第四節(jié)電勢能和電勢

1、第一課時第一課時1.1.點電荷點電荷q q在電場中由靜止釋放在電場中由靜止釋放, ,將如何運動將如何運動? ?EF+qAB3.3.什么形式的能轉(zhuǎn)化為試探電荷的動能什么形式的能轉(zhuǎn)化為試探電荷的動能? ?2.2.什么力做功使試探電荷的動能增加什么力做功使試探電荷的動能增加? ?M一、靜電力做功有什么特點一、靜電力做功有什么特點? ?EW = F|AB| cos= q Eq E|AM|AM|1.1.將電荷將電荷q q從從A A沿直線移至沿直線移至B:B:AB+q q+q qFMEAB2.2.將電荷將電荷q q從從A A沿折線移至沿折線移至B:B:對對AM:W1 = q E |AM|對對MB:W2 =

2、 0對全程對全程: :W = W1 + W2= q E|AM|+q qF+q qF3.3.將電荷將電荷q q從從A A沿曲線移至沿曲線移至B:B:MEAB+q qFEAB+q qF+q qF+q qF+q qFW = W1 + W2 + W3 + = q E|AM|W1 = q E x1W2 = q E x2W3 = q E x3 Mx1 + x2 + x3 +=?X1x24.4.將電荷將電荷q q從從A A沿其它曲線移至沿其它曲線移至B B，靜電力做功？，靜電力做功？5.5. 如果移動負電荷，如果移動負電荷，1414結(jié)論又如何？結(jié)論又如何？MEABq qFB+MAFq q+6.6. 靜電力做

3、功有什么特點？靜電力做功有什么特點？ 在勻強電場中移動電荷時在勻強電場中移動電荷時,靜電力做的功靜電力做的功與電荷的起始位置和終止位置有關(guān)，但與電荷的起始位置和終止位置有關(guān)，但與電與電荷經(jīng)過的路徑無關(guān)。荷經(jīng)過的路徑無關(guān)。 與初、末兩點在電場線上的距離有關(guān)與初、末兩點在電場線上的距離有關(guān)靜電力做功與電荷移動的路徑無關(guān)靜電力做功與電荷移動的路徑無關(guān)7.7. 這個結(jié)論適合于其它電場嗎？這個結(jié)論適合于其它電場嗎？h回顧重力做功的特點是什么回顧重力做功的特點是什么? ?ABCmg mg mg 1.1.在這三次情況下在這三次情況下重力做功關(guān)系？重力做功關(guān)系？2.WG = m g h3.3.可以引進重力勢可

4、以引進重力勢能的概念能的概念二、電勢能二、電勢能1.1. 在電場中移動電荷在電場中移動電荷時靜電力做功與移動時靜電力做功與移動路徑無關(guān)路徑無關(guān), ,所以所以電荷在電場中有電勢能電荷在電場中有電勢能(E(Ep p) ) 如果電荷沿不同路徑移動時靜電力做的如果電荷沿不同路徑移動時靜電力做的功不一樣功不一樣, ,還能建立電勢能的概念嗎還能建立電勢能的概念嗎? ?為什為什么么? ? 這是因為這是因為: :各種勢能都是空間點的函數(shù)各種勢能都是空間點的函數(shù), ,即一個點對應(yīng)一個即一個點對應(yīng)一個確實的值確實的值, ,如果做不到如果做不到, ,就不可能定義某種勢能就不可能定義某種勢能: :我們不妨假設(shè)我們不妨

5、假設(shè)電荷從電勢能為零處沿不同路徑移動到電場中另一點電荷從電勢能為零處沿不同路徑移動到電場中另一點P,P,如果移如果移動電荷時靜電力做的功不同動電荷時靜電力做的功不同, ,那么那么, ,同一電荷在同一點同一電荷在同一點P P的的“勢勢能能”就不同，這樣，就不同，這樣，P P點的點的“勢能勢能”就沒有了確定的意義，所就沒有了確定的意義，所以，也就不能建立電勢能的概念。比如重力勢能也是一樣以，也就不能建立電勢能的概念。比如重力勢能也是一樣討論討論: :下下列電荷在電場中移動時列電荷在電場中移動時, ,靜電力做什么功靜電力做什么功? ?電荷的電勢能如何變化電荷的電勢能如何變化? ?EABAB+若在電場

