电势能和电势

*,第,4,节,第一章 静电场,电势能 电势,1,只在电场中,静止释放试探电荷,将如何运动,?,动能如何变化,?,E,无论是正电荷还是负电荷,只在电场力作用下从静止开始都会做加速运动,一段时间后获得一定的动能,.,+,F,动能是由什么能转化而来的呢,一,F,2,一、静电力做功特点,1.,在,匀强电场中,移动电荷时,静电力做功与电荷经过的路径无关,与电荷的始末位置有关,.,2.,可以证明,:,在,非匀强电场中,也适用,即,:,静电力做功与电荷运动路径无关,只与电荷的始末位置有关,.,3,移动物体时,重力做功与运动路径无关,同一物体在地面附近的同一位置具有确定的重力势能,.,二、电势能,1,、,电势能,:,电荷在电场中受到,电场力,而具有的与,位置,有关的势能叫做,电势能,。符号：,Ep,4,W,G,=,E,p,1,-,E,p,2,重力做功,W,G,(,正、负）,重力势能,E,P,（增加、减少）,重力做功和重力势能变化的关系,物体,上升,物体,下降,正,负,减少,增加,重力做的功等于重力势能的减少,物体克服重力做的功等于重力势能的增加,回顾一下,:,重力做功与重力势能有何关系,?,电场力做功与电势能有什么关系,?,5,电场力做功与电势能有什么关系,?,6,电场力做的功等于电势能的减少量,W,AB,= E,PA,- E,PB,二、电势能,2、,电场力做功与电势能关系,:,电场力做正功，电势能减少,;,电场力做负功，电势能增加,.,A,B,+,+,A,B,1,、,电势能,:,电荷在电场中受到,电场力,而具有的与,位置,有关的势能叫做,电势能,。符号：,Ep,无论正电荷还是负电荷,:,7,研究电场力做功只能确定电荷的,电势能的变化,我们能不能确定电荷在电场中某点的,电势能,呢,?,在重力场中,我们可先选取零重力势能点或面,然后就可确定重力场中某点的重力势能了,.,同理,:,我们也可选取一个零电势能点,然后来确定电场中其他点的电势能,.,8,E,2.,如图,在场强 的匀强电场中,点电荷,q=+1c,从,A,移动到,B,AB,相距,L=1m,电场力做功为多少,?,电势能如何变化,?,若规定,E,PB,=0,则,E,PA,=?,A,B,F,q,+,练一练,:,9,2).,电势能是,标量,，,有正有负,，正负表示大小。,(,负电势能表示比零电势能小,),3.,电势能大小,:,电荷在某点的电势能,等于,把它从该点移动到零势能位置时静电力所做的功,.,二、电势能,2.,电场力做功与电势能关系,:,1,.,电势能,:,电荷在电场中受到,电场力,而具有的与,位置,有关的势能叫做,电势能,。符号：,Ep,令,E,PB,=0 ,则,W,AB,= E,PA,-0,即,: E,PA,= W,AB,W,AB,= E,PA,- E,PB,4.,特点,:,1),电势能具有,相对性,与零势能位置的选取有关,通常取,无限远处,或,大地,的电势能为零,.,10,3),.,电势能是电荷和电场所共有的，具有,系统性,.,5.,重力势能,和,电势能,类比,重力场中，重力：地球和物体之间存在的吸引力,电场中，电场力：电荷之间的作用力,有重力就有重力势能,Ep= mgh,有电场力就有相应的电势能,E,P,Ep,由物体和地面间的相对位置决定与零势能面选取有关,E,P,由电荷在电场中相对位置,决定,与零势能点选取有关,电场力做正功，电势能就减少,电场力做负功，电势能就增加,电场力做功，电势能改变,重力做功，重力势能改变,重力做正功，重力势能就减少,重力做负功，重力势能就增加,W,重,= E,P,初,-E,P,末,W,电,= E,P,初,-E,P,末,11,3,、下列说法中正确的是（ ）,A.,当两正点电荷相互靠近时，它们的电势能增大,B.,当两负点电荷相互靠近时，它们的电势能增大,C.,一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它们的电势能减小,D.,一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它们的电势能增大。,练一练,:,12,4,、一个电荷,只在,电场力作用下从电场中的,A,点移到,B,点时，电场力做了,5,10,6,J,的功，那么,( ),A,电荷在,B,处时将具有,5,10,6,J,的电势能,B,电荷在,B,处将具有,5,10,6,J,的动能,C,电荷的电势能减少了,5,10,6,J,D,电荷的动能增加了,5,10,6,J,A,B,练一练,:,13,5,、将带电量为,6,10,-6,C,的负电荷从电场中的,A,点移到,B,点，克服电场力做了,3,10,-5,J,的功，再从,B,移到,C,，电场力做了,1.2,10,-5,J,的功，则,（,1,）电荷从,A,移到,B,，再从,B,移到,C,的过程中电势能共改变了多少？