高二物理電勢(shì)能和電勢(shì).ppt

高中物理新人教版 選修-系列課件,第一章靜電場(chǎng),第四節(jié) 電勢(shì)能和電勢(shì),教學(xué)目標(biāo),（一）知識(shí)與技能 1、理解靜電力做功的特點(diǎn)、電勢(shì)能的概念、電勢(shì)能與電場(chǎng)力做功的關(guān)系。2、理解電勢(shì)的概念，知道電勢(shì)是描述電場(chǎng)的能的性質(zhì)的物理量。明確電勢(shì)能、電勢(shì)、靜電力的功、電勢(shì)能的關(guān)系。了解電勢(shì)與電場(chǎng)線的關(guān)系，了解等勢(shì)面的意義及與電場(chǎng)線的關(guān)系。 （二）過程與方法 通過與前面知識(shí)的結(jié)合，理解電勢(shì)能與靜電力做的功的關(guān)系，從而更好的了解電勢(shì)能和電勢(shì)的概念。 （三）情感態(tài)度與價(jià)值觀 嘗試運(yùn)用物理原理和研究方法解決一些與生產(chǎn)和生活相 關(guān)的實(shí)際問題，增強(qiáng)科學(xué)探究的價(jià)值觀。 重點(diǎn)：理解掌握電勢(shì)能、電勢(shì)、等勢(shì)面的概念及意義。 難點(diǎn)：掌握電勢(shì)能與做功的關(guān)系，并能用此解決相關(guān)問題。,復(fù)習(xí)回顧,1、功的計(jì)算：,2、重力做功有什么特點(diǎn)？,(1)與路徑無關(guān),由初末位置的高度差來決定.,(2)WG與重力勢(shì)能的關(guān)系.,(3)重力勢(shì)能是相對(duì)的,有零勢(shì)能面.(人為選定) 重力勢(shì)能具有系統(tǒng)性,功是能量轉(zhuǎn)化的量度！,一、靜電力做功的特點(diǎn),正電荷q在電場(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中由A運(yùn)動(dòng)到M電場(chǎng)力做功嗎？做了多少功？,q,A,M,W=qEAM,F,求試探電荷q沿直線AB移動(dòng)到B時(shí)電場(chǎng)力做的功：,F,M,結(jié)論： 在勻強(qiáng)電場(chǎng)中移動(dòng)電荷時(shí)，靜電力做的功與電荷的起始位置和終止位置有關(guān)，但與電荷經(jīng)過的路徑無關(guān)。,(對(duì)于非勻強(qiáng)電場(chǎng)也適用),將+q由A移到B的過程電場(chǎng)力對(duì)電荷做功為：,將-q由A移到B的過程，電場(chǎng) 力對(duì)電荷做功為：,做功的過程是一個(gè) 能量轉(zhuǎn)化的過程， 那么電場(chǎng)力做功的 過程是什么能轉(zhuǎn)化 為什么能呢？,二、電勢(shì)能,電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能有什么關(guān)系？（聯(lián)系重力做功與重力勢(shì)能的關(guān)系）,電荷在電場(chǎng)中具有的與電荷位置有關(guān)的能，叫電勢(shì)能。,物體被舉高具有重力勢(shì)能。,1、電荷在電場(chǎng)中具有電勢(shì)能。,重力對(duì)物體做正功，物體的重力勢(shì)能減小,2、電場(chǎng)力對(duì)電荷做正功，電荷的電勢(shì)能減小,重力對(duì)物體做負(fù)功，物體的重力勢(shì)能增大,3、電場(chǎng)力對(duì)電荷做負(fù)功，電荷的電勢(shì)能增大,重力做多少功，物體重力勢(shì)能就變化多少。,4、電場(chǎng)力做多少功，電荷電勢(shì)能就變化多少。,重力勢(shì)能是相對(duì)的，與零勢(shì)能面有關(guān),5、電勢(shì)能是相對(duì)的，與零電勢(shì)能面有關(guān),通常把電荷在離場(chǎng)源電荷無限遠(yuǎn)處的電勢(shì)能規(guī)定為零，或把電荷在大地表面上電勢(shì)能規(guī)定為零。,電荷在某點(diǎn)的電勢(shì)能，等于靜電力把它從該處移動(dòng)到零勢(shì)能位置所做的功,重力勢(shì)能是物體和地球所共有的，具有系統(tǒng)性,6、電勢(shì)能是電荷和電場(chǎng)所共有的，具有系統(tǒng)性,7、電勢(shì)能是標(biāo)量,由此可見，電場(chǎng)力做功與重力做功，電勢(shì)能與重力勢(shì)能都很相似，所以大家在學(xué)習(xí)電勢(shì)能過程中應(yīng)該多聯(lián)系重力做功與重力勢(shì)能的關(guān)系幫助理解電勢(shì)能。