电势能和电势-课件

电势能和电势一、电场力做功的特点一、电场力做功的特点1 1、将电荷、将电荷q q从从A A沿直线移至沿直线移至B:B:W=F|AB|cosW=F|AB|cos =q E|AM|=q E|AM|22 2、将电荷、将电荷q q从从A A沿折线移至沿折线移至B:B:对对AM:WAM:W1 1=q E|AM|=q E|AM|对对MB:WMB:W2 2=0=0对全程对全程:W=W:W=W1 1+W+W2 2=q E|AM|=q E|AM|33 3、将电荷、将电荷q q从从A A沿曲线移至沿曲线移至B:B:W W1 1=q E x=q E x1 1 W W2 2=q E x=q E x2 2 W W3 3=q E x=q E x3 3 W=WW=W1 1+W+W2 2+W+W3 3+=q E|AM|=q E|AM|4结论：电场力做功只与电荷的始末状态的位置和电荷结论：电场力做功只与电荷的始末状态的位置和电荷所带有的电量有关，与电荷经过的路径无关。所带有的电量有关，与电荷经过的路径无关。这与什么力做功相似呢？5复习回顾复习回顾1 1、功的计算：、功的计算：2 2、重力做功有什么特点？、重力做功有什么特点？(1)(1)与路径无关与路径无关,由初末位置的高度差来决定由初末位置的高度差来决定.(2)W(2)WG G与重力势能的关系与重力势能的关系.(3)(3)重力势能是相对的重力势能是相对的,有零势能面（人为选定）有零势能面（人为选定）重力势能具有系统性重力势能具有系统性功是能量转化的量度！功是能量转化的量度！6思考一：一个试探电荷在电场中某点由静止释放，将思考一：一个试探电荷在电场中某点由静止释放，将如何运动？如何运动？思考二：是什么能转化为动能的？思考二：是什么能转化为动能的？7二、电势能（二、电势能（EpEp）1 1、定义：电荷在电场中由于受电场作用而具有由位置决定的、定义：电荷在电场中由于受电场作用而具有由位置决定的能叫电势能。能叫电势能。2 2、电势能的数值：电荷在电场中某点的电势能在数值上等于、电势能的数值：电荷在电场中某点的电势能在数值上等于把电荷从该点移到电势能为零处电场力所做的功。把电荷从该点移到电势能为零处电场力所做的功。E EpApA=W=WAA3 3、电势能的相对性：一般选取无穷远处或接地处为零电势、电势能的相对性：一般选取无穷远处或接地处为零电势点。零电势点的选取不同，点。零电势点的选取不同，同一电荷在电场中同一点的电同一电荷在电场中同一点的电势能也不同，所以电势能具有相对性。势能也不同，所以电势能具有相对性。点电荷：通常取无穷远处的电势能为点电荷：通常取无穷远处的电势能为0 0。8大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流94 4、单位：焦耳（、单位：焦耳（J J）5 5、电势能是标量。但有正负之分。、电势能是标量。但有正负之分。注意：注意：“”“”比比0 0小小10三、电场力做功与电势能变化关系（和重力做功类比）三、电场力做功与电势能变化关系（和重力做功类比）1 1、电场力做正功，电势能减少；电场力做负功，电势能增加。、电场力做正功，电势能减少；电场力做负功，电势能增加。1 1）正电荷沿电场线运动，电场力做正功，电势能减小。）正电荷沿电场线运动，电场力做正功，电势能减小。2 2）正电荷逆电场线运动，电场力做负功，电势能增大。）正电荷逆电场线运动，电场力做负功，电势能增大。3 3）负电荷沿电场线运动，电场力做负功，电势能增大。）负电荷沿电场线运动，电场力做负功，电势能增大。4 4）负电荷逆电场线运动，电场力做正功，电势能减小。）负电荷逆电场线运动，电场力做正功，电势能减小。5 5）电荷沿着与电场线垂直方向移动，电场力不做功，电势能不）电荷沿着与电场线垂直方向移动，电场力不做功，电势能不改变。改变。2 2、电场力所做的功等于电势能的减小量。、电场力所做的功等于电势能的减小量。