,（,2,）如果规定,A,点的电势能为零，则该电荷在,B,点和,C,点的电势能分别为多少？,（,3,）如果规定,B,点的电势能为零，则该电荷在,A,点和,C,点的电势能分别为多少？,增加了,1.810,-5,J.,E,PC,=1.810,-5,J,E,PC,=-1.210,-5,J,E,PB,=310,-5,J,E,PA,= -310,-5,J,练一练,:,14,6.,如图所示,在等量正点电荷形成的电场中,它们连线的中垂面,ab,上,有一电子,从静止开始由,a,运动到,b,的过程中,(a,、,b,相对,O,对称,),下列说法正确的是,( ),A.,电子的电势能始终增多,B.,电子的电势能始终减少,C.,电子的电势能先减少后增加,D.,电子的电势能先增加后减少,O,a,b,+,+,-,练一练,:,15,7.,如图所示，点电荷的静电场中电场线用实线表示，但其方向未标明，虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹。,a,、,b,是轨迹上的两点。若带电粒子在运动中只受到电场力作用，根据此图可作出正确判断的是,( ),A.,带电粒子电性,B.,带电粒子在,a,、,b,两点的受力方向,C.,带电粒子在,a,、,b,两点的速度何处较大,D.,带电粒子在,a,、,b,两点的电势能何处较大,a,b,练一练,:,16,8.,一带电油滴在匀强电场,E,中的运动轨迹如图虚线所示,电场方向竖直向下,.,若不计空气阻力,则此带电油滴从,a,运动到,b,的过程中,能量变化情况为,( ),E,a,b,A.,动能减小,B.,电势能增加,C.,动能和电势能之和减少,D.,重力势能和电势能之和增加,练一练,:,17,18,19,电势,电势能的大小与检验电荷的电量,q,和电性都有关，故不能用,“,电势能,”,来描述电场的能的性质。,同一位置,:,不同电量和不同电性的检验电荷的电势能与电量的比值不变,;,不同位置,:,比值一般不同,.,电荷的电势能与位置有关,如何反映电场中,“,位置,”,这一,能,的特性,?,20,1,、定义,:,检验,电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值,.(,反映电场的,能,的性质,),三、电势,2,、公式,:,3,、单位,:,伏特,(V),(,计算时要代入正负号,),1 V = 1 J/C,类,比,电荷在零电势处的电势能为零,21,9.,检验,电荷,q,1,放在电场中的,A,点,电势能为,Ep,(,规定无限远处电势能为零,),A,点的电势为,_,若把,检验,电荷,q,1,换成,检验,电荷,q,2,放在电场中的,A,点,A,点的电势为,_ (,仍规定无限远处电势能为零,).,练一练,:,22,10.,将一电量为 的点电荷从电场外一点,P,移至电场中某点,A,电场力做功,求,A,点的电势,.,解,:,求某点电势要先规定零电势点,电势可以为负,练一练,:,23,11.,沿着电场线方向,电势将怎样变化,?,电场线指向电势降低的方向,.,练一练,:,24,12.,如图所示，是负点电荷产生的电场中的一条电场线。一个带正电的粒子（不计重力）从,a,到,b,穿越这条电场线的轨迹如图中虚线所示，则该带电粒子在,a,点的加速度一定,在,b,点的加速度。带电粒子在,a,点的电势一定,在,b,点的电势。（填,“,大于,”,“,小于,”,和,“,等于,”,）。,小于,大于,N,b,a,F,-,练一练,:,25,2).,电势具有,相对性,确定电势,应先规定电场中某处的电势为零,.(,通常规定离场源电荷无限远处或大地的电势为零,.),3).,电势是,标量,有正负,表示大小,.,数值取决于零电势点的选取,.(,负电势表示该处的电势比零电势处电势低,.),A,B,C,D,E,0V,15V,5V,3V,0V,18V,8V,3,V,4.,特点,:,1).,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,26,2).,电势具有,相对性,确定电势,应先规定电场中某处的电势为零,.(,通常规定离场源电荷无穷远处或大地的电势为零,.),3).,电势是,标量,有正负,表示大小,.,数值取决于零电势点的选取,.