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1、,主题1 4 电势能和电势,课时1 电势能和电势,学科素养与目标要求,物理观念： 1.知道静电力做功的特点，掌握静电力做功与电势能变化的关系. 2.理解电势的定义、定义式、单位，能根据电场线判断电势高低. 科学思维： 1.通过类比法分析得出静电力做功与电势能变化的关系. 2.能用比值法定义电势.,NEIRONGSUOYIN,内容索引,自主预习,达标检测,课时对点练,预习新知 夯实基础,检测评价 达标过关,注重双基 强化落实,重点探究,启迪思维 探究重点,自主预习,一、静电力做功的特点,1.静电力做功：在匀强电场中，静电力做功WqElcos .其中为_ 之间的夹角. 2.特点：在静电场中移动电荷
2、时，静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置 ，与电荷经过的路径 .,静电力与位移,方向,有关,无关,二、电势能,1.电势能：电荷在 中具有的势能，用Ep表示. 2.静电力做功与电势能变化的关系：静电力做的功等于电势能的 .表达式：WAB .,静电力做正功，电势能 ； 静电力做负功，电势能 .,电场,减少量,EpAEpB,减少 增加,3.电势能的大小：电荷在某点的电势能，等于把它从这点移动到 时静电力做的功EpAWA0. 4.电势能具有相对性 电势能零点的规定：通常把电荷在离场源电荷 处或把电荷在_ 上的电势能规定为零.,零势能位置,无限远,大地表面,三、电势,1.定义：电荷在电场中某一点的 与
3、它的 的比值. 2.公式： . 3.单位：国际单位制中，电势的单位是 ，符号是V,1 V1 J/C. 4.电势高低的判断：沿着电场线的方向电势逐渐 . 5.电势是 量，只有大小，没有方向，但有正、负之分，同一电场中电势为正表示比零电势 ，电势为负表示比零电势 . 6.电势的相对性：只有规定了电势零点才能确定某点的电势大小，一般选_ 或离场源电荷 处的电势为0.,电势能,电荷量,伏特,降低,标,高,低,大地,无限远,即学即用,1.判断下列说法的正误. (1)电荷从电场中的A点运动到B点，路径不同，电场力做功不同.( ) (2)正电荷和负电荷沿着电场线运动，电势能均减少.( ) (3)电荷在电势高
4、处具有的电势能一定大.( ) (4)沿电场线方向电势降低，与试探电荷的电性无关.( ),2.如图1所示，把电荷量为5109 C的电荷，从电场中的A点移到B点，其电势能_(选填“增大”或“减小”).若A点电势为A15 V，B点电势为B10 V，则电荷在A点和B点具有的电势能分别为EpA_ J，EpB_ J，此过程电场力所做的功WAB_ J.,图1,增大,7.5108,5108,2.5108,解析 电荷从A点移到B点，电场力做负功，电势能增大. EpAqA510915 J7.5108 J EpBqB510910 J5108 J WABEpAEpB2.5108 J.,重点探究,答案 静电力FqE，静
5、电力与位移夹角为，静电力对试探电荷q做的功WF|AB|cos qE|AM|.在线段AM上静电力做的功W1qE|AM|，在线段MB上静电力做的功W20，总功WW1W2qE|AM|.,一、静电力做功与电势能,(1)如图所示，试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中，沿直线从A移动到B，静电力做的功为多少？若q沿折线AMB从A点移动到B点，静电力做的功为多少？,导学探究,(2)若q沿任意曲线从A点移动到B点，静电力做的功为多少？由此可得出什么结论？,答案 WqE|AM|.电荷在匀强电场中沿不同路径由A点运动到B点，静电力做功相同.说明静电力做功与路径无关，只与初、末位置有关.,(3)对比电场力做功和重力
6、做功的特点，它们有什么相同之处？重力做功引起重力势能的变化，电场力做功引起什么能的变化？,答案 电场力做功与重力做功都与路径无关.电场力做功引起电势能的变化.,1.静电力做功的特点 (1)静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，但与具体路径无关，这与重力做功特点相似. (2)静电力做功的特点不受物理条件限制，不管静电力是否变化，是否是匀强电场，是直线运动还是曲线运动，静电力做功的特点不变.,知识深化,2.电势能 (1)电势能Ep是由电场和电荷共同决定的，是属于电荷和电场所共有的，我们习惯上说成电荷在电场中某点的电势能. (2)电势能是相对的，其大小与选定的参考点有关.确定电荷的电势能，首先
