【1.4电势能和电势】课件.ppt

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1、电势能和电势 复习回顾 1、功的计算： 2、重力做功有什么特点？ (1)与路径无关,由初末位置的高度差来决定. (2)WG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 功是能量转化的量度！ 试探电荷静止的放入电场中,将如何运动? E 电荷做加速运动,一段时间后获 得一定的速度,试探电荷的动能增加. +F 是什么能转换为动能呢? 试探正电荷q在电场强度 为E的匀强电场中沿几条不同 路径从A点移动到B点,静电力 对电荷做功分别为多少? 甲 E M W=F |AB| cos =q E |AM| AB 沿 直 线 A B q F 甲 E AB 沿 折 线

2、AMB M A B A MW1=qE |AM| W2=0 M B 所以：全过程做功 W=W1+W2=q E|AM| q F q F E N A B 乙 沿曲线ANB呢? F 用无数组跟静电力垂直和平行的折线来逼近ANB M W = q E|AM| 由以上的推导我们发现了什么? E 乙 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。 这与什么 力做功相 似呢？ 一.静电力(电场力)做功的特点 推广:非匀强电场也适用. 将+q由A移 到B的过程电 场力对电荷做 功为： 将-q由A移到B的过程，电场 力对电荷做功为： d A B +q E L

3、做功的过程是一个 能量转化的过程， 那么电场力做功的 过程是什么能转化 为什么能呢？ ) 试探电荷静止的放入电场中,将如何运动? E 电荷做加速运动,一段时间后获 得一定的速度,试探电荷的动能增加. +F 什么能转换为动能的呢? 二、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） 电荷在电场中受到电场力电场力而具有的与位置位置 有关的势能叫做电势能。 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 重力对物体做负功，即物体克服 重力做功，物体的重力势能增大 3、电场力对电荷做负功

4、，即电荷克 服电场力做功，电荷的电势能增大 重力做多少功，物体重力势能 就变化多少。 4、电场力做多少功，电荷电势能就变化 多少。或者说“电场力做的功等于电势能的减少量”。 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，等于电场力把它从 该处移动到零势能位置所做的功 如：若规定电荷在B点的电势能为0，则 电荷在A点的电势能等于WAB, 即WAB=EpA 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 由此可见，电场力做功

5、与重力做功，电 势能与重力势能都很相似，所以大家在 学习电势能过程中应该多联系重力做功 与重力势能的关系帮助理解电势能。 重力势能是标量7、电势能是标量 重力势能和电势能类比 重力场中，重力：地球和 物体之间存在的吸引力 电场中，电场力：电荷之 间的作用力 有重力就有重力势能Ep= mgh 有电场力就有相应的能， 叫电势能EP Ep由物体和地面间的相对 位置决定 EP由电荷间的相对位置决定 电场力做正功，电势能就减少 电场力做负功，电势能就增加 电场力作功，电势能改变重力做功，重力势能改变 重力做正功，重力势能就减少 重力做负功，重力势能就增加 W重 = EP1-EP2 W电 = EPA-EP

6、B 尽管重力做功与电场力做功很相似，但还是 存在很大差异 正电荷顺电场线移动， 电场力做正功，电势能减少 负电荷顺电场线移动， 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 存在两种电荷 例、下列说法中正确的是（ ） A.当两正点电荷相互靠近时，它们的电势 能增大 B.当两负点电荷相互靠近时，它们的电势 能增大 C.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 D.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。 ABC 例2、右图中MN为电场中某一条电场线方 向向右，在线取两点a、b 今将一电荷q

7、从a移到b则（ ） 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。 C 例3、A和B为电场中某条电场线上的点， 如图：将q=410-9的正电荷从A点移到B点 需克服电场力做功5 10-7J，则 电场方向由AB还是BA？ 电荷在哪点时电势能大？大多少？ A B 电场的力的性质我们必须用场强E来描述，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

8、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。 取O点的电势能为零, 则: EPA = q E L COS 讨论电势能与电荷的比值? A L O E + 也就是说，比值EpA/q的大小与试探电荷的正负及 电量q均无关，只与电场中该点在电场中的位置有 关，故其可衡量电场的性质。 电荷在电场中某一点的电势能 Ep与它的电荷量q的比值 2. 公式: 3. 单位: 伏特 符号为V 1 V = 1 J/C 三. 电势 1. 定义: 4.物理意义：描述电场的能的性质的 物理量 5 .对电势的

