第四节电势能和电势

*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电势能和电势,复习回顾,1,、功的计算：,2,、重力做功有什么特点？,(1),与路径无关,由初末位置的高度差来决定,.,(2)W,G,与重力势能的关系,.,(3),重力势能是相对的,有零势能面,.(,人为选定,),重力势能具有系统性,功是能量转化的量度！,一、静电力做功的特点,正电荷,q,在电场强度为,E,的匀强电场中由,A,运动到,M,电场力做功吗？做了多少功？,E,q,q,受力吗？多大？,A,M,W=,qE,AM,F,求试探电荷,q,沿直线,AB,移动到,B,时电场力做的功：,E,+q,A,B,M,F,E,+q,A,B,M,结论：,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。,(,对于非匀强电场也适用,),这与什么力做功像似呢？,将,+q,由,A,移到,B,的过程电场力对电荷做功为：,将,-q,由,A,移到,B,的过程，电场,力对电荷做功为：,d,A,B,+q,E,L,做功的过程是一个,能量转化的过程，,那么电场力做功的,过程是什么能转化,为什么能呢？,二、电势能,电场力做功与电势能有什么关系？（联系重力做功与重力势能的关系）,电荷在电场中具有的与电荷位置有关的能，叫,电势能,。,物体被举高具有重力势能。,1,、电荷在电场中具有电势能。,重力对物体做正功，物体的重力势能减小,2,、电场力对电荷做正功，电荷的电势能减小,重力对物体做负功，物体的重力势能增大,3,、电场力对电荷做负功，电荷的电势能增大,重力做多少功，物体重力势能就变化多少。,4,、电场力做多少功，电荷电势能就变化多少。,重力势能是相对的，与零势能面有关,5,、电势能是相对的，与零电势能面有关,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,上电势能规定为,零,。,电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该处移动到零势能位置所做的功,重力势能是物体和地球所共有的，具有系统性,6,、电势能是电荷和电场所共有的，具有系统性,7,、电势能是标量，但有正负，电势能的正负表示大小,由此可见，电场力做功与重力做功，电势能与重力势能都很相似，所以大家在学习电势能过程中应该多联系重力做功与重力势能的关系帮助理解电势能。,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能，叫电势能,E,P,Ep,由物体和地面间的相对位置决定,E,P,由电荷间的相对位置决定,电场力做正功，电势能就减少,电场力做负功，电势能就增加,电场力作功，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,P1,-E,P2,W,电,=E,PA,-E,PB,尽管重力做功与电场力做功很相似，但还是存在很大差异,正电荷顺电场线移动，,电场力做正功，电势能减少,负电荷顺电场线移动，,电场力做负功，电势能增加,正电荷逆电场线移动，,电场力做负功，电势能增加,负电荷逆电场线移动，,电场力做正功，电势能减少,存在两种电荷,例,1,右图中,MN,为电场中某一条电场线方,向向右，在线取两点,a,、,b,今将一电荷,q,从,a,移到,b,则,（）,A.,电场力做正功，,q,的电势能增加；,B.,电场力做负功，,q,的电势能增加；,C.,电场力做正功，,q,的电势能减少；,D.,电场力做负功，,q,的电势能减少。,C,例,2,：,A,和,B,为电场中某条电场线上的点，如图：将,q=410,-9,的正电荷从,A,点移到,B,点需克服电场力做功,5 10,-7,J,，,则,电场方向由,AB,还是,BA,？,电荷在哪点时电势能大？大多少？,A,B,电场的,力的性质,我们必须用,电场强度,E,来描述，那么电场的,能的性质,我们又应该用什么物理量来描述呢？能否用,“,电势能,”,呢？,电场的能的性质也是电场本身的一种属性，它只能由场源本身所决定，而与电场中有无放入试探电荷无关。而电势能的大小是与试探电荷的电量,q,有关的（因,q,越大，其所受电场力就越大，具有的做功本领大，电势能也就大），故不能用,“,电势能,”,来描述电场的能的性质，我们引入一个新的物理量,“,电势,”,来表示它。