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1、第一章 静电场4 电势能和电势教学目标1、理解静电力做功的特点、电势能的概念、电势能与电场力做功的关系。2、理解电势的概念，知道电势是描述电场的能的性质的物理量。明确电势能、电势、静电力的功、电势能的关系。了解电势与电场线的关系，了解等势面的意义及与电场线的关系。复习提问：1、什么是功？功的计算公式是什么？功的定义：一个物体在力的作用下，如果沿力的方向发生了一段位移，那么该力就对物体做了功。公式：2、重力做功的大小有什么特点？(1)与路径无关,由初末位置的高度差来决定；(2)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。3、功与能之间有什么关系？功和能的
2、关系：功是能量转化的量度（做功的过程是一个能量转化的过程）4、电场的基本性质是什么？把一个静止的试探电荷放入电场中，经过一时间后电荷会怎样？此过程中哪个力对谁做了功？电场的基本性质是：电场能对放入其中的电荷产生力的作用。静止的试探电荷放入电场中，它将在静电力的作用下做加速运动，经过一段时间后获得一定的速度，它的动能增加了。此过程中，静电力对电荷做了功，使得电荷的动能增加了。新课教学那么，静电力做功有什么特点呢？本节我们重点讨论试探电荷在匀强电场中时静电力做功的特点。一、静电力做功的特点如图，试探电荷在电场强度为E的匀强电场中沿不同的路径从A点移动到B点。情形1：把q沿直线从A移往B。试探电荷q
3、受到的静电力：此过程静电力对试探电荷做的功：情形2：把q沿折线AMB从A移往B。在线段AM上静电力对q做的功在线段MB上静电力对q做的功在整个过程中静电力对q做的功情形3：把q沿任意曲线ANB从A移往B。我们可以把曲线ANB分解成无数组与电场线平行和垂直的折线。（画图演示）N 由情形2可知，电荷q沿平行于电场线方向移动时，静电力做功，沿垂直电场线方向移动时，静电力不做功。而这些与电场线平行的短折线长度之和等于。故沿曲线ANB移动q静电力做的功：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。可以证明，此结论也适用于非匀强电场。思考：静电力做功的
4、过程与什么力做功的过程有类似的特点？（重力做功）在前面我们学过功和能的关系，功是能量转化的量度，做功的过程实质上就是一个能量转化的过程。在电场中移动电荷静电力会对电荷做功这一现象说明，在电场中的电荷具有能量。那么，静电力做功的过程是什么能转化为电荷的动能呢？二、电势能 电荷在电场中具有的能量不仅与电场和电荷本身有关，还与电荷在电场中的位置有关，我们把： 电荷在电场中具有的与电荷位置有关的能，叫电势能。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） 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
5、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，物体重力势能就减少多少。4、电场力做多少功，电荷电势能就减少多少。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（正电荷在电场中的电势能为正值，负电荷在电场中的电势能为负值）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，具有系统性重力势能是标量。7、电势能是标量尽管重力做功与电场力做功很相似，但它们之间还是存在着一
6、些差别。静电力做功的电荷有两种正电荷和负电荷；而重力做功的物体只有一种。正电荷沿电场线移动，电场力做正功，电势能减少负电荷沿电场线移动，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，电势能减少例1图中MN为电场中某一条电场线方向向右，在线上取两点a、b， 现将一电荷q从a移到b则（ C ）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。例2：A和B为电场中某条电场线上的点，如图：将的正电荷从A点移到B点需克服电场力做功5 ×10-7J，则 （
7、1）电场方向由AB还是BA？ （2）电荷在哪点时电势能大？大多少？在上一节，通过静电力的研究认识了电场强度E，我们用电场强度E来表示电场的力的性质。在这一节，我们研究电势能，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。三、电势1、电势是描述电场能的性质的物理量。那么，怎样描述电场能的性质、如何
8、定义电势呢？我们已经熟悉了用比值定义物理量的方法，现在就来研究电荷在电场中的电势能与它电荷量的比值，从这里入手来研究电势。如图所示，在场强为E的匀强电场中， O点为零势能位置，A为匀强电场中任意一点。A则电荷q在A点的电势能等于把电荷q从A移至O静电力做的功： 由上式可知，电荷在任意一点的电势能与它的电荷量成正比。电荷q在A点的电势能与电荷量q之比为：由上式可知，在电场中的A点，无论电荷的电荷量是多少，电荷是正还是负，电势能与电荷量q之比是相同的，而在电场中的不同位置，由于和可能不同，这个比值一般是不同的。结论：电荷在电场中某点的电势能与它电荷量之比，是由电场中这点的性质决定的，与试探电荷本身
9、无关。该结论不仅适用于匀强电场，同样也适用于其他电场。在物理学中，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。（电势用符号表示）2、电势：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值3、公式：4、单位：伏特（V）物理意义：在电场中的某点，如果电荷量为1C的电荷在该点的电势能为1J，那么该点的电势为1V。如图，将一正试探电荷从A沿电场线移向B，它的电势能将如何变化？它的电势是如何变化的？如果将一负试探电荷从A沿电场线移向B呢？5、电势的特点（1）沿着电场线的方向电势逐渐降低。（2）某点电势的大小是相对于电势零点而言的。电势零点的选择是任意的，一般选地面和无穷远为电势零点。（3
10、）规定了电势零点之后，比电势零点电势高的电势取正值，比电势零点低的电势取负值。（4）电势是标量。计算时、都要带正负号。例题习题略四、等势面在地图中常用等高线来表示地势的高低。与此相似，在电场的图示中常用等势面来表示电势的高低。1、等势面：电场中电势相同的各点构成的面。2、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，电场力不做功；（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3、几种带电体周围的等势面和电场线例题习题略课堂小结一、静电力做功的特点结论：在电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷的
11、起始位置和终止位置有关，但与电荷经过的路径无关。二、电势能 1、电荷在电场中具有的与电荷位置有关的能，叫电势能。2、电场力做多少功，电荷电势能就减少多少。3、电势能是相对的，与零电势能面有关4、电势能是电荷和电场所共有的，具有系统性5、电势能是标量三、电势1、电势是描述电场能的性质的物理量。2、电势：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值3、公式：4、单位：伏特（V）5、电势的特点（1）沿着电场线的方向电势逐渐降低。（2）某点电势的大小是相对于电势零点而言的。电势零点的选择是任意的，一般选地面和无穷远为电势零点。（3）规定了电势零点之后，比电势零点电势高的电势取正值，比电势零点低的电势取负值。（4）电势是标量。计算时、都要带正负号。四、等势面1、等势面：电场中电势相同的各点构成的面。2、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，电场力不做功；（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3、几种带电体周围的等势面和电场线5 / 6