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1、1.4 1.4 电势能电势能 电势与电势差电势与电势差第一章第一章 静电场静电场复习回顾复习回顾1、功的计算：、功的计算：2、重力做功有什么特点？、重力做功有什么特点？(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)WG与重力势能的关系与重力势能的关系.(3)重力势能是相对的重力势能是相对的,有零势能面有零势能面.(人为选定人为选定)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！试探电荷静止的放入电场中试探电荷静止的放入电场中,将如何运动将如何运动?E 电荷做加速运动电荷做加速运动,一段时间后获一段时间后获得一定的速度得一定的速
2、度,试探电荷的动能增加试探电荷的动能增加.+F讨论：什么能转换为动能的呢讨论：什么能转换为动能的呢?将试探正电荷将试探正电荷q在电场强在电场强度为度为E的匀强电场中沿几条不的匀强电场中沿几条不同路径从同路径从A点移动到点移动到B点点,静电静电力对电荷做功分别为多少力对电荷做功分别为多少?甲甲EMW=F cos|AB|=q E|AB|=q E|AM|AM|A AB B沿沿 直直 线线ABqF甲甲EA AB B沿沿 折折 线线AMBMABA MW1=qE|AM|W2=0M B所以：全过程做功所以：全过程做功 W=W1+W2=q E|AM|qFqFENAB乙乙沿曲线沿曲线ANB呢呢?FE+q ABM
3、结论：结论：在在匀强电场匀强电场中移动电荷时，静电力做的功中移动电荷时，静电力做的功与电荷的与电荷的起始位置和终止位置起始位置和终止位置有关，但与有关，但与电荷经过的电荷经过的路径路径无关。无关。(对于非匀强电场也适用对于非匀强电场也适用)这与什么这与什么力做功像力做功像似呢？似呢？将将+q由由A移移到到B的过程电的过程电场力对电荷做场力对电荷做功为：功为：dAB+qEL做功的过程是一个做功的过程是一个能量转化的过程，能量转化的过程，那么电场力做功的那么电场力做功的过程是什么能转化过程是什么能转化为什么能呢？为什么能呢？我们学过了什么物理我们学过了什么物理量做功与路径无关量做功与路径无关,只与
4、只与初末位置有关初末位置有关?地球地球负电负电荷荷m+q重力场与电场的类比重力场与电场的类比 重力场重力场 电场电场mgqE场方向场方向场方向场方向地球附近的重力场跟电荷的电场相似地球附近的重力场跟电荷的电场相似正电正电荷荷-qqE场方向场方向重力做功与重力势能的关系重力做功与重力势能的关系WG =EP1 -EP2 =-EP1.重力做正功重力做正功,重力势能减少重力势能减少.2.重力做负功重力做负功,即物体克服重力做功即物体克服重力做功,重力势能增加重力势能增加.重力做的功等于重力势能的减少量重力做的功等于重力势能的减少量.尽管重力做功与电场力做功很相似，但还是存在很大差异尽管重力做功与电场力
5、做功很相似，但还是存在很大差异存存在两种电荷在两种电荷ABE电荷由电荷由A点运动的点运动的B点点正电荷正电荷负电荷负电荷电场力电场力做功做功正功正功负功负功电势能电势能变化变化减少减少增加增加电势能的大小是与试探电荷的电性和电量电势能的大小是与试探电荷的电性和电量q q都有关，都有关，故不能用故不能用“电势能电势能”来描述电场的性质。来描述电场的性质。二二.电势能电势能电场中的电荷由于受到电场力电场中的电荷由于受到电场力作用而具有的势能。作用而具有的势能。1.定义定义:2.静电力做的功等于电势能的减少量静电力做的功等于电势能的减少量WAB=EPA EPB=EP 例例1.如图如图,在场强在场强
6、的匀强电场的匀强电场中中,点电荷点电荷q=+1C从从A移动到移动到B,AB相距相距L=1m,电场力做功为多少电场力做功为多少?电势能如何变化电势能如何变化?EW=E q L=即电势能减少即电势能减少q qFAB 要想确定电荷要想确定电荷q在在B点的电势能点的电势能,该怎么办该怎么办?(提示提示:类似于重力势能的确定类似于重力势能的确定 )设设A点的电势能点的电势能点评点评:1.1.确定电势能确定电势能,首先要确定零电势能处首先要确定零电势能处.2.2.电势能为负表示电荷在该处的电势能电势能为负表示电荷在该处的电势能小于零电势能处小于零电势能处.EW=E q L=即电势能减少即电势能减少q qF
