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1、第四节用电势能和电势用第1页，此课件共40页哦 力学中我们研究问题时，是分别从力学中我们研究问题时，是分别从动力学动力学和能量和能量两个角度来进行的。现在电学中我们要深两个角度来进行的。现在电学中我们要深刻认识刻认识电场电场的性质，也要采用类似的方法。前面的性质，也要采用类似的方法。前面三节内容我们已经从电荷在电场中受力的作用三节内容我们已经从电荷在电场中受力的作用，说明说明电场具有力电场具有力的性质，建立了的性质，建立了电场强度电场强度的概念，的概念，那么从能量的角度来看，电场又有什么性质呢那么从能量的角度来看，电场又有什么性质呢？导入导入第2页，此课件共40页哦 一个试探电荷在电场中某点由
2、静止释放一个试探电荷在电场中某点由静止释放,将如何运动将如何运动?E 在电场力作用下电荷做加速运动在电场力作用下电荷做加速运动,一段时一段时间后获得一定的间后获得一定的速度速度,试探电荷的试探电荷的动能动能增加增加.+F什么能转换为动能的呢什么能转换为动能的呢?我们首先来研究电场力做功的问题我们首先来研究电场力做功的问题第3页，此课件共40页哦一、静电力做功的特点一、静电力做功的特点Fq q把正电荷沿不同路径从把正电荷沿不同路径从A A点移到点移到B B电场力做电场力做功？功？+BA甲甲M乙乙 W甲甲=F|AB|cos=qE|AM|沿甲路径电场力做功沿甲路径电场力做功:丙丙沿乙路径电场力做功沿
3、乙路径电场力做功:W乙乙=qE|AM|沿丙路径电场力做功沿丙路径电场力做功:W丙丙=qE|AM|沿任意路径电场力做沿任意路径电场力做功功:W任意任意=qE|AM|丁丁第4页，此课件共40页哦 在电场中移动电荷时，静电在电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷的力做的功与电荷的起始位置起始位置和和终终止位置止位置有关，但与电荷经过的有关，但与电荷经过的路路径径无关。无关。与与重力做功重力做功特点相类比特点相类比静电力做功的特点静电力做功的特点对于非匀强电场也适用对于非匀强电场也适用第5页，此课件共40页哦 由于移动电荷时静电力做的功由于移动电荷时静电力做的功与移动的路径无关，电荷在电场与移动的路径无
4、关，电荷在电场中具有跟位置相关的能，这种能中具有跟位置相关的能，这种能叫做叫做电势能电势能，用，用E EP P表示。表示。第6页，此课件共40页哦电场力做电场力做正功正功，电势能，电势能减少减少；二、电势能二、电势能电场力做电场力做负功负功，电势能，电势能增加增加。与与重力做功跟重力势能变化关系重力做功跟重力势能变化关系相类比相类比第7页，此课件共40页哦重力做的功等于重力势能的重力做的功等于重力势能的减少减少量量静电力做的功等于电势能的静电力做的功等于电势能的减减少量少量ABE+重力势能的重力势能的减少量减少量电势能的电势能的减少减少量量第8页，此课件共40页哦小结：电场力做多少功，电荷电势
5、能就小结：电场力做多少功，电荷电势能就变化多少。变化多少。第9页，此课件共40页哦ABE+设EPB=0 电荷在某点的电势能，等于电荷在某点的电势能，等于把它把它从该点移到从该点移到零势能位置零势能位置时时静电力所做的静电力所做的功。功。零势能零势能参考点参考点第10页，此课件共40页哦ABE+设EPB=0 电荷在某点的电势能，等于电荷在某点的电势能，等于把它把它从该点移到从该点移到零势能位置零势能位置时时静电力所做的静电力所做的功。功。第11页，此课件共40页哦ABE-设EPB=01.1.电荷在某点的电势能，等于电荷在某点的电势能，等于把它从该把它从该点移到点移到零势能位置零势能位置时时静电力
6、所做的功。静电力所做的功。负号表示电负号表示电势能的势能的高低高低第12页，此课件共40页哦2.电势能是相对的，与零电势能面选择电势能是相对的，与零电势能面选择有关。有关。通常把电荷在离场源电荷通常把电荷在离场源电荷无限远处无限远处的电势能规定为的电势能规定为零零，或把电荷在，或把电荷在大地大地表面表面上电势能规定为上电势能规定为零零。3.电势能是电荷和电场所共有的，电势能是电荷和电场所共有的，具有系统性。具有系统性。4.电势能是标量。电势能是标量。电势能为电势能为负负表示电荷在该处的电表示电荷在该处的电势能比零还要小。势能比零还要小。第13页，此课件共40页哦 正电荷从正电荷从A A点移到点
