電勢(shì)能 電勢(shì) 高二上學(xué)期物理人教版（2019）必修第三冊(cè)

新人教版必修三第十章

靜電場(chǎng)中的能量第1節(jié)電勢(shì)能電勢(shì)新課引入一個(gè)正電荷在勻強(qiáng)電場(chǎng)中只受到靜電力F的作用，它在電場(chǎng)中由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)，靜電力做了正功WAB。E

ABF是一種什么形式的能量在減少呢？

由動(dòng)能定理可知，該電荷的動(dòng)能增加了WAB。根據(jù)能量守恒定律，動(dòng)能增加就意味著有某種形式的能量在減少。從做功角度研究能量是我們常用的思路，靜電力做功有什么特點(diǎn)呢？二、光的折射學(xué)習(xí)任務(wù)一：靜電力做功的特點(diǎn)

質(zhì)量為的小球，在地面附件不管如何運(yùn)動(dòng)，受到的重力都等于，方向豎直向下用類(lèi)比法研究電場(chǎng)能的性質(zhì)

一個(gè)帶電量為的正試探電荷在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，不管怎樣運(yùn)動(dòng)，受到的靜電力大小都等于，方向與場(chǎng)強(qiáng)方向相同。重力做功的特點(diǎn)與路徑無(wú)關(guān)，由初末位置的高度差來(lái)決定靜電力做功是否具有這樣的特點(diǎn)？二、光的折射學(xué)習(xí)任務(wù)一：靜電力做功的特點(diǎn)情景1：將正的檢驗(yàn)電荷q從A沿直線移至B，求電場(chǎng)力的功W=F·|AB|cosθ=q

E·|AM|情景2：將正的檢驗(yàn)電荷q從A沿折線移至B，求電場(chǎng)力的功對(duì)AM:W1=qE·|AM|對(duì)MB:W2=0對(duì)全程:W=W1+W2=qE·|AM|二、光的折射學(xué)習(xí)任務(wù)一：靜電力做功的特點(diǎn)情景3：將正的檢驗(yàn)電荷q從A沿曲線移至B，求電場(chǎng)力的功W=W1+W2+W3+…

=qE·|AM|W1=q

E

·x1W2=qE·x2…………二、光的折射學(xué)習(xí)任務(wù)一：靜電力做功的特點(diǎn)

在勻強(qiáng)電場(chǎng)中移動(dòng)電荷時(shí),電場(chǎng)力做的功與電荷經(jīng)過(guò)的路徑無(wú)關(guān),與電荷的起始位置和終止位置有關(guān)上述結(jié)論對(duì)任意電場(chǎng)都是成立的總結(jié)：學(xué)習(xí)任務(wù)二：電勢(shì)能

重力做功反映了與初末位置有關(guān)的一個(gè)物理量的變化。EP=mghWG=mgh1-mgh2=－ΔEp電場(chǎng)力做功反映了與初末位置有關(guān)的一個(gè)物理量的變化。W電

=Ep1-Ep2=－ΔEp物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力對(duì)它做的功只跟它的起點(diǎn)和終點(diǎn)位置的高度差有關(guān)，而跟物體運(yùn)動(dòng)的路徑無(wú)關(guān)。在勻強(qiáng)電場(chǎng)中移動(dòng)電荷時(shí),靜電力做的功與電荷經(jīng)過(guò)的路徑無(wú)關(guān),與電荷的起始位置和終止位置有關(guān)1.電場(chǎng)中的電荷由于受到電場(chǎng)力作用而具有的勢(shì)能，這種勢(shì)能叫電勢(shì)能（Ep）。正電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)時(shí)，靜電力做正功，電荷的電勢(shì)能減少。正電荷從B點(diǎn)移到A點(diǎn)時(shí)，靜電力做負(fù)功，即電荷克服靜電力做功，電荷的電勢(shì)能增加。把正電荷從A點(diǎn)移到B

+

把正電荷從B點(diǎn)移到A

-

學(xué)習(xí)任務(wù)二：電勢(shì)能2.電勢(shì)能與電場(chǎng)力做功的關(guān)系：二、光的折射學(xué)習(xí)任務(wù)二：電勢(shì)能3.電勢(shì)能是相對(duì)的，具體數(shù)值與零勢(shì)能面的選取有關(guān)；4.電勢(shì)能為電荷和對(duì)它作用的電場(chǎng)組成的系統(tǒng)共有。5.電勢(shì)能是標(biāo)量。

通常把電荷在離場(chǎng)源電荷無(wú)限遠(yuǎn)處的電勢(shì)能規(guī)定為0，或把電荷在大地表面的電勢(shì)能規(guī)定為0。多遠(yuǎn)算“無(wú)限遠(yuǎn)”呢？我們說(shuō)某個(gè)電荷的電勢(shì)能，只是一種簡(jiǎn)略的說(shuō)法。例如：EpA=3J比0勢(shì)能點(diǎn)多3J

