討論：電勢是標(biāo)量，具備正負(fù)性，其正負(fù)的意義及與零勢能點(diǎn)的關(guān)系某點(diǎn)的電勢與什么有關(guān)？題目（多選）下列各量中，哪些與檢驗(yàn)電荷無關(guān)？選項(xiàng)A.電場力B.電場強(qiáng)度C.電勢能D.電場力做的功E.電勢答案B、E解析電場強(qiáng)度、電勢描述電場本身性質(zhì)的物理量，與試探電荷無關(guān)。電場力、電勢能既與電場有關(guān)，也與試探電荷有關(guān)。電場力做功與試探電荷的電量和初末位置有關(guān)。課堂練習(xí)01020304課堂練習(xí)對于一個(gè)確定的點(diǎn)電荷，電勢越高的位置，電勢能不一定越大，取決于電荷的正負(fù)。電勢與電勢能關(guān)系在電勢一定的位置，放入的點(diǎn)電荷電荷量越大，電勢能不一定越大，也取決于電荷的正負(fù)。電荷量與電勢能在電場中移動(dòng)電荷，若電場力做負(fù)功，則電勢能一定增大。電場力做功與電勢能變化正電荷和負(fù)電荷在同一位置的電勢能無法直接比較大小。正負(fù)電荷電勢能比較02040103電場強(qiáng)度、電勢能、電勢

電場強(qiáng)度電勢能電勢意義描述電場的力的性質(zhì)描述電荷在電場中的能量描述電場的能的性質(zhì)定義

矢標(biāo)性矢量，方向?yàn)檎姾傻氖芰Ψ较驑?biāo)量，有正負(fù)，正負(fù)之表示大小標(biāo)量，有正負(fù)，正負(fù)之表示大小決定因素由本所身決定由電勢，電荷量，參考點(diǎn)選取有關(guān)由本所身決定，與參考點(diǎn)選取有關(guān)關(guān)系電場強(qiáng)度為0的地方電勢不一定為0電場強(qiáng)度為0，電勢不一定為0；電勢為0，電勢能一定為0電勢為0的地方電場強(qiáng)度不一定為0聯(lián)系電勢沿著電場強(qiáng)度方向降低最快課堂小結(jié)靜電力做功特點(diǎn)只與電荷的起始和終止位置有關(guān)，與路徑無關(guān)。電勢能定義電荷在電場中的位置能量，用Ep表示，等于移動(dòng)到零勢能點(diǎn)時(shí)的靜電力功。電勢概念電荷在某點(diǎn)的電勢能與電荷量之比，單位為伏特。電場力做功與電勢能變化電場力做功導(dǎo)致電勢能變化。課堂練習(xí)電荷移動(dòng)與做功01將1×10?8C正電荷從無限遠(yuǎn)移至A點(diǎn)，克服電場力做功2×10?6J；移至B點(diǎn)，克服做功1×10?6J。A點(diǎn)電勢計(jì)算02利用電勢定義和電場力做功關(guān)系求出A點(diǎn)電勢。A、B電勢差03根據(jù)電場力在A、B兩點(diǎn)做功差值，計(jì)算A、B間電勢差。電荷移動(dòng)與功的關(guān)系04分析1×10?5C負(fù)電荷從A點(diǎn)移至B點(diǎn)時(shí)，電場力所做的功。例題1：一個(gè)點(diǎn)電荷q=+2μC放置在電場中，電場強(qiáng)度E=4×10^3N/C，求該點(diǎn)電荷在該位置的電勢能。答案與解析：電勢能公式為：U=qV，其中V為電勢。電勢V由電場強(qiáng)度E和距離r決定，V=E*r，因此電勢能U=q*E*r。由于題目未給出r的具體值，電勢能的大小將取決于點(diǎn)電荷到電場源的距離。如果已知r，可以進(jìn)一步計(jì)算電勢能的數(shù)值。例題2：兩個(gè)點(diǎn)電荷分別為q?=+3μC和q?=-3μC，距離為r=0.2m，求它們之間的相互電勢能。答案與解析：電勢能公式：U=k*(q?*q?)/r，其中k為庫侖常量k≈9×10?N·m2/C2。代入數(shù)值：U=9×10?*(3×10??*-3×10??)/0.2=-1.35J。因?yàn)殡姾煞?hào)相反，所以它們之間的相互作用力是吸引力，電勢能為負(fù)。例題3：在一均勻電場中，電場強(qiáng)度為E=5×103N/C，一個(gè)電荷量為+2μC的粒子從電場的一點(diǎn)移動(dòng)到距離電場源2m的另一點(diǎn)，求該粒子的電勢能變化。答案與解析：電勢能的變化ΔU=q*ΔV，其中ΔV是電勢差。電勢差ΔV=E*Δr，Δr=2m，ΔV=5×103*2=1×10?V。所以，ΔU=2×10??*1×10?=0.02J。電勢能增加了0.02J。例題4：一電荷量為+4μC的點(diǎn)電荷在電場中移動(dòng)，從電勢為1000V的地方移動(dòng)到電勢為500V的地方，求電勢能的變化。答案與解析：電勢能變化ΔU=q*ΔV。ΔV=500V-1000V=-500V，ΔU=4×10??*(-500)=-2×10?3J。電勢能減少了2毫焦耳。例題5：在一個(gè)電場中，某點(diǎn)的電勢為800V，若某電荷量為-2μC，求該電荷在該點(diǎn)的電勢能。答案與解析：電勢能公式：U=q*V。U=(-2×10??)*800=-1.6×10?3J。電荷在該點(diǎn)的電勢能為-1.6毫焦耳。例題6：在距離電荷q=+5μC為1m的地方，求電勢V和電勢能U，若電荷Q=-3μC。答案與解析：首先，計(jì)算電勢V，公式為V=k*q/r。V=(9×10?)*(5×10??)/1=45,000V。然后，計(jì)算電勢能U=Q*V。U=(-3×10??)*45,000=-0.135J。電勢為45,000V，電勢能為-0.135J。例題7：電場中有一均勻電場，電場強(qiáng)度E=