7、AB二二.电势能电势能电场中的电荷由于受到电场力电场中的电荷由于受到电场力作用而具有的势能。作用而具有的势能。1.定义定义:2.静电力做的功等于电势能的减少量静电力做的功等于电势能的减少量WAB=EPA-EPB3.电荷在某点的电势能电荷在某点的电势能,等于静电力把它等于静电力把它 从该点移动到零势能位置时电场力所做的功从该点移动到零势能位置时电场力所做的功.(通常把离场源通常把离场源无限远处无限远处或或大地表面大地表面的的电势能规定为零电势能规定为零)能不能用电势能描述能不能用电势能描述电场能的性质呢？电场能的性质呢？AB电荷在电场中某一点的电势能与电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值
8、它的电荷量的比值2.公式公式:3.单位单位:伏特伏特 符号为符号为V1 V=1 J/C三三.电势电势1.定义定义:1.沿着电场线方向沿着电场线方向,电势将怎电势将怎样变化样变化?2.如何确定电场中某点的电如何确定电场中某点的电势势?(提示提示:类比于电势能的确定类比于电势能的确定.).)3.电势为负数时电势为负数时,负号表示方负号表示方向吗向吗?1.电场线指向电势降低的方向电场线指向电势降低的方向2.与电势能的情况相似与电势能的情况相似,应先确定电场中某应先确定电场中某点的电势为零点的电势为零.(通常取离场源电荷无限远处通常取离场源电荷无限远处或大地的电势为零或大地的电势为零.)3.电势是标量
9、电势是标量,只有大小只有大小,没有方向没有方向.(负电负电势表示该处的电势比零电势处电势低势表示该处的电势比零电势处电势低.)4.电势反映电场的能的性质，由电场本电势反映电场的能的性质，由电场本身决定身决定1.公式公式:2.单位单位:伏特伏特 符号为符号为V三三.电势差（电压）电势差（电压）2 2、电势与电势差的比较：、电势与电势差的比较：（1 1）电势差是电场中两点间的电势的差值，）电势差是电场中两点间的电势的差值，（2 2）电场中某一点的电势的大小，与选取的参考点有）电场中某一点的电势的大小，与选取的参考点有关；电势差的大小，与选取的参考点无关。关；电势差的大小，与选取的参考点无关。（3
10、3）电势和电势差都是标量，单位都是伏特，都有正）电势和电势差都是标量，单位都是伏特，都有正负值；负值；电势的正负表示该点比参考点的电势大或小；电势的正负表示该点比参考点的电势大或小；电势差的正负表示两点的电势的高低。电势差的正负表示两点的电势的高低。例例1 1：将一个电量为将一个电量为2 210109 9C C 的的点电荷从电场中的点电荷从电场中的N N点移到点移到M M 点，需克服点，需克服电场力做功电场力做功1.41.410108 8J J，N N、M M 两点间的两点间的电势差电势差U UNMNM为多少？若将该电荷从为多少？若将该电荷从M M 移到移到N N，电场力做什么功？，电场力做什
11、么功？U UMNMN为多少？为多少？一个电荷量为一个电荷量为1105C的电荷，从电场外的电荷，从电场外某点移到电场内的一点某点移到电场内的一点A时，克服电场力做时，克服电场力做功功0.006J，则，则A点的电势为点的电势为 600 V；如果此；如果此电荷从电场外移到电场内的另一点电荷从电场外移到电场内的另一点B时，时，电场力做功电场力做功0.002J，则，则B点的电势为点的电势为 200 V，UAB=400 V；若有另一电荷量为；若有另一电荷量为0.2C的负的负电荷从电荷从A移到移到B点，电场力做正功，大小点，电场力做正功，大小为为 80 J。例例2几种常见电场的等势面分布图谱：几种常见电场的
12、等势面分布图谱：五、等势面：五、等势面：电场中电势相同的各点构成的面。电场中电势相同的各点构成的面。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。（1 1）在同一等势面上移动电荷，电场力不做功；）在同一等势面上移动电荷，电场力不做功；（2 2）等势面与电场线处处垂直；）等势面与电场线处处垂直；（3 3）等势面间的疏密程度表示了场强的大小；等）等势面间的疏密程度表示了场强的大小；等势势面面的的法法线线表表示示了了电电场场的的方方向向，电电场场线线的的方方向向是是由高等势面指向低等势面。由高等势面指向低等势面。（4 4）匀强电场的等势面是一组相互平行的疏密均）匀强电场的等势面是一组相互平行的疏密均匀的平面；匀的平面；例例3 3、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相等；等势面上各点的场强相等；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两不同等势面在空间不能相交。两不同等势面在空间不能相交。CD