02_《電勢能和電勢》課件（新人教選修3-1）

1、 力學中我們研究其中心問題力和運動的關系時，是分別從動力學和能量兩個角度來進行的。現在電學中我們要深刻認識電場的性質，也要采用類似的方法。前面三節(jié)內容我們已經從電荷在電場中受力作用“電場具有力的性質”的角度研究了電場的性質，并且引入“電場強度”去描述電場的這種性質；那么從能量的角度來看，電場又有什么性質呢？n我們知道，若把一個試探電荷放入電場中，它將在靜電力的作用下做加速運動，從而獲得一定的動能，這是靜電力做功的結果，顯然要研究電場的能的性質，首先就要研究靜電力的作功問題。1 1、靜電力做功的特點：、靜電力做功的特點：n如圖所示，一帶電量為+q的試探電荷放在場強為E的勻強電場中，它在電場力的作

2、用下從A點移到B點。則電場力所做的功為：ABEqE123C沿著路徑“1”時：W1=qEABcos沿著路徑“2”時：W2=qEABcos沿著路徑“3”時：W3=qEABcos=qEAC 電場力所做的功只跟始末位置有關，而電場力所做的功只跟始末位置有關，而與電荷移動的路徑無關與電荷移動的路徑無關. . 在必修物理中我們學過，正是由于重力做功與路徑無關，故質量為m的物體在重力場中具有一定的重力勢能；同樣的道理，電場力做功也與路徑無關，所以電量為q的帶電體在電場中也應該具有一定的“電勢能”。n（1 1） 電場力做正功，電勢能減?。浑妶隽ψ稣?，電勢能減?。籲 電場力做負功，電勢能增加。電場力做負功，電

3、勢能增加。 即：即：n（2 2）電荷在某點的電勢能，等于靜電力把它）電荷在某點的電勢能，等于靜電力把它 從該點移到零勢能點時所做的功。從該點移到零勢能點時所做的功。n通常取通常取“無限遠處或大地無限遠處或大地”的電勢能為零。的電勢能為零。2 2、電勢能：、電勢能：電荷電荷 在電場中具有的由電荷在電場中具有的由電荷 間的相互作用而產生的勢能。間的相互作用而產生的勢能。n（3 3）電勢能是標量。正負表示大小不表方向）電勢能是標量。正負表示大小不表方向例例1右圖中右圖中MN為電場中某一條電場線方為電場中某一條電場線方向向右，在線取兩點向向右，在線取兩點a、b 今將一電荷今將一電荷q從從a移到移到b則

4、則（ ）A.電場力做正功，電場力做正功，q的電勢能增加；的電勢能增加；B.電場力做負功，電場力做負功，q的電勢能增加；的電勢能增加；C.電場力做正功，電場力做正功，q的電勢能減少；的電勢能減少；D.電場力做負功，電場力做負功，q的電勢能減少。的電勢能減少。C C 例例2：A和和B為電場中某條電場線上的點，為電場中某條電場線上的點，如圖：將如圖：將q=410-9的正電荷從的正電荷從A點移到點移到B點需克服電場力做功點需克服電場力做功5 10-7J，則，則 電場方向由電場方向由AB還是還是BA？ 電荷在哪點時電勢能大？大多少？電荷在哪點時電勢能大？大多少？AB 電場的力的性質我們必須用場強E來描述

5、，那么電場的能的性質我們又應該用什么物理量來描述呢？能否用“電勢能”呢？ 電場的能的性質也是電場本身的一種屬性，它只能由場源本身所決定，而與電場中有無放入試探電荷無關。而電勢能的大小是與試探電荷的電量q有關的（因q越大，其所受電場力就越大，具有的做功本領大，電勢能也就大），故不能用“電勢能”來描述電場的能的性質，我們引入一個新的物理量“電勢”來表示它。3 3、電勢：、電勢：描述電場的能的性質的物理量。描述電場的能的性質的物理量。n如圖所示，設想把一試探電荷+q 放在電場中某處A或B。它們在電場力F的作用下均移至無限遠處。則有：WAWB那么怎樣去衡量電場的能的性質、怎樣去定義“電勢”呢？+ABE