7、应确定参考点，也就是零势能点的位置. (3)电势能是标量，有正负但没有方向.在同一电场中，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.,3.静电力做功与电势能变化的关系 (1)WABEpAEpB. 静电力做正功，电势能减小；静电力做负功，电势能增加. (2)在同一电场中，正电荷在电势高的地方电势能大，而负电荷在电势高的地方电势能小.,例1 将带电荷量为6106 C的负电荷从电场中的A点移到B点，克服静电力做了3105 J的功，再从B点移到C点，静电力做了1.2105 J的功，则： (1)电荷从A点移到B点，再从B点移到C点的过程中电势能共改变了多少？,答
8、案 见解析,解析 WACWABWBC3105 J1.2105 J1.8105 J. 电势能增加了1.8105 J.,(2)如果规定A点的电势能为零，则该电荷在B点和C点的电势能分别为多少？,答案 见解析,解析 如果规定A点的电势能为零，由公式WABEpAEpB得该电荷在B点的电势能为EpBEpAWAB0WAB3105 J. 同理，C点的电势能为EpCEpAWAC0WAC1.8105 J.,(3)如果规定B点的电势能为零，则该电荷在A点和C点的电势能分别为多少？,答案 见解析,解析 如果规定B点的电势能为零，则该电荷在A点的电势能为：EpAEpBWAB0WAB3105 J. C点的电势能为EpC
9、EpBWBC0WBC1.2105 J.,例2 (多选)(2017济南市期末)如图2所示，竖直向上的匀强电场中，绝缘轻质弹簧竖直立于水平地面上，上面放一带正电的小球，小球与弹簧不连接，施加外力将小球向下压至某位置静止.现撤去外力，小球从静止开始运动到离开弹簧的过程中，重力、电场力对小球所做的功分别为W1和W2，则上述过程中 A.小球与弹簧组成的系统机械能守恒 B.小球的重力势能增加W1 C.小球的电势能增加W1W2 D.小球的电势能减少W2,图2,解析 由于电场力做正功，故小球与弹簧组成的系统机械能增加，A选项错误； 由题意知重力做负功，小球的重力势能增加，增加量为W1，故B选项正确； 电场力做
10、正功，电势能减少，减少量为W2，故C选项错误，D正确.,答案 电荷量分别为q和2q的正试探电荷在A点的电势能分别为Eqlcos 、2Eqlcos .,二、电势,如图所示的匀强电场，电场强度为E，取O点为零势能点，A点距O点的距离为l，AO连线与电场强度反方向的夹角为. (1)电荷量分别为q和2q的正试探电荷在A点的电势能分别为多少？,导学探究,(2)电势能与电荷量的比值是否相同？,答案 电势能与电荷量的比值相同，都为Elcos .,(3)电势能与电荷量的比值与试探电荷的电荷量是否有关系？,答案 与试探电荷的电荷量无关.,(1)取决于电场本身； (2)公式中的Ep、q均需代入正负号. 2.电场中
11、某点的电势是相对的，它的大小和零电势点的选取有关.在物理学中，常取离场源电荷无限远处的电势为零，在实际应用中常取大地的电势为零. 3.电势虽然有正负，但电势是标量.在同一电场中，电势为正值表示该点电势高于零电势，电势为负值表示该点电势低于零电势，正负号不表示方向.,知识深化,4.电势高低的判断方法 (1)电场线法：沿电场线方向，电势越来越低.,例3 如果把电荷量为q1.0108 C的电荷从无限远处移到电场中的A点，需要克服静电力做功W1.2104 J，那么： (1)q在A点的电势能和A点的电势各是多少？,答案 1.2104 J 1.2104 V,解析 取无限远处的电势为零，电荷在无限远处的电势
12、能也为零， 即0，Ep0. 由WAEpEpA得，EpAEpWA0(1.2104 J)1.2104 J,(2)q未移入电场前，A点的电势是多少？,答案 1.2104 V,解析 A点的电势是由电场本身决定的，跟A点是否有电荷存在无关，所以q未移入电场前，A点的电势仍为1.2104 V.,例4 将一正电荷从无穷远处移入电场中的M点，电势能减少了8.0109 J，若将另一等量的负电荷从无穷远处移入电场中的N点，电势能增加了9.0109 J，则下列判断中正确的是 A.MN0 B.NM0 C.NM0 D.MN0,解析 取无穷远处电势为零，则正电荷在M点的电势能为8109 J，负电荷在N点的电势能为9109