W WABAB=-E=-EPABPAB=-=-（E EPBPB-E-EPAPA）=E=EPAPA-E-EPBPB113 3、在只有电场力的作用下，电势能和动能相互转化，但总量、在只有电场力的作用下，电势能和动能相互转化，但总量保持不变。保持不变。4 4、电势能是电荷和电场所共有的，具有系统性。所以不能用、电势能是电荷和电场所共有的，具有系统性。所以不能用电势能描述电场能的性质。电势能描述电场能的性质。12重力势能和电势能类比重力势能和电势能类比重力场中，重力：地球和重力场中，重力：地球和物体之间存在的吸引力物体之间存在的吸引力电场中，电场力：电荷之电场中，电场力：电荷之间的作用力间的作用力有重力就有重力势能有重力就有重力势能Ep=mghEp=mgh有电场力就有相应的能，叫电有电场力就有相应的能，叫电势能势能E EP PEpEp由物体和地面间的相对由物体和地面间的相对位置决定位置决定E EP P由电荷间的相对位置决定由电荷间的相对位置决定电场力做正功，电势能就减少电场力做正功，电势能就减少电场力做负功，电势能就增加电场力做负功，电势能就增加电场力作功，电势能改变电场力作功，电势能改变重力做功，重力势能改变重力做功，重力势能改变重力做正功，重力势能就减少重力做正功，重力势能就减少重力做负功，重力势能就增加重力做负功，重力势能就增加W WG G =E=EP1P1-E-EP2P2W W电电 =E=EPAPA-E-EPBPB13例例1 1、是非题（并简要说明理由。）、是非题（并简要说明理由。）A A、电电荷荷沿沿电电场场线线方方向向移移动动时时，其其电电势势能能一一定定减减小。小。B B、检检验验电电荷荷在在电电场场中中某某点点所所受受的的电电场场力力很很大大时时，它在该点具有的电势能也一定大。它在该点具有的电势能也一定大。C C、把两个异号电荷靠近时，电荷电势能增大。、把两个异号电荷靠近时，电荷电势能增大。E E、电荷在电场中移动时，若电场力对电荷做正功，、电荷在电场中移动时，若电场力对电荷做正功，电荷的电势能一定减小电荷的电势能一定减小.14例例2 2、右图中、右图中MNMN为电场中某一条电场线方向向右，在为电场中某一条电场线方向向右，在线取两点线取两点a a、b b 今将一电荷今将一电荷q q从从a a移到移到b b则则（）A.A.电场力做正功，电场力做正功，q q的电势能增加；的电势能增加；B.B.电场力做负功，电场力做负功，q q的电势能增加；的电势能增加；C.C.电场力做正功，电场力做正功，q q的电势能减少；的电势能减少；D.D.电场力做负功，电场力做负功，q q的电势能减少。的电势能减少。C C15有什么物理量能描述电场能的性质么？有什么物理量能描述电场能的性质么？四、电势四、电势1 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，、定义：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。叫做这一点的电势。2 2、定义式：、定义式：3 3、物理意义：描述电场的能的性质的物理量。、物理意义：描述电场的能的性质的物理量。4 4、单位：、单位：1J/C=1V1J/C=1V5 5、电势是标量：只有大小，没有方向，但有正负之分，计算时、电势是标量：只有大小，没有方向，但有正负之分，计算时带入正负号。带入正负号。负电势表示比零电势低。负电势表示比零电势低。166 6、电势的相对性：某点的电势有正负，表示该点电势比零电、电势的相对性：某点的电势有正负，表示该点电势比零电势点高还是低与零电势的选取有关。通常选取大地或无穷远势点高还是低与零电势的选取有关。通常选取大地或无穷远处作为零电势位置。处作为零电势位置。7 7、电场中沿电场线方向电势逐渐降低。、电场中沿电场线方向电势逐渐降低。+ABCEpAEpBEpCA AB Bc c+q+ABCEpAEpBEpCA AB Bc c-q8 8、正点电荷电场中各点电势均为正；负点电荷电场中各点、正点电荷电场中各点电势均为正；负点电荷电场中各点电势均为负。