6、pA-0EpB-0qEqEBpApqEqEBpAp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及電量q均無關，只與電場中該點在電場中的位置有關，故其可衡量電場的性質。（1 1）概念：電荷在電場中某一點的電勢能與它的）概念：電荷在電場中某一點的電勢能與它的 電荷量的比值，叫做這一點的電勢。電荷量的比值，叫做這一點的電勢。（2 2）定義式：）定義式：qEp（3 3）單位：伏特（）單位：伏特（V V）（4 4）電勢是標量。但有正有負，其正負同樣表示）電勢是標量。但有正有負，其正負同樣表示 大?。ㄆ淞泓c在大小（其零點在無限遠處或大地）無限遠處或大地）。rQk（5

7、5）決定式：）決定式：（真空中，點電荷）（真空中，點電荷）a. a.電勢是電場本身的性質，其大小只跟場源電勢是電場本身的性質，其大小只跟場源QQ及及該點到場源間的距離該點到場源間的距離r r有關。有關。b.b.電勢能的大小不僅與場源有關，還與試電勢能的大小不僅與場源有關，還與試探電荷探電荷q q有關有關rQqKqErWErQKEpP，因為2:rQKqEp:所以qEp 例例3. 將一電量為將一電量為 的點電的點電荷從電場外一點荷從電場外一點P移至電場中某點移至電場中某點A, 電電場力做場力做 功功 ,求求A點的電勢點的電勢.cq6102J5104解解:設場外一點設場外一點P的電勢為的電勢為0pJ

8、WEPA5104VVqEPAA2010210465從從P A,電場力做的功電場力做的功 PAEW 點評點評: :電勢的確定首先要確定零電勢處電勢的確定首先要確定零電勢處,且電勢可以為負且電勢可以為負.重力勢能和電勢能類比重力勢能和電勢能類比 重力場中，重力：地球和重力場中，重力：地球和物體之間存在的吸引力物體之間存在的吸引力電場中，電場力：電荷之電場中，電場力：電荷之間的作用力間的作用力有重力就有重力勢能有重力就有重力勢能Ep= mghEp= mgh有電場力就有相應的能，有電場力就有相應的能，叫電勢能叫電勢能EPEpEp由物體和地面間的相對由物體和地面間的相對位置決定位置決定EP由電荷間的相對

9、位置決定由電荷間的相對位置決定電場力做正功，電勢能就減少電場力做正功，電勢能就減少電場力做負功，電勢能就增加電場力做負功，電勢能就增加電場力作功，電勢能改變電場力作功，電勢能改變重力做功，重力勢能改變重力做功，重力勢能改變重力做正功，重力勢能就減少重力做正功，重力勢能就減少重力做負功，重力勢能就增加重力做負功，重力勢能就增加W W重重 = E= EP1P1-E-EP2P2W W電電 = E= EPAPA-E-EPBPB高度和電勢高度和電勢 重力場中，同一物體在不重力場中，同一物體在不同位置，同位置，E Ep p不同。不同。電場中，同一電荷在電場中，同一電荷在電場中的不同位置電場中的不同位置,E

10、,EP P不同。不同。不同物體在同一位置，不同物體在同一位置，E Ep p正比于質量正比于質量m m不同電荷在同一位置，不同電荷在同一位置，E EP P正比于電量正比于電量q qE Ep p/m = gh/m = gh，h h只與相對位只與相對位置有關置有關E EP P/q /q 叫做電勢叫做電勢 ， 只與只與相對位置有關相對位置有關 n1 1、電場與重力場有許多相似之處，電勢類似于高度，、電場與重力場有許多相似之處，電勢類似于高度， 電場力做功類似于重力做功；物體在重力場中具有電場力做功類似于重力做功；物體在重力場中具有 重力勢能，同樣電荷在電場中具有電勢能。重力勢能，同樣電荷在電場中具有電

11、勢能。n2 2、電場力做功與電勢能變化的關系、電場力做功與電勢能變化的關系: : 電場力做多少正功，電勢能就減少多少，電場力做電場力做多少正功，電勢能就減少多少，電場力做 多少負功（電荷克服電場力做多少功）電勢能就增多少負功（電荷克服電場力做多少功）電勢能就增 加多少。（類似重力做功與重力勢能變化。）加多少。（類似重力做功與重力勢能變化。）n3 3、電勢是反映電場中某點能量的性質的物理量。它的、電勢是反映電場中某點能量的性質的物理量。它的 正負分別表示比參考點的電勢高還是低；它的大小正負分別表示比參考點的電勢高還是低；它的大小 與該點在電場中的位置和零勢點的選取有關。與該點在電場中的位置和零勢