6、中移動的是負電荷呢若在電場中移動的是負電荷呢? ?FF+E-FF二、電勢能二、電勢能1.1. 在電場中移動電荷時靜電力做功與移動在電場中移動電荷時靜電力做功與移動路徑無關(guān)路徑無關(guān), ,所以所以電荷在電場中有電勢能電荷在電場中有電勢能(E(Ep p) )2.2.靜電力對電荷做正功靜電力對電荷做正功 , ,電荷的電勢能減少電荷的電勢能減少( (負功負功) )WWF F = E = EP1P1 - E - EP2P2 = - = - E EP P(增加增加)靜電力做的功等于電勢能的減少量靜電力做的功等于電勢能的減少量. .提示：功的正負表示能量的增加或減少電場力做電場力做正功正功，電勢能，電勢能減少

7、減少；電勢能電勢能電場力做電場力做負功負功，電勢能，電勢能增加增加。與與重力做功跟重力勢能變化關(guān)系重力做功跟重力勢能變化關(guān)系相類比相類比PBPAABEEW重力做的功等于重力勢能的重力做的功等于重力勢能的減少量減少量靜電力做的功等于電勢能的靜電力做的功等于電勢能的減少量減少量2121PPGEEmghmghWABE+ +電勢能的電勢能的減少量減少量靜電力做功與電勢能的關(guān)系靜電力做功與電勢能的關(guān)系PBPAABEEWABE+ +設(shè)EPB =0PAABEW則零勢能零勢能參考點參考點JWAB10ABE+ +設(shè)EPB =0JWEABPA10則JWAB10ABE- -設(shè)EPB =0JWEABPA10則負號表示

8、電負號表示電勢能的勢能的高低高低二、電勢能二、電勢能1.1.因為在電場中移動電荷時因為在電場中移動電荷時靜電力做功與移動靜電力做功與移動路徑無關(guān)路徑無關(guān), ,所以電荷在電場中有所以電荷在電場中有電勢能電勢能(E(EP P) )2.2.靜電力對電荷做靜電力對電荷做正功正功 , ,電荷的電勢能電荷的電勢能減少減少( (負功負功) )WWF F = E = EP1P1 - E - EP2P2 = - = - E EP P(增加增加)靜電力做的功等于電勢能的靜電力做的功等于電勢能的減少量減少量. .3.3.電勢能具有相對性電勢能具有相對性, ,電荷在某點的電勢能電荷在某點的電勢能, ,等于靜電等于靜電

9、力把它從該點移動力把它從該點移動到零勢能位置時所做的功到零勢能位置時所做的功 (通常把離場源通常把離場源無限遠處無限遠處或或大地表面大地表面的電勢能規(guī)定為零的電勢能規(guī)定為零)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：電荷之間的電場中，電場力：電荷之間的作用力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(yīng)的能，叫電有電場力就有相應(yīng)的能，叫電勢能勢能EPEpEp由物體和地面間的相對位置由物體和地面間的相對位置決定決定EP由電荷間的相對位置決定由電荷間的相對位置

10、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下列說法中正確的是（下列說法中正確的是（ ）A.A.當(dāng)兩正點電荷相互靠近時，它們的電勢能增大當(dāng)兩正點電荷相互靠近時，它們的電勢能增大B.B.當(dāng)兩負點電荷相互靠近時，它們的電勢能增大當(dāng)兩負點電荷相互靠近時，

11、它們的電勢能增大C.C.一個正電荷與另一個負電荷相互靠近時，它們的一個正電荷與另一個負電荷相互靠近時，它們的電勢能減小電勢能減小D.D.一個正電荷與另一個負電荷相互靠近時，它們的一個正電荷與另一個負電荷相互靠近時，它們的電勢能增大。電勢能增大。例與練例與練電場力做正功，電場力做正功，電勢能電勢能減少減少；電場力做負功，電場力做負功，電勢能電勢能增加增加。與重力做功類比與重力做功類比ABC2 2、圖中、圖中MNMN為某電場中一條電場線，方向為某電場中一條電場線，方向向右，在向右，在MNMN上取兩點上取兩點a a、b b，今將一，今將一正正點電荷點電荷q q從從a a移到移到b b則（則（ ）A.