13、 J. 由 知，M点的电势M0，N点的电势N0，且|N|M|，即NM0，故C正确.,达标检测,1.(静电力做功的特点)(多选)下列说法正确的是 A.电荷从电场中的A点运动到B点，路径不同，静电力做功的大小就可能不同 B.电荷从电场中的某点出发，运动一段时间后，又回到了该点，则静电力做功 为零 C.正电荷沿着电场线运动，静电力对正电荷做正功，负电荷逆着电场线运动， 静电力对负电荷做正功 D.电荷在电场中运动，因为静电力可能对电荷做功，所以能量守恒定律在电场 中并不成立,1,2,3,4,解析 静电力做功和电荷运动路径无关，故A错误； 静电力做功只和电荷的初、末位置有关，所以电荷从某点出发又回到了该
14、点，静电力做功为零，故B正确； 正电荷沿电场线的方向运动，则正电荷受到的静电力和电荷的位移方向相同，故静电力对正电荷做正功，同理，负电荷逆着电场线的方向运动，静电力对负电荷做正功，故C正确； 电荷在电场中运动虽然有静电力做功，但是电荷的电势能和其他形式的能之间的转化满足能量守恒定律，故D错误.,1,2,3,4,2.(电势)(多选)关于电势，下列说法正确的是 A.电场中某点的电势大小等于单位正电荷从该点移动到零电势点时，电场力所 做的功 B.电场中某点的电势与零电势点的选取有关 C.由于电势是相对的，所以无法比较电场中两点的电势高低 D.某电荷在电场中A、B两点电势能关系EpAEpB，则可知AB
15、,1,2,3,4,解析 由电势的定义可知A正确； 由于电势是相对量，电势的大小与零电势点的选取有关，故B正确； 虽然电势是相对的，但电势的高低是绝对的，C错误； 电势的计算要注意q的正负，q正负不确定无法由Ep确定的大小关系，故D错误.,3.(静电力做功与电势能的变化)(多选)如图3所示，a、b、c为电场中同一条电场线上的三点，其中c为a、b的中点.若一个运动的正电荷只在静电力作用下先后经过a、b两点，a、b两点的电势分别为a3 V，b7 V，则 A.a点的场强一定小于b点的场强 B.a点场强有可能等于b点场强 C.正电荷在a点的动能小于在b点的动能 D.正电荷在a点的电势能小于在b点的电势能
16、,1,2,3,4,图3,1,2,3,4,解析 沿电场线方向电势降低，由题意知电场线的方向向左，只有一条电场线，无法判断电场线的疏密，就无法判断两点场强的大小，故A错误，B正确. 根据正电荷在电势高处电势能大，可知，正电荷从a点运动到b点的过程中克服电场力做功，电势能一定增大，而由能量守恒定律知，其动能一定减小，故C错误，D正确.,4.(静电力做功与电势能的变化)在电场中把一个电荷量为6106 C的负电荷从A点移到B点，克服静电力做功3105 J， (1)电荷从A点到B点的过程中，电势能如何变化？变化了多少？,1,2,3,4,答案 增加 3105 J,解析 电荷克服静电力做功，即静电力做负功，则
17、WAB3105 J. 由WABEpAEpB知，电势能增加了3105 J.,(2)若规定B点的电势能为零，则电荷在A点的电势能为多大？,1,2,3,4,答案 3105 J,解析 若EpB0，则由WABEpAEpB 得EpA3105 J.,课时对点练,一、选择题 考点一 电势与电势高低的判断 1.(多选)关于电势的高低，下列说法正确的是 A.沿着电场线的方向电势逐渐降低 B.电势降低的方向一定是电场线的方向 C.正电荷只在电场力的作用下，一定向电势低的地方移动 D.负电荷只在电场力的作用下，由静止释放，一定向电势高的地方移动,1,2,3,4,5,6,7,8,解析 沿着电场线的方向电势逐渐降低，故A
18、正确； 电势降低的方向不一定是电场线的方向，故B错误； 若正电荷具有初速度，即使只受电场力作用，也可由低电势点向高电势点移动，故C错误； 负电荷只在电场力的作用下由静止释放，一定向电势高的地方移动，故D正确.,1,2,3,4,5,6,7,8,2.(2018淄博市期末)如图1所示为某点电荷形成的电场，A、B两点为电场线上两点，则 A.点电荷带负电，EAEB B.点电荷带正电，EAB D.点电荷带正电，AB,1,2,3,4,5,6,7,8,图1,3.图2甲中AB是某电场中的一条电场线.若将一负电荷从A点处由静止释放，负电荷仅在电场力作用下沿电场线从A到B运动过程中的速度时间图象如图乙所示.关于A、