12、點的選取有關。小結：小結：d.如電荷只在靜電力作用下由靜止開始運動，正電荷由電勢高的點移向電勢低的點，負電荷由電勢低的點移向電勢高的點。ABE電場中兩點電勢高低的比較。電場中兩點電勢高低的比較。a. a.根據電場力做功判斷：在兩點間移動根據電場力做功判斷：在兩點間移動正電荷正電荷，如，如電場力做正功，電勢降低，如做負功，電勢升高。電場力做正功，電勢降低，如做負功，電勢升高。b.b.根據電荷電勢能變化判斷：在兩點間移動根據電荷電勢能變化判斷：在兩點間移動正電荷正電荷，如電勢能增加，電勢升高，電勢能減少，電勢降低。如電勢能增加，電勢升高，電勢能減少，電勢降低。練習鞏固練習鞏固1 1下圖中下圖中MN

13、MN為電場中某一條電場線，方向向右，為電場中某一條電場線，方向向右， 在線取兩點在線取兩點a a、b b ，今將一電荷，今將一電荷q q從從a a移到移到b b， 則則（ ） A A、電場力做正功，、電場力做正功，q q的電勢能增加；的電勢能增加； B B、電場力做負功，、電場力做負功，q q的電勢能增加；的電勢能增加； C C、電場力做正功，、電場力做正功，q q的電勢能減少；的電勢能減少； D D、電場力做負功，、電場力做負功，q q的電勢能減少。的電勢能減少。C2 2下列說法中正確的是：（下列說法中正確的是：（ ）A A、當兩正點電荷相互靠近時，它們之間的庫侖、當兩正點電荷相互靠近時，它

14、們之間的庫侖 力增大，它們的電勢能也增大力增大，它們的電勢能也增大B B、當兩負點電荷相互靠近時，它們之間的庫侖、當兩負點電荷相互靠近時，它們之間的庫侖 力增大，它們的電勢能也增大力增大，它們的電勢能也增大C C、一個正電荷與另一個負電荷相互靠近時，它、一個正電荷與另一個負電荷相互靠近時，它 們之間的庫侖力增大，它們的電勢能減小。們之間的庫侖力增大，它們的電勢能減小。D D、一個正電荷與另一個負電荷相互靠近時，、一個正電荷與另一個負電荷相互靠近時，它它 們之間的庫侖力減小，它們的電勢能增大。們之間的庫侖力減小，它們的電勢能增大。ABCn (1) a (1) a點電勢高。點電勢高。n（2 2）b

15、 b點電勢能大；點電勢能大；a a 點電勢能大。點電勢能大。3 3、如圖所示，在正的點、如圖所示，在正的點 電荷電荷Q Q的電場中有的電場中有a a、 b b兩點，它們到點電荷兩點，它們到點電荷 Q Q的距離的距離 r r1 1rr2 2 。（。（ l l） a a、b b兩點哪點電勢兩點哪點電勢 高？（高？（2 2）將一負點電荷）將一負點電荷 放在放在a a、b b兩點，哪點電勢能較大？若放的是正兩點，哪點電勢能較大？若放的是正 點電荷呢？點電荷呢？4. 4.如圖所示，在同一條電場線上有如圖所示，在同一條電場線上有A A、B B、C C三點，三點，三點的電勢分別是三點的電勢分別是 A A=5

16、V=5V， B B=-2V=-2V， C C=0=0，將，將電荷量電荷量q q=-6=-61010-6 -6C C的點電荷從的點電荷從A A移到移到B B電場力做電場力做功多少？電勢能變化了多少？若將該電荷從功多少？電勢能變化了多少？若將該電荷從B B移到移到C C，電場力做功多少？電勢能變化了多少？，電場力做功多少？電勢能變化了多少？該點電荷在三點中哪一點時電勢能最大？該點電荷在三點中哪一點時電勢能最大？ABC解：（解：（1 1）將點電荷從）將點電荷從A A移到移到B B，電場力做功，電場力做功ABWBAqq)2(51066J=-4.210-5J 由由WWABAB= =E Ep pA A-