12、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。若若q q為負點為負點電荷呢？電荷呢？例與練例與練+ +v vF FqF F做做正功正功C3 3、如圖所示、如圖所示, ,電子沿一條電場線電子沿一條電場線MNMN從從a a點點運動到運動到b b點點, ,電勢能增加，則電勢能增加，則 （ ）A.A.電場力做正功，電場方向從電場力做正功，電場方向從N N指向指向M M ；B.

13、B.電場力做正功，電場方向從電場力做正功，電場方向從MM指向指向N N ；C.C.電場力做負功，電場方向從電場力做負功，電場方向從MM指向指向N N ；D.D.電場力做負功，電場方向從電場力做負功，電場方向從N N指向指向MM。例與練例與練v veF F電場力做電場力做負功負功E EC有一電荷量有一電荷量q=-310-6C的點電荷的點電荷,從電場中的從電場中的A點移到點移到B點點,克克服靜電力做功服靜電力做功610-4J,從從B點移到點移到C點時靜電力做功點時靜電力做功910-4J.問問: 以以B為零勢能點為零勢能點,電荷在電荷在A點時的電勢能點時的電勢能EPA1是多少是多少? 如選取如選取C

14、點的電勢能為零點的電勢能為零,則電荷在則電荷在A點時的電勢能點時的電勢能EPA2 又是多少又是多少? EPA1=-610-4J EPA2=310-4J練習(xí)練習(xí)第二課時第二課時思考：電場中某點的電勢能由哪些因素決定？A0lE如圖：電量為q的電荷在A點的電勢能為多大？ A0lE+ +cos0qElWAcosqElEPA設(shè)EP0 =0思考1：若電荷的電量為2q、3q、4q等時，電荷的電勢能又為多少？與電量為q時相等嗎？思考2：求出不同電量時的電勢能和相應(yīng)的電量的比值？觀察結(jié)果可得出什么結(jié)論？該比值是一個與該比值是一個與q q無關(guān)，僅與電場無關(guān)，僅與電場 及及A A點點的位置有關(guān)的量。的位置有關(guān)的量。

15、電勢能的大小與電荷量有關(guān)電勢能的大小與電荷量有關(guān),不能用電勢能來描述電場的性不能用電勢能來描述電場的性質(zhì)質(zhì),就好像不能用重力來描述某點的重力場的強弱就好像不能用重力來描述某點的重力場的強弱g.電荷在電場中某一點的電勢能與電荷在電場中某一點的電勢能與qEP1 V = 1 J/C三、電勢三、電勢1.1. 定義定義: :它的它的電荷量的比值電荷量的比值2.2. 公式公式: :3.3. 單位單位: : 伏特伏特(V) (V) ( (計算時要代入正負號計算時要代入正負號) )電勢電勢 與與高度高度h h相類相類似似 例例1. 試探電荷試探電荷q1放在電場中的放在電場中的A點點,電勢能為電勢能為E(規(guī)定規(guī)

16、定無限遠處電勢能為零無限遠處電勢能為零),A點的電勢為點的電勢為_,若把試探若把試探電荷電荷q1換成試探電荷換成試探電荷q2放在電場中的放在電場中的A點點,A點的電勢為點的電勢為_ (仍規(guī)定無限遠處電勢能為零仍規(guī)定無限遠處電勢能為零).1qE1qE若現(xiàn)在不取無限遠處電勢能為零若現(xiàn)在不取無限遠處電勢能為零,A點點的電勢還是的電勢還是 嗎嗎?1qE1. 電勢具有電勢具有相對性相對性,確定電勢確定電勢,應(yīng)先規(guī)定應(yīng)先規(guī)定電場中某處的電勢為零電場中某處的電勢為零.( .(通常規(guī)定離場通常規(guī)定離場源電荷源電荷無限遠處無限遠處或或大地大地的電勢為零的電勢為零.) .)溫馨提示：類比溫馨提示：類比 高度和高度