电势均为负。179 9、等量同种电荷和等量异种电荷的电势：、等量同种电荷和等量异种电荷的电势：1 1）等量同种电荷：沿电场线方向递减，但中垂线上仍有电势。）等量同种电荷：沿电场线方向递减，但中垂线上仍有电势。2 2）等量异种电荷：沿电场线方向递减，中垂线上电势为）等量异种电荷：沿电场线方向递减，中垂线上电势为0 0。18五、等势面（类比于等高线）五、等势面（类比于等高线）1 1、定义：电场中电势相等的点构成的面叫做等势面。、定义：电场中电势相等的点构成的面叫做等势面。2 2、约定：为了使等势面能够反映电场的强弱，通常使相邻等势、约定：为了使等势面能够反映电场的强弱，通常使相邻等势面之间的电势差相等。（等差等势面）面之间的电势差相等。（等差等势面）3 3、几种典型分布的等势面：、几种典型分布的等势面：1 1）单个点电荷：）单个点电荷：特点：以点电荷为球心的一簇球面。特点：以点电荷为球心的一簇球面。19 2 2）匀强电场：）匀强电场：特点：垂直于电场线的一簇平面。特点：垂直于电场线的一簇平面。3 3）等量异种点电荷：）等量异种点电荷：特点：两簇对称的曲面。特点：两簇对称的曲面。4 4）等量同种点电荷：）等量同种点电荷：特点：两簇对称的曲面。特点：两簇对称的曲面。5 5）形状不规则的带电导体：）形状不规则的带电导体：特点：不规则球面，处于静电平衡的导特点：不规则球面，处于静电平衡的导体是一个等势体，表面是一个等势面。体是一个等势体，表面是一个等势面。204 4、等势面的性质：、等势面的性质：（1 1）在同一等势面上的任何两点间移动电荷，由于电势差为零，）在同一等势面上的任何两点间移动电荷，由于电势差为零，电场力不做功。电场力不做功。（2 2）等势面一定跟电场线垂直，即跟场强的方向垂直。）等势面一定跟电场线垂直，即跟场强的方向垂直。（3 3）电场线由电势较高的等势面指向电势较低的等势面。）电场线由电势较高的等势面指向电势较低的等势面。（4 4）等差等势面越密，电场线也越密。）等差等势面越密，电场线也越密。（5 5）等势面不相交。）等势面不相交。21六、电势差六、电势差1 1、定义：电场中任意两点间电势的差值，叫做电势差，即电压。、定义：电场中任意两点间电势的差值，叫做电势差，即电压。2 2、公式：、公式：U UABAB=A A-B B U UABAB=-U=-UBABA3 3、单位：伏特（、单位：伏特（V V）1V=1J/C 1V=1J/C 5 5、1 1电子伏特的意义：在电压为电子伏特的意义：在电压为1 1伏特的两点间移动电子时电场力伏特的两点间移动电子时电场力 所做的功。所做的功。1eV=1.6*101eV=1.6*10-19-19C*1V=1.6*10C*1V=1.6*10-19-19J J6 6、电势差与零电势的选取无关。、电势差与零电势的选取无关。4 4、电势差是标量：但有正有负。、电势差是标量：但有正有负。UACUAB+UBC7 7、决定的因素：只与电场及始末两点的位置有关，与检验电荷、决定的因素：只与电场及始末两点的位置有关，与检验电荷以及电场力对检验电荷所做的功无关。以及电场力对检验电荷所做的功无关。22七、电势差与电场力做功的关系七、电势差与电场力做功的关系1 1、电场力做功与电势差的关系：、电场力做功与电势差的关系：W WABAB=-E=-EPABPAB=-=-（E EPBPB-E-EPAPA）=E=EPAPA-E-EPBPB=A A q-q-B B q=Uq=UAB AB q q注意：注意：1 1）W WABAB：把：把q q从从A A点移到点移到B B点，电场力所做的功。点，电场力所做的功。2 2）把正负号带入计算。）把正负号带入计算。2 2、公式：、公式：W WABAB=U=UAB AB q q23八、电势差与电场强度的关系八、电势差与电场强度的关系1 1、场强方向是指向电势降低最快的方向、场强方向是指向电势降低最快的方向2 2、匀强电场中场强与电势差的关系、匀强电场中场强与电势差的关系1 1）推导：）推导：W WABAB=U=UABABq q U UABAB=EScos=Ed=EScos=Ed W WABAB=EqScos =EqScos 242 2）公式：）公式：E=UE=UABAB/d/d说明：（说明：（1 1）d d是是A A、B B两点所在等势面的垂直距离。