17、-E Ep pB B可知，電場力做可知，電場力做-4.2-4.21010-5 -5J J的功，的功，因此電勢能增加了因此電勢能增加了4.24.21010-5 -5J J ABC（2 2）將點電荷從）將點電荷從B B移到移到C C，電場力做功，電場力做功 CBBCqqW)2(100 . 66J=1.210-5J 因為電場力做正功因為電場力做正功1.21.21010-5 -5J J，所以電勢能減少，所以電勢能減少了了1.21.21010-5 -5J J（3 3）由題給條件可知：場強方向是從）由題給條件可知：場強方向是從ABAB，由于，由于 沿著電場線的方向電勢逐漸降低，所以沿著電場線的方向電勢逐漸

18、降低，所以 B B 最最 小。再由小。再由E Ep p=q=q 可得：可得：該點電荷在該點電荷在B B處電勢能處電勢能 最大。最大。 前面我們曾經用電場線描繪了電場的力的性質的分布圖，那么從能量的角度描繪出來的電場分布圖又是怎樣的呢？（正像地理上描繪的地形圖與礦產資源分布圖不一樣，電場得力的分布圖與能的分布圖肯定也是不一樣的。）用什么辦法可以描繪出電場的能的分布圖呢？ 我們知道，電場中每個點的電勢一般是不相同的，但仍然有許多點的電勢是相同的。例如點電荷形成的電場中，離場源距離相等的各點電勢都是相同的（ A=B ），若把這些點連起來，則構成一個曲面，我們把這個面叫做“等勢面”。QCBA 在地圖上

19、我們常用等高線來表示地形的高低，與此相似，電場中常用“等勢面”來表示電勢的高低。4 4、等勢面：、等勢面：電場中電勢相同的各點構成的面。電場中電勢相同的各點構成的面。（1 1）在同一等勢面上移動電荷，電場力不做功；）在同一等勢面上移動電荷，電場力不做功；（2 2）等勢面與電場線處處垂直；）等勢面與電場線處處垂直；（3 3）等勢面間的疏密程度表示了場強的大?。坏龋┑葎菝骈g的疏密程度表示了場強的大?。坏?勢面的法線表示了電場的方向，電場線的方勢面的法線表示了電場的方向，電場線的方 向是由高等勢面指向低等勢面。向是由高等勢面指向低等勢面。（4 4）勻強電場的等勢面是一組相互平行的疏密均）勻強電場的等

20、勢面是一組相互平行的疏密均 勻的平面；勻的平面； 幾種常見電場的等勢面分布圖譜：幾種常見電場的等勢面分布圖譜： 離導體表面越近，離導體表面越近，等勢面的形狀與導體等勢面的形狀與導體表面越相似。表面越相似。1. 1.處于靜電平衡狀態(tài)的導體上各點的電勢處處于靜電平衡狀態(tài)的導體上各點的電勢處處相等，整個導體是一個等勢體。處相等，整個導體是一個等勢體。AB若若 A AB B，則，則E EPAPAEEPBPB，WWABAB0,0,電荷在運動。電荷在運動。2 2、等勢面與電場線一樣是人們?yōu)榱诵蜗竺枥L電、等勢面與電場線一樣是人們?yōu)榱诵蜗竺枥L電場而引入的假想曲線；他們從兩個不同的角度場而引入的假想曲線；他們從

21、兩個不同的角度描述了電場的分布情況，兩者互相垂直。描述了電場的分布情況，兩者互相垂直。因為處于靜電平衡狀態(tài)的導體內部場強因為處于靜電平衡狀態(tài)的導體內部場強處處為零，在導體的任意兩點間移動電處處為零，在導體的任意兩點間移動電荷電場力都不做功，表明導體內各點荷電場力都不做功，表明導體內各點（包括表面）的電勢都相等，所以整個（包括表面）的電勢都相等，所以整個導體是等勢體，導體表面是等勢面導體是等勢體，導體表面是等勢面n推論：地球是處于靜電平衡狀態(tài)的推論：地球是處于靜電平衡狀態(tài)的大導體大導體（1 1）跟地球相連的導體是等勢體）跟地球相連的導體是等勢體（2 2）實際中常取地球或與地球相連）實際中常取地球