17、差高度和高度差 例例2. 將一電量為將一電量為 的點電荷的點電荷從電場外一點從電場外一點P移至電場中某點移至電場中某點A, 電場力電場力做做 功功 ,求求A點的電勢點的電勢.cq6102J5104解解: 場外一點場外一點P的電勢為的電勢為0pJWEPA5104VVqEPAA2010210465從從P A,電場力做的功電場力做的功 PAEW 點評點評: :計算計算電勢首先要規(guī)定電勢首先要規(guī)定零電勢處零電勢處,且且電勢可以為負電勢可以為負.2. 電勢是電勢是標(biāo)量標(biāo)量,有正負有正負,數(shù)值取決于數(shù)值取決于零電零電勢勢的選取的選取.( .(負電勢表示該處的負電勢表示該處的電勢電勢比比零電勢處零電勢處電勢

18、電勢低低.) .)正負表示相對大正負表示相對大小小, ,不表示方向不表示方向. .1. 電勢具有電勢具有相對性相對性,確定電勢確定電勢,應(yīng)先規(guī)定應(yīng)先規(guī)定電場中某處的電勢為零電場中某處的電勢為零.( .(通常規(guī)定離場通常規(guī)定離場源電荷源電荷無限遠處無限遠處或或大地大地的電勢為零的電勢為零.) .)沿著電場線方向沿著電場線方向,電勢將怎樣變化電勢將怎樣變化? d.d.如電荷只在靜電力作用下由靜止開始運動，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，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。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

19、低的比較。電場中兩點電勢高低的比較。a. a.根據(jù)電場力做功判斷：在兩點間移動根據(jù)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(jù)電荷電勢能變化判斷：在兩點間移動根據(jù)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。3 3. .沿電場線方向電勢越來沿電場線方向電勢越來越低越低1.電勢具有電勢具有相對性相對性,確定電勢確定電勢,應(yīng)先規(guī)定電應(yīng)先規(guī)定電場中某處的電勢為零場中某處的電勢為零.( .(通常取離場源電通常

20、取離場源電荷荷無限遠處無限遠處或或大地大地的電勢為零的電勢為零.) .)2. 電勢是電勢是標(biāo)量標(biāo)量,有正負有正負,數(shù)值取決于數(shù)值取決于零電勢零電勢的選取的選取.( .(負電勢表示該處的負電勢表示該處的電勢電勢比比零電勢零電勢處處電勢電勢低低.) .)4. 電勢與試探電荷無關(guān)，而電勢能與試電勢與試探電荷無關(guān)，而電勢能與試探電荷有關(guān)探電荷有關(guān)1 1、如圖所示，電場中有、如圖所示，電場中有A A、B B兩點，則下兩點，則下列說法中正確的是列說法中正確的是（ ）A A、電勢、電勢 A A B B 場強場強E EA AEEB BB B、電勢、電勢 A A B B 場強場強E EA AEEEpBpB例與練

21、例與練ABE正正電荷在電荷在高電勢高電勢處電處電勢能大，勢能大，負負電荷在電荷在低低電勢電勢處電勢能大處電勢能大BC例與練例與練電場中某點的電勢電場中某點的電勢與與檢驗電荷檢驗電荷無關(guān)。無關(guān)。四、等勢面：四、等勢面： 1 1、電場中電勢相同的各點構(gòu)成的面。、電場中電勢相同的各點構(gòu)成的面。2 2、特點：、特點：（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；即與即與電場強度方電場強度方向垂直向垂直（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??；等勢面的法線表示

22、了電場的方向，電場線的方向是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。由高等勢面指向低等勢面。沿著電場線的方向，沿著電場線的方向，電勢越來越低。電勢越來越低。（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： 注意：相鄰等勢面間電勢之差相等注意：相鄰等勢面間電勢之差相等 離導(dǎo)體表面越近，離導(dǎo)體表面越近，等勢面的形狀與導(dǎo)體等勢面的形狀與導(dǎo)體表面越相似。表面越相似。1. 1.處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體上各點的電勢處處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體上各點的電勢處處相等，

23、整個導(dǎo)體是一個等勢體。處相等，整個導(dǎo)體是一個等勢體。AB若若 A AB B，則，則E EP PA AEEP PB B，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(dǎo)體內(nèi)部場強因為處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部場強處處為零，在導(dǎo)體的任意兩點間移動電處處為零，在導(dǎo)體的任意兩點間移動電荷電場力都不做功，表明導(dǎo)體內(nèi)各點荷電場力都不做功，表明導(dǎo)體內(nèi)各點（包括表面）的電勢都相等，所以整個（包括表面）的電