,重力勢(shì)能和電勢(shì)能類比,重力場(chǎng)中，重力：地球和物體之間存在的吸引力,電場(chǎng)中，電場(chǎng)力：電荷之間的作用力,有重力就有重力勢(shì)能Ep= mgh,有電場(chǎng)力就有相應(yīng)的能，叫電勢(shì)能EP,Ep由物體和地面間的相對(duì)位置決定,EP由電荷間的相對(duì)位置決定,W重 = EP1-EP2,W電 = EPA-EPB,盡管重力做功與電場(chǎng)力做功很相似，但還是存在很大差異,正電荷順電場(chǎng)線移動(dòng)， 電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減少 負(fù)電荷順電場(chǎng)線移動(dòng)， 電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增加 正電荷逆電場(chǎng)線移動(dòng)， 電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增加 負(fù)電荷逆電場(chǎng)線移動(dòng)， 電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減少,存在兩種電荷,例1右圖中MN為電場(chǎng)中某一條電場(chǎng)線方 向向右，在線取兩點(diǎn)a、b 今將一電荷q 從a移到b則（ ） A.電場(chǎng)力做正功，q的電勢(shì)能增加； B.電場(chǎng)力做負(fù)功，q的電勢(shì)能增加； C.電場(chǎng)力做正功，q的電勢(shì)能減少； D.電場(chǎng)力做負(fù)功，q的電勢(shì)能減少。,C,例2：A和B為電場(chǎng)中某條電場(chǎng)線上的點(diǎn)，如圖：將q=410-9的正電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)需克服電場(chǎng)力做功5 10-7J，則 電場(chǎng)方向由AB還是BA？ 電荷在哪點(diǎn)時(shí)電勢(shì)能大？大多少？,A,B,電場(chǎng)的力的性質(zhì)我們必須用場(chǎng)強(qiáng)E來描述，那么電場(chǎng)的能的性質(zhì)我們又應(yīng)該用什么物理量來描述呢？能否用“電勢(shì)能”呢？,電場(chǎng)的能的性質(zhì)也是電場(chǎng)本身的一種屬性，它只能由場(chǎng)源本身所決定，而與電場(chǎng)中有無放入試探電荷無關(guān)。而電勢(shì)能的大小是與試探電荷的電量q有關(guān)的（因q越大，其所受電場(chǎng)力就越大，具有的做功本領(lǐng)大，電勢(shì)能也就大），故不能用“電勢(shì)能”來描述電場(chǎng)的能的性質(zhì)，我們引入一個(gè)新的物理量“電勢(shì)”來表示它。,電勢(shì)：描述電場(chǎng)的能的性質(zhì)的物理量。,如圖所示，設(shè)想把一試探電荷+q 放在電場(chǎng)中某處A或B。它們?cè)陔妶?chǎng)力F的作用下均移至無限遠(yuǎn)處。則有：WAWB,那么怎樣去衡量電場(chǎng)的能的性質(zhì)、怎樣去定義“電勢(shì)”呢？,EpA-0EpB-0,同理可知：若試探電荷為-q，也有：,也就是說，比值EpA/q的大小與試探電荷的正負(fù)及電量q均無關(guān)，只與電場(chǎng)中該點(diǎn)在電場(chǎng)中的位置有關(guān)，故其可衡量電場(chǎng)的性質(zhì)。,三. 電勢(shì),取O點(diǎn)的電勢(shì)能為零, 則:,EPA = q E L COS,討論電勢(shì)能與電荷的比值?,電荷在電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電勢(shì)能與它的電荷量的比值,2. 公式:,3. 單位: 伏特 符號(hào)為V,1 V = 1 J/C,三. 電勢(shì),1. 定義:,對(duì)電勢(shì)的理解,1：電勢(shì)的相對(duì)性：某點(diǎn)電勢(shì)的大小是相對(duì)于零點(diǎn)電勢(shì)而言的。零電勢(shì)的選擇是任意的，一般選地面和無窮遠(yuǎn)為零勢(shì)能面。 2：電勢(shì)的固有性：電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)的大小是由電場(chǎng)本身的性質(zhì)決定的，與放不放電荷及放什么電荷無關(guān)。 3：電勢(shì)是標(biāo)量 4：計(jì)算時(shí)EP,q, 都帶正負(fù)號(hào)。,1.沿著電場(chǎng)線方向,電勢(shì)將怎樣變化?,1. 電場(chǎng)線指向電勢(shì)降低的方向,2.如何確定電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)?,(提示:類比于電勢(shì)能的確定.),1. 電場(chǎng)線指向電勢(shì)降低的方向,2.與電勢(shì)能的情況相似,應(yīng)先確定電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)為零.