7、移到B B点点时时,静电力做正功静电力做正功,电荷的电荷的电势能减少电势能减少.正电荷从正电荷从B B点移到点移到A A点点时时,静电力做负功静电力做负功,即电荷即电荷克服静电力做功克服静电力做功,电荷的电电荷的电势能增加势能增加.ABE+vABE+v分析判断分析判断第14页，此课件共40页哦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：地球和物重力场中，重力：地球和物体之间存在的吸引力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，叫有电场力就有相应的能，叫电势能电
8、势能EPE Ep p由物体和地面间的相对位置由物体和地面间的相对位置决定决定EP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 W重重 =E=EP1P1-E-EP2P2W W电电 =E=EPAPA-E-EPBPB第15页，此课件共40页哦尽管重力做功与电场力做功很相似，但还尽管重力做功与电场力做功很相似
9、，但还是存在很大差异是存在很大差异存在两种电荷存在两种电荷正电荷顺电场线移动，正电荷顺电场线移动，电场力做正功，电势能减少电场力做正功，电势能减少 负电荷顺电场线移动，负电荷顺电场线移动，电场力做负功，电势能增加电场力做负功，电势能增加 正电荷逆电场线移动，正电荷逆电场线移动，电场力做负功，电势能增加电场力做负功，电势能增加 负电荷逆电场线移动，负电荷逆电场线移动，电场力做正功，电势能减少电场力做正功，电势能减少第16页，此课件共40页哦1 1、下列说法中正确的是（、下列说法中正确的是（）A.A.当两正点电荷相互靠近时，它们的当两正点电荷相互靠近时，它们的电势能增大电势能增大B.B.当两负点电
10、荷相互靠近时，它们的当两负点电荷相互靠近时，它们的电势能增大电势能增大C.C.一个正电荷与另一个负电荷相互靠近一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它们的电势能减小时，它们的电势能减小D.D.一个正电荷与另一个负电荷相互靠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。近时，它们的电势能增大。例与练例与练电场力做电场力做正功正功，电势能，电势能减少减少；电场力做电场力做负功负功，电势能，电势能增加增加。与重力做功类比与重力做功类比ABC第17页，此课件共40页哦2 2、下图中、下图中MNMN为某电场中一条电场线，方为某电场中一条电场线，方向向右，在向向右，在MNMN上取两点上取两点a a、
11、b b，今将一，今将一正点电荷正点电荷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。若若q q为负点为负点电荷呢？电荷呢？例与练例与练+v vF FqF F做做正功正功C第18页，此课件共40页哦3 3、如图所示、如图所示,电子沿一条电场线电子沿一条电场线MNMN从从a a点点运动到运动到b b点点,电势能增加，则电势能增加
12、，则（）A.A.电场力做正功，电场方向从电场力做正功，电场方向从MM指向指向N N；B.B.电场力做正功，电场方向从电场力做正功，电场方向从MM指向指向N N；C.C.电场力做负功，电场方向从电场力做负功，电场方向从MM指向指向N N；D.D.电场力做负功，电场方向从电场力做负功，电场方向从N N指向指向MM。电场力做电场力做负功负功v veF FE EC第19页，此课件共40页哦5、如图所示，点电荷的静电场中电场线、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。电粒子通过该电场区域时的运动轨迹