9、理解 （4）计算时EP, q, 都严格带正负号 。 （1）电势的相对性：某点电势的大小是相对 于零点电势而言的。零电势的选择是任意的 ，一般选地面和无穷远为零势能面。 （2）电势的固有性：电场中某点的电势的大小 是由电场本身的性质决定的，与放不放电荷及 放什么电荷无关。 （3）电势是标量，只有大小，没有方向，但有正负 1.沿着电场线方向,电势将怎样变化? 1. 沿着电场线方向电势逐渐降低 2.如何确定电场中某点的电势? (提示:类比于电势能的确定.) 1. 电场线指向电势降低的方向 2.与电势能的情况相似,应先确定电场 中某点的电势为零.(通常取离场源电 荷无限远处或大地的电势为零.) 例4.

10、 将一电量为 的点电荷从 电场外一点P移至电场中某点A, 电场力 做 功 ,求A点的电势. 解: 设场外一点P的电势为 从P A,电场力做的功 PA EW -= 点评:电势的确定首先要确定零电势处, 且电势可以为负. 3.电势为负数时,负号表示方向吗? 1. 电场线指向电势降低的方向 2.与电势能的情况相似,应先确定电场 中某点的电势为零.(通常取离场源电 荷无限远处或大地的电势为零.) 3.电势是标量,只有大小,没有方向.(负电 势表示该处的电势比零电势处电势低.) 思考 在上面关于电势能和电势 的讨论及插图中,我们一直把试 探电荷q当作正电荷处理.请把q 当做负电荷,重复以上讨论.其结 果

11、与上面的结果是否一致? 高度和电势 重力场中，同一物体在不 同位置，Ep不同。 电场中，同一电荷在 电场中的不同位置,EP 不同。 不同物体在同一位置， Ep正比于质量m 不同电荷在同一位置， EP正比于电量q Ep/m = gh，h只与相对位 置有关 EP/q 叫做电势 ， 只与 相对位置有关 练习. 如图所示,在同一条电场线上有A . B .C 三点,将 的点电荷由A点移 动到B点,电场力做什么功?做多少功?电势能 变化了多少?在将该电荷由B点移到C点,电场 力做什么功?做多少功?电势能变化了多少? A B C 地理上，等高线表示地势的高低。 在电场中常用等势面来表示电势的高低。 电场中电

12、势相同的各点构成的面叫做等势面 四、等势面 1、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和相切； （3）等差等势面越密的地方电场强度越大 2、几种典型电场的等势面 ： （1）点电荷电场中的 等势面： 以点电荷为球心的一簇球面 （2）等量异种点电荷 电场中的等势面： 两簇对称曲面 （3）等量同种点电荷 电场中的等势面： 两簇对称曲面 （5）匀强电场中的等势 面： （4）形状不规则的带电 导体附近的电场线及等 势面 垂直于电场线的一簇平面 如图所示，虚线a、b和

13、c是某静电场中的三个等势面，它们的电 势分别为 、 和 ，一带正电粒子射入电场中，其运动轨迹 如实线KLMN所示。由图可知： A、粒子从K到L的过程中，电场力做负功 B、粒子从L到M的过程中，电场力做负功 C、粒子从K到L的过程中，电势能增加 D、粒子从L到M的过程中，动能减少 如图所示，三个等差等势面上有a、b、c、d四点，若 将一个正电荷由c经a移动到d电场力做正功W1，若由c 经b移动到d电场力做正功W2，则： 1.如图所示，a、b、c、d为某电场中的等势 面，一带正电粒子飞入电场后只在电场力作 用下沿M点到N点的虚线运动由图可知， 四个等势面电势Ua、Ub、Uc、Ud由高到低 的排列顺序是_，带电粒子在M、N两 点中，电势能较大的是_点 能力提升: 2.图一表示等量异种电荷P和Q形成的电场内的一簇 等势面，求 (1)P、Q各带何种电荷？ (2)把q=107C的正点电荷从A移到B，电场力做多少功？ (3)把q从B移到C电场力做多少功？ (4)把q从C移到A电场力做多少功？ (5)q从A出发经过B和C回到A的过程中电场力对电荷做的 总功为多少？ 3.如图所示，细线一端系着一个带电量为+q、质量为m 的小球，另一端固定于O点，加一匀强电场后可使小球 静止于图示位置，此时悬线与竖直方向夹角为。要 使电场的场强最小，该电场场强的方向怎样？大小如 何？ 垂直悬线斜向上方