电势能和电势--优质获奖课件

第4节电势能和电势第1课时静电力做功的特点电势能和电势1．通过讨论静电力对试探电荷做功，知道静电力做功与路径无关的特点．2．将静电力做功与重力做功进行类比，理解静电力做功与电势能变化的关系．认识电势能的相对性．3．知道电势的定义方法及其定义式、单位．要点一电场力做功的特点1．匀强电场中电场力做功的计算：如图所示，在场强为E的匀强电场中，将正电荷q从A移到B，若AB＝L，并且AB与电场线的夹角为θ.则电场力对电荷所做的功为W＝FLcosθ＝qELcosθ.2．电场力做功的特点静电场中，电场力做功只与移动电荷的电荷量以及起点和终点的位置有关，而与路径无关．判断电场力做正功还是做负功的方法判断电场力做功正负，一般有两种方法：(1)根据电场力和位移方向的夹角判断．此方法常用于匀强电场中恒定电场力做功的判断．夹角为锐角做正功，夹角为钝角做负功，夹角为直角不做功．(2)根据电场力和瞬时速度方向的夹角判断．此方法常用于判断曲线运动中变化电场力的做功，夹角为锐角做正功，夹角为钝角做负功，夹角为直角不做功．要点二电势能1．定义：由于移动电荷时静电力做功与移动的路径无关，电荷在电场中也具有势能，这种势能叫做电势能．用Ep表示，单位是J.2．静电力做功与电势能变化的关系(1)电场力对电荷做正功时，电荷电势能减少；电场力对电荷做负功时，电荷电势能增加．(2)若用WAB表示电荷从A点移动到B点的过程中静电力做的功，EpA和EpB表示电荷在A点和B点的电势能，则有WAB＝EpA－EpB．3．电势能的大小若规定电荷在B点电势能为0，则EpB＝0，EpA＝WAB．即电荷在电场中某点处电势能的大小，等于把它从该点移动到零势能位置时静电力做的功．4．对电势能的理解(1)系统性：电势能由电场和电荷共同决定，属于电场和电荷系统所共有的，我们习惯说成电场中的电荷所具有的．(2)相对性：电势能是一个相对量，其数值与零势能点的选取有关，因此确定电荷的电势能首先应确定参考点，也就是零势能点的位置．(3)标量性：电势能是标量，有正负、无方向．电势能为正值表示电势能大于参考点的电势能，电势能为负值表示电势能小于参考点的电势能．5．电势能与重力势能的比较两种势能比较内容电势能重力势能定义电场中的电荷具有的势能——电势能重力场中的物体具有的势能——重力势能系统性电荷和电场物体和地球大小的相对性电荷在某点的电势能等于把电荷从该点移到零势能位置时静电力做的功物体在某点的重力势能等于把物体从该点移到零势能位置时重力做的功两种势能比较内容电势能重力势能变化大小的量度电场力做的功是电势能变化大小的量度，静电力做的功等于电势能的减少量重力做的功是重力势能变化大小的量度，重力做的功等于重力势能的减少量对应力做功的特点做功多少只与始末位置有关，与经过的路径无关，且做的功等于势能的减少量电势能大小的判断(1)场源电荷判断法：离正场源电荷越近，正试探电荷的电势能越大，负试探电荷的电势能越小；离负场源电荷越近，正试探电荷的电势能越小，负试探电荷的电势能越大．(2)电场线法：正电荷顺着电场线的方向移动时电势能逐渐减小，逆着电场线的方向移动时电势能逐渐增大；负电荷顺着电场线的方向移动时电势能逐渐增大，逆着电场线的方向移动时电势能逐渐减小．(3)做功判断法：无论正、负电荷，电场力做正功，电荷的电势能减小；电场力做负功，电荷的电势能增大.要点三电势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，叫做这一点的电势，用φ表示．2．定义式：φ＝Epq.有的同学误认为根据电势φ的定义式，φ与Ep成正比，与q成反比．辨析：与电场强度一样，电场中某点处φ的大小是由电场本身的条件决定的，与在该点处是否放置电荷、电荷的电性、电荷量均无关．3．对电势的理解(1)在国际单位制中，电势的单位是伏特(V)，1V＝1J/C．(2)电势是标量，只有大小，没有方向，但有正值和负值之分，是表示电场能量性质的一个物理量．