13、。a、b是是轨迹上的两点。若带电粒子在运动中只受到电轨迹上的两点。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场力作用，根据此图可作出正确判断的是()A.带电粒子所带电荷的性质带电粒子所带电荷的性质B.带电粒子在带电粒子在a、b两点的受力方向两点的受力方向C.带电粒子在带电粒子在a、b两点的速度何处较大两点的速度何处较大D.带电粒子在带电粒子在a、b两点的电势能何处较大两点的电势能何处较大EabBCD第21页，此课件共40页哦6、如图所示，是负点电荷产生的电、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（不场中的一条电场线。一个带正电的粒子（不计重力）从计重
14、力）从a到到b穿越这条电场线的轨迹如图中穿越这条电场线的轨迹如图中虚线所示，则该带电粒子在虚线所示，则该带电粒子在a点的加速度一定点的加速度一定在在b点的加速度。带电粒子在点的加速度。带电粒子在a点的电势能一定点的电势能一定在在b点的电势能。（填点的电势能。（填“大于大于”、“小于小于”式式“等于等于”）。）。小于大于FNba-第22页，此课件共40页哦7.一带电油滴在匀强电场一带电油滴在匀强电场E中的运动轨中的运动轨迹如图虚线所示迹如图虚线所示,电场方向竖直向下电场方向竖直向下.若不计若不计空气阻力空气阻力,则此带电油滴从则此带电油滴从a运动到运动到b的过程的过程中中,能量变化情况为能量变化
15、情况为()A.动能减小动能减小B.电势能增加电势能增加C.动能和电势能之和减少动能和电势能之和减少D.重力势能和电势能之和增加重力势能和电势能之和增加EabC有难度，请同学们认真思考！有难度，请同学们认真思考！第23页，此课件共40页哦 电场的力的性质我们用电场的力的性质我们用场强场强E E来描述，那么来描述，那么电场电场的能的能的性质我们又应该用什么物理量来描述呢？能的性质我们又应该用什么物理量来描述呢？能否用否用“电势能电势能”呢？呢？电场的能的性质也是电场本身的一种属性，它电场的能的性质也是电场本身的一种属性，它只只能由场源本身所决定，而与电场中有无放入试探电荷能由场源本身所决定，而与电
16、场中有无放入试探电荷无关无关。而电势能的大小是与试探电荷的电量。而电势能的大小是与试探电荷的电量q q有关的有关的（因（因q q越大，其所受电场力就越大，具有的做功本领越大，其所受电场力就越大，具有的做功本领大，电势能也就大），故不能用大，电势能也就大），故不能用“电势能电势能”来描述来描述电场的能的性质，我们引入一个新的物理量电场的能的性质，我们引入一个新的物理量“电电势势”来表示它。来表示它。第24页，此课件共40页哦A0lE+该比值是一个与该比值是一个与q q无关，仅与无关，仅与电场及电场及A A点的位置有关的量。点的位置有关的量。三、电势三、电势设EP0=0该比值称为该比值称为A A点
17、的点的电势电势零势能零势能参考点参考点第25页，此课件共40页哦1 1、定义：、定义：电荷在电场中某一点的电势能与它电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值，叫做这一点的的电荷量的比值，叫做这一点的电势电势。2 2、定义式：、定义式：与与E EP P=mgh=mgh相类比相类比电势电势 与与高度高度h h相类相类似似（EP及q含符号）三、电势三、电势第26页，此课件共40页哦3 3、单位：、单位：伏特伏特，符号为，符号为V V 4 4、电势只有大小，没有方向，是、电势只有大小，没有方向，是标量标量5 5、电势具有相对性、电势具有相对性电势是相对于零势能参考点的，电势是相对于零势能参考点的，
18、一般选取无穷远电势为一般选取无穷远电势为0 0，实，实际应用中常取大地电势为际应用中常取大地电势为0 0。第27页，此课件共40页哦思考思考 在上面关于电势能和电势在上面关于电势能和电势的讨论及插图中的讨论及插图中,我们一直把试我们一直把试探电荷探电荷q当作正电荷处理当作正电荷处理.请把请把q当做负电荷当做负电荷,重复以上讨论重复以上讨论.其结其结果与上面的结果是否一致果与上面的结果是否一致?第28页，此课件共40页哦A0lE-该比值是一个与该比值是一个与q q无关，仅与电场无关，仅与电场及及A A点的位置有关的量。点的位置有关的量。设EP0=0该比值称为该比值称为A A点的点的电势电势零势能