,A,0,l,E,+,该比值是一个与,q,无关，仅与电场及,A,点的位置有关的量。,三、电势,设,E,P0,=0,该比值称为,A,点的,电势,零势能,参考点,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,:,3.,单位,:,伏特 符号为,V,1 V=1 J/C,三,.,电势,1.,定义,:,对电势的理解,1,：电势的相对性：某点电势的大小是相对于零点电势而言的。零电势的选择是任意的，一般选地面和无穷远为零势能面。,2,：电势的固有性：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。,3,：电势是标量,4,：计算时,E,P,q,都带正负号。,思考,在上面关于电势能和电势的讨论及插图中,我们一直把试探电荷,q,当作正电荷处理,.,请把,q,当做负电荷,重复以上讨论,.,其结果与上面的结果是否一致,?,A,0,l,E,-,该比值是一个与,q,无关，仅与电场及,A,点的位置有关的量。,设,E,P0,=0,该比值称为,A,点的,电势,零势能,参考点,1.,沿着电场线方向,电势将怎样变化,?,思考与讨论,沿着电场线的方向，电势逐渐降低，即：电场线指向电势降低的方向,2.,如何确定电场中某点的电势,?,思考与讨论,(,提示,:,类比于电势能的确定,.),与电势能的情况相似,应先确定电场中某点的电势为零,.,(,通常取离场源电荷无限远处或大地的电势为零,.),3.,电势为负数时,负号表示方向吗,?,思考与讨论,电势是标量,只有大小,没有方向,.,(,负电势表示该处的电势比零电势处电势低,.),例,3.,将一电量为 的点电荷从电场外一点,P,移至电场中某点,A,静电力做 功,求,A,点的电势,.,解:,设场外一点,P,的电势为,从,P A,静电力做的功,PA,E,W,-,=,点评,:,电势的确定首先要确定零电势处,且电势可以为负,.,高度和电势,重力场中，同一物体在不同位置，,E,p,不同。,电场中，同一电荷在电场中的不同位置,E,P,不同。,不同物体在同一位置，,E,p,正比于质量,m,不同电荷在同一位置，,E,P,正比于电量,q,E,p,/m,=,gh,，,h,只与相对位置有关,E,P,/q,叫做电势 ，只与相对位置有关,等势面,地理上，等高线表示地势的高低。,在电场中常用等势面来表示电势的高低。,电场中电势相同的各点构成的面叫做,等势面,等势面,等势面的特点：,1,、等势面一定跟电场线,垂直,，在同一等势面上的任意两点间移动电荷，静电力,不做功,；,2,、电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面，任意两个等势面都,不会相交,；,3,、等差,等势面越密,的地方,电场强度越大,等势面,几种典型电场的等势面：,1,、点电荷电场中的等势面：,以点电荷为球心的一簇球面,等势面,2,、等量异种点电荷电场中的等势面：,两簇对称曲面,等势面,3,、等量同种点电荷电场中的等势面：,两簇对称曲面,等势面,5,、匀强电场中的等势面：,垂直于电场线的一簇平面,4,、形状不规则的带电导体附近的电场线及等势面,等势面,如图所示，虚线,a,、,b,和,c,是某静电场中的三个等势面，它们的电势分别为 、和 ，一带正电粒子射入电场中，其运动轨迹如实线,KLMN,所示。由图可知：,A,、粒子从,K,到,L,的过程中，静电力做负功,B,、粒子从,L,到,M,的过程中，静电力做负功,C,、粒子从,K,到,L,的过程中，电势能增加,D,、粒子从,L,到,M,的过程中，动能减少,等势面,如图所示，三个等差等势面上有,a,、,b,、,c,、,d,四点，若将一个正电荷由,c,经,a,移动到,d,静,电力做正功,W,1,，若由,c,经,b,移动到,d,电场力做正功,W,2,，则：,如图所示,水平固定的小圆盘,A,带电量为,Q,电势为零,从圆盘外,O,静止释放一质量为,m,带电量为,+q,的小球,由于电场力的作用,小球竖直上升的高度可达盘中心竖直线上的,c,点,Oc,=h,又知道过竖直线上的,b,点时,小球速度最大,则在,Q,所形成的电场中,可确定的物理量是,（）,A,.b,点的场强,B.c,点的场强,C.b,点的电势,D.c,点的电势,A,O,b,c,例与练,AD,