(3)在利用φ＝Epq计算电势时，Ep、q可代入正、负号运算，计算结果的正、负号恰好反映了电势的高低．(4)电势的相对性①电势是相对的，只有先确定了电势零点以后，才能确定电场中其他位置的电势．电场中某点的电势跟电势零点的选择有关．②对不是无限大的带电体产生的电场，通常取无限远处的电势为零；在实际处理问题中，又常取大地电势为零．4．电势与电场线的关系：无论什么电场，沿电场线方向电势是逐渐降低的，且是电势降落最快的方向．5．电势能与电势的区别与联系电势φ电势能Ep物理意义反映电场的能的性质的物理量反映电荷在电场中某点所具有的能量相关因素电场中某一点的电势φ的大小，只跟电场本身有关，跟试探电荷q无关电势能的大小是由点电荷q和该点电势φ共同决定的大小电势沿电场线逐渐降低，规定零电势点后，某点的电势高于零，则为正值；某点的电势低于零，则为负值正点电荷(＋q)：电势能的正负跟电势的正负相同负点电荷(－q)：电势能的正负跟电势的正负相反单位伏特V焦耳J联系φ＝Epq或Ep＝qφ，二者均是标量6．电势和电场强度的关系电势φ电场强度E物理意义描述电场的能的性质描述电场的力的性质大小(1)电场中某点的电势等于该点跟选定的标准位置(零电势点)间的电势差(2)φ＝Epq，φ在数值上等于单位正电荷在电场中该点具有的电势能(1)电场中某点的电场强度等于放在该点的点电荷所受的电场力F跟点电荷电荷量q的比值(2)E＝Fq，E在数值上等于单位正电荷在该点所受到的静电力电势φ电场强度E矢标性标量矢量单位V/mN/C联系(1)电势沿着电场强度的方向降低(2)大小之间不存在任何关系，电势为零的点，电场强度不一定为零；电势高的地方，电场强度不一定大；电场强度为零的地方，电势不一定为零；电场强度大的地方，电势不一定高如何比较电场中两点电势的高低(1)根据电场力做功判断：①在两点间移动正电荷，如果电场力做正功，则电势降低，如果电场力做负功，则电势升高．②在两点间移动负电荷，如果电场力做正功，则电势升高；如果电场力做负功，则电势降低．(2)根据电场线确定：电场线的方向就是电势降低最快的方向．(3)根据电荷电势能的变化：①如果在两点间移动正电荷时，电势能增加，则电势升高；电势能减少，则电势降低．②如果在两点间移动负电荷时，电势能增加，则电势降低；电势能减少，则电势升高．如果把q＝＋1.0×10－8C的点电荷Q从无穷远处移到电场中的A点，需要克服电场力做功W＝1.2×10－4J，那么：(1)Q在A点的电势能和A点的电势各是多少？(2)Q在未移入电场前A点的电势是多少？【分析】由W＝Ep∞－EpA，可计算出EpA，根据A点的电势能可求出A点的电势．题型1电势、电势能的计算【解析】(1)电场力做负功，电势能增加，无穷远处的电势为零，电荷在无穷远处的电势能也为零，由电场力的功等于电势能的减少量，得W＝Ep∞－EpA，因为Ep∞＝0则EpA＝－W＝－(－1.2×10－4)J＝1.2×10－4JφA＝EpAq＝1.2×10－41.0×10－8V＝1.2×10－4V.(2)A点的电势是由电场本身的性质决定的，跟A点是否有电荷存在无关，所以Q移入电场前，A点的电势仍为1.2×104V.【答案】(1)1.2×10－4J1.2×104V(2)1.2×104V【方法总结】(1)搞清电势和电势能的概念；透彻理解电势和电势能的关系φ＝Epq；静电力做功和电势能变化的关系WAB＝EpA－EpB．(2)由φ＝Epq求电势时要注意考虑各物理量的正、负及意义；涉及功能关系时能根据运动情况确定受力情况．在静电场中，把一个电荷量为q＝2.0×10－5C的负电荷由M点移到N点，电场力做正功6.0×10－4J，由N点移到P点，电场力做负功1.0×10－3J，则M、N、P三点电势高低关系是________．变式训练1-1解析：首先画一条电场线，如图所示．在中间位置附近画一点作为M点．因为由M→N电场力做正功，而负电荷所受电场力与场强方向相反，则可确定N点在M点左侧．