19、零势能参考点参考点第29页，此课件共40页哦6.6.沿电场线沿电场线 (场强场强)方向电势方向电势越来越低，越来越低，即即电场线指向电势降低的方向。电场线指向电势降低的方向。如何比较电势的高低？如何比较电势的高低？第30页，此课件共40页哦1、如果把、如果把q=1.010-8的电荷从无穷远处移的电荷从无穷远处移至电场中的至电场中的A点，需克服电场力做功点，需克服电场力做功W=1.210-4J.那么那么 q在在A点的电势能和在点的电势能和在A点的电势各是多点的电势各是多少？少？q未移入电场前未移入电场前A点的电势是多少点的电势是多少？你做对了吗？你做对了吗？EpA=1.210-4J =1.210
20、4V=1.2104V例与练例与练第31页，此课件共40页哦2 2、如图所示，电场中有、如图所示，电场中有A A、B B两点，则两点，则下列说法中正确的是下列说法中正确的是（）A A、电势、电势 A A B B 场强场强E EA AEEB BB B、电势、电势 A A B B 场强场强E EA AEEEpBpB例与练例与练ABE正正电荷在电荷在高电势高电势处处电势能大，电势能大，负负电荷在电荷在低电势低电势处电势能大处电势能大BC第32页，此课件共40页哦3 3、在电场中一条电场线上有、在电场中一条电场线上有A A、B B两点两点,如如图所示，若将电荷图所示，若将电荷q q1 1=-2.010=
21、-2.010-7-7C C从从A A点点移到移到B B点，电场力做了点，电场力做了-4.010-4.010-4-4J J的功。的功。(1)(1)以以B B点为零电势点，点为零电势点，A A等于多少等于多少?(2)(2)电场线的方向如何电场线的方向如何?(3)(3)如将电荷如将电荷q q2 2=+1.010=+1.010-7-7C C从从A A点移到点移到B B点，点，A A等于多少等于多少?电场力做了多少功电场力做了多少功?AB例与练例与练A=2.0103JAB 不变不变 W=2.010-4J第33页，此课件共40页哦五、等势面五、等势面1 1、定义：、定义：电场中电势相同的各点构成电场中电势
22、相同的各点构成的面，叫做的面，叫做等势面等势面。与与等高等高线线相类相类比比第35页，此课件共40页哦2、等势面的特点、等势面的特点（1 1）在在同同一一等等势势面面上上的的任任意意两两点点间间移移动动电荷，电场力不做功电荷，电场力不做功（2 2）电场线跟等势面垂直，且由电势较）电场线跟等势面垂直，且由电势较高的等势面指向电势较低的等势面高的等势面指向电势较低的等势面 （3 3）等势面密处场强大、电场线密，等势）等势面密处场强大、电场线密，等势面疏处场强小、电场线疏面疏处场强小、电场线疏 （4 4）不同等势面在空间不相交、不相切）不同等势面在空间不相交、不相切第36页，此课件共40页哦3 3、
23、几种常见电场的等势面分布图谱：、几种常见电场的等势面分布图谱：第37页，此课件共40页哦 离导体表面越近，离导体表面越近，等势面的形状与导体等势面的形状与导体表面越相似。表面越相似。第38页，此课件共40页哦1 1、关于等势面，正确的说法是（、关于等势面，正确的说法是（）A A电荷在等势面上移动时不受电场力作用，电荷在等势面上移动时不受电场力作用，所以不做功所以不做功B B等势面上各点的场强大小相等等势面上各点的场强大小相等C C等势面一定跟电场线垂直等势面一定跟电场线垂直D D两等势面不能相交两等势面不能相交例与练例与练CD第39页，此课件共40页哦2 2、孤立点电荷电场中的一簇等势面如图所
24、示中虚、孤立点电荷电场中的一簇等势面如图所示中虚线所示，其电势分别为线所示，其电势分别为 1 1、2 2、3 3，A A、B B、C C是是某电场线与这簇等势面的交点，且某电场线与这簇等势面的交点，且ab=bc.ab=bc.现将一现将一负电荷由负电荷由a a移到移到b b，电场力做正功，电场力做正功WW1 1；再由；再由b b移至移至C C，电场力做正功，电场力做正功WW2 2.则则（）A.WA.W1 1=W=W2 2，1 12 23 3B.WB.W1 1=W=W2 2，1 12 23 3C.WC.W1 1WW2 2，1 12 23 3D.WD.W1 1WW2 2，1 12 23 3思考与讨论思考与讨论C123第40页，此课件共40页哦