(通常取離場(chǎng)源電荷無限遠(yuǎn)處或大地的電勢(shì)為零.),例3. 將一電量為 的點(diǎn)電荷從電場(chǎng)外一點(diǎn)P移至電場(chǎng)中某點(diǎn)A, 電場(chǎng)力做 功 ,求A點(diǎn)的電勢(shì).,解:,設(shè)場(chǎng)外一點(diǎn)P的電勢(shì)為,點(diǎn)評(píng):電勢(shì)的確定首先要確定零電勢(shì)處,且電勢(shì)可以為負(fù).,3.電勢(shì)為負(fù)數(shù)時(shí),負(fù)號(hào)表示方向嗎?,1. 電場(chǎng)線指向電勢(shì)降低的方向,2.與電勢(shì)能的情況相似,應(yīng)先確定電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)為零.(通常取離場(chǎng)源電荷無限遠(yuǎn)處或大地的電勢(shì)為零.),3.電勢(shì)是標(biāo)量,只有大小,沒有方向.(負(fù)電勢(shì)表示該處的電勢(shì)比零電勢(shì)處電勢(shì)低.),思考,在上面關(guān)于電勢(shì)能和電勢(shì)的討論及插圖中,我們一直把試探電荷q當(dāng)作正電荷處理.請(qǐng)把q當(dāng)做負(fù)電荷,重復(fù)以上討論.其結(jié)果與上面的結(jié)果是否一致?,高度和電勢(shì),重力場(chǎng)中，同一物體在不同位置，Ep不同。,電場(chǎng)中，同一電荷在電場(chǎng)中的不同位置,EP不同。,不同物體在同一位置， Ep正比于質(zhì)量m,不同電荷在同一位置， EP正比于電量q,Ep/m = gh，h只與相對(duì)位置有關(guān),EP/q 叫做電勢(shì) ， 只與相對(duì)位置有關(guān),等勢(shì)面,地理上，等高線表示地勢(shì)的高低。 在電場(chǎng)中常用等勢(shì)面來表示電勢(shì)的高低。 電場(chǎng)中電勢(shì)相同的各點(diǎn)構(gòu)成的面叫做等勢(shì)面,等勢(shì)面,等勢(shì)面的特點(diǎn)： 1、等勢(shì)面一定跟電場(chǎng)線垂直，在同一等勢(shì)面上的任意兩點(diǎn)間移動(dòng)電荷，電場(chǎng)力不做功； 2、電場(chǎng)線總是從電勢(shì)高的等勢(shì)面指向電勢(shì)低的等勢(shì)面，任意兩個(gè)等勢(shì)面都不會(huì)相交； 3、等差等勢(shì)面越密的地方電場(chǎng)強(qiáng)度越大,等勢(shì)面,幾種典型電場(chǎng)的等勢(shì)面：,1、點(diǎn)電荷電場(chǎng)中的等勢(shì)面： 以點(diǎn)電荷為球心的一簇球面,等勢(shì)面,2、等量異種點(diǎn)電荷電場(chǎng)中的等勢(shì)面： 兩簇對(duì)稱曲面,等勢(shì)面,3、等量同種點(diǎn)電荷電場(chǎng)中的等勢(shì)面： 兩簇對(duì)稱曲面,等勢(shì)面,5、勻強(qiáng)電場(chǎng)中的等勢(shì)面： 垂直于電場(chǎng)線的一簇平面,4、形狀不規(guī)則的帶電導(dǎo)體附近的電場(chǎng)線及等勢(shì)面,等勢(shì)面,如圖所示，虛線a、b和c是某靜電場(chǎng)中的三個(gè)等勢(shì)面，它們的電勢(shì)分別為 、 和 ，一帶正電粒子射入電場(chǎng)中，其運(yùn)動(dòng)軌跡如實(shí)線KLMN所示。由圖可知： A、粒子從K到L的過程中，電場(chǎng)力做負(fù)功 B、粒子從L到M的過程中，電場(chǎng)力做負(fù)功 C、粒子從K到L的過程中，電勢(shì)能增加 D、粒子從L到M的過程中，動(dòng)能減少,等勢(shì)面,如圖所示，三個(gè)等差等勢(shì)面上有a、b、c、d四點(diǎn)，若將一個(gè)正電荷由c經(jīng)a移動(dòng)到d電場(chǎng)力做正功W1，若由c經(jīng)b移動(dòng)到d電場(chǎng)力做正功W2，則：,1.如圖所示，a、b、c、d為某電場(chǎng)中的等勢(shì)面，一帶正電粒子飛入電場(chǎng)后只在電場(chǎng)力作用下沿M點(diǎn)到N點(diǎn)的虛線運(yùn)動(dòng)由圖可知，四個(gè)等勢(shì)面電勢(shì)Ua、Ub、Uc、Ud由高到低的排列順序是_，帶電粒子在M、N兩點(diǎn)中，電勢(shì)能較大的是_點(diǎn),能力提升:,2.圖一表示等量異種電荷P和Q形成的電場(chǎng)內(nèi)的一簇等勢(shì)面，求,(1)P、Q各帶何種電荷？ (2)把q=107C的正點(diǎn)電荷從A移到B，電場(chǎng)力做多少功？ (3)把q從B移到C電場(chǎng)力做多少功？ (4)把q從C移到A電場(chǎng)力做