由N→P电场力做负功，即沿着电场线移动，又因1.0×10－3J6.0×10－4J，所以肯定移过了M点，即P点位于M点右侧．这样，M、N、P三点电势的高低关系是φNφMφP.答案：φNφMφP某静电场的电场线分布如图所示，图中P、Q两点的电场强度的大小分别为EP和EQ，电势分别为φP和φQ，则()题型2电场强度和电势的关系A．EPEQ，φPφQB．EPEQ，φPφQC．EPEQ，φPφQD．EPEQ，φPφQ【解析】从图可以看出P点的电场线的密集程度大于Q点的密集程度，故P点的场强大于Q点的场强；因电场线的方向由P指向Q，而沿电场线的方向电势逐渐降低，所以P点的电势高于Q点的电势，故A正确．【答案】A【方法总结】电场强度与电势的大小没有直接的关系，它们是从两个不同的角度描述电场性质的物理量．电荷在电场中某点受力大，该点场强大，电势不一定高，所以电场强度大的地方电势不一定高．电场强度等于0的地方电势不一定等于0.(2014·洛阳二模)如图所示，Q1和Q2是两个电荷量大小相等的点电荷，MN是两电荷的连线，HG是两电荷连线的中垂线，O是垂足，下列说法正确的是()变式训练2-1A．若两电荷是异种电荷，则OM的中点与ON的中点电势一定相等B．若两电荷是异种电荷，则O点的电场强度大小，与MN上各点相比是最小的，而与HG上各点相比是最大的C．若两电荷是同种电荷，则OM中点与ON中点处的电场强度一定相同D．若两电荷是同种电荷，则O点的电场强度大小，与MN上各点相比是最小的，与HG上各点相比是最大的解析：若两电荷是异种电荷，则OM的中点与ON的中点电势不相等，正电荷周围的电势高，A选项错误；MN连线上中点O的电场强度最小，中垂线上O点的电场强度最大，B选项正确；若两电荷是同种电荷，根据对称性可知，OM中点与ON中点处的电场强度大小相等，方向相反，C选项错误；MN连线上中点O的场强为零，故D选项错误．答案：B如图所示，在静电场中，一个负电荷q受到一个非静电力作用，由A点移动到B点，则下列说法正确的是()题型3电场中的功能关系A．非静电力和静电力做功之和等于电荷电势能增量和动能增量之和B．非静电力做功等于电荷电势能增量和动能增量之和C．电荷克服静电力做功等于电荷电势能的增量D．非静电力和静电力做功之和等于电荷动能的增量【解析】根据动能定理，合外力对电荷所做的功等于电荷动能的增量；对电荷和电场组成的系统而言，非静电力是外力，非静电力对电荷做了多少正功，系统能量(电势能和电荷动能)就增加多少；根据静电力做功与电势能变化的关系及静电力对电荷做负功，得电荷克服静电力做功等于电荷电势能的增量，所以B、C、D对．【答案】BCD【方法总结】(1)明确研究对象与研究过程．(2)对研究对象受力分析，明确物体受什么力作用，知道力做功所对应的能量变化问题．(3)依据电场力做功，引起电势能的变化；重力做功引起重力势能的变化；而动能变化则取决于合外力做功，来判断各种能量是如何变化的．(2014·盐城一模)如图所示，实线表示电场线，虚线表示带电粒子运动的轨迹．带电粒子只受电场力的作用，运动过程中电势能逐渐减小，它运动到b处时的运动方向与受力方向可能的是()变式训练3-1解析：带电粒子在电场力作用下做曲线运动，根据曲线运动力和轨迹的关系可知，电场力指向轨迹的内侧，与电场线重合，方向向左；运动过程中电势能逐渐减小，根据功能关系可知，电场力做正功，粒子由C运动到a点，故D选项正确，ABC选项错误．答案：D1．下列说法中正确的是()A．无论是正电荷还是负电荷，从电场中某点移到无穷远处时，电场力做的正功越多，电荷在该点的电势能就越大B．无论是正电荷还是负电荷，从电场中某点移到无穷远处时，电场力做的正功越少，电荷在该点的电势能越大C．无论是正电荷还是负电荷，从无穷远处移到电场中某点时，克服电场力做功越多，电荷在该点的电势能越大D．无论是正电荷还是负电荷，从无穷远处移到电场中某点时，克服电场力做功越少，电荷在该点的电势能越大解析：无穷远处的电势能为0，电荷从电场中某处移动到