(,负电势表示该处的电势比零电势处电势低,.),4.,特点,:,1).,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,4).,沿着电场线方向电势降低,逆着电场线的方向电势升高,.,5).,正电荷在高电势处电势能大,负电荷在低电势处电势能大,.,27,13.,如图所示，电场中有,A,、,B,两点，则下列说法中正确的是（ ）,A,、电势,A,B,场强,E,A,E,B,B,、电势,A,B,场强,E,A,E,pB,A,B,E,练一练,:,28,电势差,1,、定义：电场中,电势相同,的各点构成的面,.,四、等势面,2,、几种常见电场的,(,等差,),等势面分布,31,1,、定义：电场中,电势相同,的各点构成的面,.,类比地理等高线,点电荷的等势面,2,、几种常见电场的,(,等差,),等势面分布,四、等势面,32,等量异种点电荷的等势面,1,、定义：电场中,电势相同,的各点构成的面,.,2,、几种常见电场的,(,等差,),等势面分布,四、等势面,33,等量同种点电荷的等势面,1,、定义：电场中,电势相同,的各点构成的面,.,2,、几种常见电场的,(,等差,),等势面分布,四、等势面,34,一头大一头小的导体的等势面,1,、定义：电场中,电势相同,的各点构成的面,.,2,、几种常见电场的,(,等差,),等势面分布,四、等势面,35,匀强电场的等势面,1,、定义：电场中,电势相同,的各点构成的面,.,2,、几种常见电场的,(,等差,),等势面分布,四、等势面,36,20v,10v,0,1,）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（或,E,）,等势面，且由电势较高的等势面指向电势较低的等势面,4,）等势面密处电场线密、场强大，等势面疏处电场线疏、场强小,.,3,）不同等势面在空间不相交,.,3,、,等势面的特点：,5,）沿电场线方向电势降低最快,6,）匀强电场中沿任意直线电势均匀变化。,37,4,等势面与电场线的区别与联系,电场线,等势面,物理意义,形象描述电场强度的强弱,形象描述电场中各点电势的高低,来源,从正电荷发出，终止于负电荷,电场中电势相同的各点构成的面,图线特点,带箭头的不闭合的曲线，两电场线不相交,可以闭合，也可以不闭合，不同等势面不相交,描述电场,曲线上某一点的切线方向为场强方向，疏密表示场强大小,等势面的垂线方向为场强方向，等差等势面的疏密表示场强大小,做功情况,电荷沿电场线移动时电场力必做功,电荷沿等势面移动时电场力不做功,联系,(1),沿电场线方向电势降低,(2),电场线与等势面垂直,38,电场强度大的地方电势是否一定高？反之又如何呢？,E,大处,高,E,大处,低,39,电势与电场强度的关系,1.E,大处,不一定高；,高处,E,不一定大,2.E,为零处,不一定为零，,为零处,E,不一定为零,电势与电场强度无直接联系,40,14.,关于等势面，正确的说法是（,）,A,电荷在等势面上移动时不受电场力作用，所以不做功,B,等势面上各点的场强大小相等,C,等势面一定跟电场线垂直,D,两等势面不能相交,练一练,:,41,15.,孤立点电荷电场中的一簇等势面如图所示中虚线所示，其电势分别为,1,、,2,、,3,，,A,、,B,、,C,是某电场线与这簇等势面的交点，且,ab=bc,.,现将一电荷由,a,移到,b,，电场力做正功,W,1,；再由,b,移至,C,，电场力做正功,W,2,则,（,）,A.W,1,=W,2,，,1,2,3,B.W,1,=W,2,，,1,2,3,C.W,1,W,2,，,1,2,3,D.W,1,W,2,，,1,2,3,1,2,3,练一练,:,42,17.,下列说法正确的是,( ),A,、在等势面上移动电荷，电场力总是不做功,B,、电荷从,A,点移到,B,点，电场力做功为零，则电,荷一定是沿等势面移动的,C,、在同一个等势面上的各点，场强的大小必然,是相等的,D,、电场线总是从电势高的等势面指向电势低的,等势面,练一练,:,43,18,、在匀强电场中有,a,、,b,、,c,三点，位置关系如图所示，其中,ab,= cm,，,bc,=1cm,已知电场线与,abc,三点所在的平面平行,若将电量为,-2,10,C,的点电荷从,a,移到,b,，电场力不做功，而把该电荷从,a,移到,c,，电场力做功为,1.8,10,J,(1),画出通过,a,、,b,、,c,三点的电场线,(2),求该匀强电场的电场强度,答案：,9,10,2,V/m,练一练,:,44,