22、或與地球相連的導體的電勢作參考，認為它們的的導體的電勢作參考，認為它們的電勢為零電勢為零5 5、關于等勢面正確的說法是（、關于等勢面正確的說法是（ ）A A電荷在等勢面上移動時不受電場力作用，電荷在等勢面上移動時不受電場力作用， 所以不做功；所以不做功；B B等勢面上各點的場強相等；等勢面上各點的場強相等；C C等勢面一定跟電場線垂直；等勢面一定跟電場線垂直；D D兩不同等勢面在空間不能相交。兩不同等勢面在空間不能相交。6 6、一個點電荷，從靜電場中的、一個點電荷，從靜電場中的a a點移至點移至b b點，其電點，其電 勢能的變化為零，則：（）勢能的變化為零，則：（） A Aa a、b b兩點的

23、場強一定相等兩點的場強一定相等 B B該電荷一定沿等勢面移動該電荷一定沿等勢面移動 C C作用于該點電荷的電場力與其移動方向總作用于該點電荷的電場力與其移動方向總 是垂直的是垂直的 D Da a、b b兩點的電勢相等兩點的電勢相等CD D 7 7、下列說法正確的是：（、下列說法正確的是：（ ） A.A.電荷在電勢高處電勢能也大；電荷在電勢高處電勢能也大； B.EB.E和和 均為反映電場性質的物理量，故均為反映電場性質的物理量，故E E大則大則 必大；必大； C C. .場強場強E E為零的地方電勢為零的地方電勢 必為零；必為零； D D. .電勢電勢 為零的地方場強為零的地方場強E E可以不為

24、零可以不為零。 解析解析 ：對：對AA正電荷就對，負電荷則不對；正電荷就對，負電荷則不對；-Q-Q形形 成的電場中成的電場中E E大處則大處則 小，小，勻強電場中各處的勻強電場中各處的 E E值相同但值相同但 不同；等量同種電荷連線中點不同；等量同種電荷連線中點 處處E=0E=0而而 0 0 ，靜電平衡狀態(tài)的導體內部，靜電平衡狀態(tài)的導體內部 E=0 E=0而而 0 0 ；等量異種電荷連線中點處；等量異種電荷連線中點處E E 0 0而而=0=0。 D8 8、在一點電荷、在一點電荷Q Q產生的電場中，一個產生的電場中，一個 粒子（帶粒子（帶 正電荷）通過時的軌跡如圖所示，圖中虛線正電荷）通過時的軌

25、跡如圖所示，圖中虛線 則表示電場中則表示電場中a a、b b所在的兩個等勢面，以下所在的兩個等勢面，以下 說法中正確的是（說法中正確的是（ ） A A點電荷點電荷Q Q可能為正電荷，也可能為負電荷可能為正電荷，也可能為負電荷 B B運動中運動中 粒子總是克服電場力做功粒子總是克服電場力做功 C C 粒子在粒子在a a、b b兩等勢面時兩等勢面時a a的動能一定比的動能一定比b b的的大大 D D 粒子在經過粒子在經過a a、b b兩等勢面上時的兩等勢面上時的a a點時的電點時的電 勢能一定比勢能一定比b b點時的大點時的大9 9、一帶電粒子射入一固定在、一帶電粒子射入一固定在O O點的點電荷的

26、電點的點電荷的電 場中，粒子運動軌跡如下圖虛線場中，粒子運動軌跡如下圖虛線a a、b b、c c所所 示，圖中實線是同心圓弧，表示電場的等勢示，圖中實線是同心圓弧，表示電場的等勢 面，不計重力，則可以斷定面，不計重力，則可以斷定( )( ) A. A.此粒子一直受到靜電排斥力此粒子一直受到靜電排斥力 B.B.粒子在粒子在b b點的電勢能一定大于點的電勢能一定大于a a點的電勢能點的電勢能 C.C.粒子在粒子在b b點的速度一定大于點的速度一定大于a a點的速度點的速度 D.D.粒子在粒子在a a點和點和c c點速度大小相等點速度大小相等ABD1010、如圖所示，在場強為、如圖所示，在場強為 E E的水平勻強電場中，的水平勻強電場中， 一根長為一根長為L L的絕緣桿，的絕緣桿， 兩端分別固定著帶有兩端分別固定著帶有 電量電量q q和和q q的小球的小球 （大小不計）?，F讓絕（大小不計）。現讓絕 緣桿繞中