19、B两点的电势高低和场强大小关系，下列说法中正确的是 A.AB，EAEB B.AB，EAEB D.AB，EAEB,1,2,3,4,5,6,7,8,图2,1,2,3,4,5,6,7,8,解析 负电荷从A由静止释放(初速度为0)后，能加速运动到B，说明负电荷受到的电场力方向从A指向B，那么电场方向就是由B指向A，由于沿电场线方向电势逐渐降低，所以A、B两点的电势关系是AEB，C正确.,考点二 电场力做功与电势能的变化 4.在静电场中，将一正电荷从a点移到b点，电场力做了负功，则 A.该电荷的电势能一定减小 B.b点的电势一定比a点高 C.电场线方向一定从b指向a D.b点的电场强度一定比a点大,1,
20、2,3,4,5,6,7,8,解析 电场力做负功，电势能一定增加，A项错误；,b点电势高于a点，但电场线方向不一定从b指向a，C项错误；,场强大小与电势高低无关，D项错误.,5.(多选)两个带等量正电的点电荷，固定在图3中P、Q两点，MN为PQ连线的中垂线，交PQ于O点，A为MN上的一点.一带负电的试探电荷q，从A点由静止释放，只在静电力作用下运动，取无限远处的电势为零，则 A.q由A向O的运动是匀加速直线运动 B.q由A向O运动的过程电势能逐渐减小 C.q运动到O点时的动能最大 D.q运动到O点时电势能为零,图3,1,2,3,4,5,6,7,8,1,2,3,4,5,6,7,8,解析 q由A向O
21、运动的过程中，电场力的方向始终由A指向O，但力的大小变化，所以电荷q做变加速直线运动，电场力做正功，q通过O点后在电场力的作用下做变减速运动，所以q到O点时速度最大，动能最大，电势能最小，因无限远处的电势为零，则O点的电势0，所以q在O点时的电势能不为零，故选项B、C正确，选项A、D错误.,6.(多选)(2018北师大附中高二期中)如图4，直线上有O、a、b、c四点，ab间的距离与bc间的距离相等.在O点处有一固定点电荷，已知b点电势高于c点电势，若一带负电荷的粒子仅在电场力作用下先从c点运动到b点，再从b点运动到a点，则 A.两过程中电场力做的功相等 B.前一过程中电场力做的功大于后一过程中
22、电场力做的功 C.前一过程中，粒子电势能不断减小 D.后一过程中，粒子动能不断增加,图4,1,2,3,4,5,6,7,8,解析 b点电势高于c点电势，则O点处的点电荷带正电，场强方向由a指向c，带负电的粒子从c向a运动，电场力做正功，由abbc，因ab间场强大于bc间场强，由WqEl定性分析，WcbWba，故A、B错误； 粒子从c点运动到b点，再从b点运动到a点过程中，电场力一直做正功，粒子电势能不断减小，动能不断增加，故C、D正确.,1,2,3,4,5,6,7,8,二、非选择题 7.把带电荷量为2108 C的正点电荷从无限远处移到电场中A点，要克服电场力做功8108 J，取无穷远处电势为零，
23、则q在A点的电势能EpA_ J，q在A点的电势A_ V，q未移入电场前A点的电势A_V.,8108,4,4,解析 取无穷远处的电势为零，电荷在无穷远处的电势能也为零， 即0，Ep0 由WAEpEpA得：EpAEpWA0(8108 J)8108 J,A点的电势由电场本身决定，与q无关，故q未移入电场前A点的电势也为4 V.,1,2,3,4,5,6,7,8,8.如图5所示的匀强电场中，有A、B、C三点，AB5 cm，BC12 cm，其中AB沿电场方向，BC和电场方向成60角.一个电荷量为q4108 C的正电荷从A移到B，电场力做功为W11.2107 J.求： (1)匀强电场的电场强度E的大小.,图5,1,2,3,4,5,6,7,8,答案 60 N/C,解析 由W1qEAB得，该电场的电场强度大小为：,(2)该电荷从B到C，电荷的电势能改变多少？,1,2,3,4,5,6,7,8,答案 减少1.44107 J,解析 该电荷从B到C，电场力做功为： W2FBCcos 60qEBCcos 60 410860121020.5 J1.44107 J 所以，该过程电荷的电势能减少1.44107 J.,