两点所在等势面的垂直距离。（2 2）全部用绝对值带入，）全部用绝对值带入，E E为矢量，方向另定。为矢量，方向另定。（3 3）该公式只适用于匀强电场的定量计算，但可用）该公式只适用于匀强电场的定量计算，但可用 于非匀强电场的定性讨论。于非匀强电场的定性讨论。3 3）单位：）单位：V/mV/m 1V/m=1(J/C)/m=1(N*m)/(C*m)=1N/C 1V/m=1(J/C)/m=1(N*m)/(C*m)=1N/C3 3、匀强电场中，除垂直电场线方向上，两点电势差与距离、匀强电场中，除垂直电场线方向上，两点电势差与距离成正比。成正比。U UABAB/ABcos=U/ABcos=UBCBC/BCcos=E/BCcos=E251 1电势电势2 2电势差与电势的关系电势差与电势的关系3 3电势能与电势的关系电势能与电势的关系（E E pApA、q q、都有正负号、都有正负号)263.几种常见电场的等势面分布：2728电势差与电势电势差与电势 习题课习题课29例例1 1、关于电势差的说法中，正确的是、关于电势差的说法中，正确的是 （）A A、两点间的电势差等于电荷从其中一点移到另一点、两点间的电势差等于电荷从其中一点移到另一点时，电场力所做的功时，电场力所做的功B B、1C1C电荷从电场中一点移动到另一点，如果电场力电荷从电场中一点移动到另一点，如果电场力做了做了1J1J的功，这两点间的电势差就是的功，这两点间的电势差就是1V1VC C、在两点间移动电荷时，电场力做功的多少跟这两、在两点间移动电荷时，电场力做功的多少跟这两点间的电势差无关点间的电势差无关D D、两点间的电势差的大小跟放入这两点的检验电荷、两点间的电势差的大小跟放入这两点的检验电荷的电量成反比的电量成反比B B30例例2 2、下列说法中正确的是、下列说法中正确的是 （）A A、在场强较小处，电荷在该处的电势能也较小；、在场强较小处，电荷在该处的电势能也较小；B B、电荷在场强为零处的电势能也为零；、电荷在场强为零处的电势能也为零；C C、在场强相等的各点，电荷的电势能必相等；、在场强相等的各点，电荷的电势能必相等；D D、在选定为零电势的位置处，任何电荷的电势能必为、在选定为零电势的位置处，任何电荷的电势能必为零。零。D D31例例3 3、关于电势和电势能的关系，下列各种说法中正、关于电势和电势能的关系，下列各种说法中正确的是：确的是：（）A A、某点电势高，说明该点电势能大；、某点电势高，说明该点电势能大；B B、某点电势高，说明该点电场做功本领强；、某点电势高，说明该点电场做功本领强；C C、若带电粒子在电场中移动时，电势能减少，则电、若带电粒子在电场中移动时，电势能减少，则电势一定降低；势一定降低；D D、负电荷在电场中无初速度，只在电场力作用下运、负电荷在电场中无初速度，只在电场力作用下运动，电势能一定减少，同时它一定是从电势低处移动，电势能一定减少，同时它一定是从电势低处移向电势高处。向电势高处。D D32 例例4 4、在一点电荷、在一点电荷Q产生的电场中，一个粒子（带正电产生的电场中，一个粒子（带正电荷）通过时的轨迹如图所示，图中虚线则表示电场的两荷）通过时的轨迹如图所示，图中虚线则表示电场的两个等势面个等势面a、b，以下说法中正确的是（，以下说法中正确的是（）A A点电荷点电荷Q可能为正电荷，也可能为负电荷可能为正电荷，也可能为负电荷B B运动中运动中 粒子总是克服电场力做功粒子总是克服电场力做功 C C 粒子在粒子在a、b两等势面时的动能一定有两等势面时的动能一定有EkaEkb D D 粒子在经过粒子在经过a a、b b两等势面上时的电势能一定有两等势面上时的电势能一定有a a b b C C33