EpB=-3J比0勢(shì)能點(diǎn)低3JEpA＞EpB二、光的折射學(xué)習(xí)任務(wù)二：電勢(shì)能1.電荷在某點(diǎn)的電勢(shì)能，等于把它從該點(diǎn)移動(dòng)到零勢(shì)能面時(shí)靜電力所做的功。EAB若以A點(diǎn)作為零勢(shì)能面，則有

EPA-EPB=WAB因EPA=0，則EPB=-WAB如圖，若A→B電場(chǎng)力所做功為WAB若以B點(diǎn)作為零勢(shì)能面，則EPA-0=WAB即EPA=WAB

2.選擇不同的零勢(shì)能面，對(duì)于同一個(gè)帶電體在同一點(diǎn)來(lái)說(shuō)電勢(shì)能大小是不相同的。6.電勢(shì)能的大?。嚎偨Y(jié)：將帶電量為6×10-6C的負(fù)電荷從電場(chǎng)中的A點(diǎn)移到B點(diǎn)，克服電場(chǎng)力做了3×10-5J的功，再?gòu)腂移到C，電場(chǎng)力做了1.2×10-5J的功，則（1）電荷從A移到B，再?gòu)腂移到C的過(guò)程中電勢(shì)能共改變了多少？（2）如果規(guī)定A點(diǎn)的電勢(shì)能為零，則該電荷在B點(diǎn)和C點(diǎn)的電勢(shì)能分別為多少？（3）如果規(guī)定B點(diǎn)的電勢(shì)能為零，則該電荷在A點(diǎn)和C點(diǎn)的電勢(shì)能分別為多少？增加了1.8×10-5J.EPC=1.8×10-5J

EPC=-1.2×10-5JEPB=3×10-5J

EPA=-3×10-5J當(dāng)堂訓(xùn)練

電場(chǎng)的力的性質(zhì)我們必須用場(chǎng)強(qiáng)E來(lái)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(lái)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(wú)放入試探電荷無(wú)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(lái)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(lái)表示它。學(xué)習(xí)任務(wù)三：電勢(shì)在勻強(qiáng)電場(chǎng)的AB兩點(diǎn)間分別移動(dòng)電荷，若取B點(diǎn)的電勢(shì)能為零,若點(diǎn)電荷的電量為q則A點(diǎn)的電勢(shì)能為多少?EPA/q一定嗎？學(xué)習(xí)任務(wù)三：電勢(shì)1.尋找表示電場(chǎng)能的性質(zhì)的物理量設(shè)EPB

=0勻強(qiáng)電場(chǎng)EABθ++qF若點(diǎn)電荷的電量為nq哪？學(xué)習(xí)任務(wù)三：電勢(shì)同理勻強(qiáng)電場(chǎng)EABθ++qF該比值是一個(gè)與q無(wú)關(guān)，僅與電場(chǎng)及A點(diǎn)的位置有關(guān)的量?？梢宰C明，對(duì)其它電場(chǎng)同樣使用（6）標(biāo)量確定某點(diǎn)的電勢(shì)，應(yīng)先規(guī)定電場(chǎng)中某處電勢(shì)為零，通常取大地或無(wú)窮遠(yuǎn)處的電勢(shì)為零。（2）.公式(計(jì)算時(shí)要代入正負(fù)號(hào))(有正負(fù),負(fù)電勢(shì)表示該處的電勢(shì)比零電勢(shì)低)（5）電勢(shì)具有相對(duì)性1V=1J/C（3）單位:伏特(V)三、電勢(shì)（1）.定義電荷在電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電勢(shì)能與它的電荷量之比。學(xué)習(xí)任務(wù)三：電勢(shì)（4）物理意義:反映電場(chǎng)能的性質(zhì)（

φ與是否放檢驗(yàn)電荷、電性、電荷量都無(wú)關(guān)，由電場(chǎng)本身決定）2.電勢(shì)問(wèn)題：正（負(fù)）電荷順（逆）著電場(chǎng)線運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力做什么功，電勢(shì)能如何變？電勢(shì)如何變？正.順：電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減少，電勢(shì)降低。正.逆：電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增加，電勢(shì)升高。負(fù).順：電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增加，電勢(shì)降低。負(fù).逆：電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減少，電勢(shì)升高。結(jié)論：

順著電場(chǎng)線電勢(shì)逐漸降低（電場(chǎng)線指向電勢(shì)降低的方向）學(xué)習(xí)任務(wù)三：電勢(shì)例題將一電量為q=-2×10-6C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4×10-5J，求A點(diǎn)的電勢(shì)

A。（設(shè)

P=0）解:設(shè)場(chǎng)外一點(diǎn)P的電勢(shì)為從PA,電場(chǎng)力做的功PAEW-=使用公式求某點(diǎn)的電勢(shì)時(shí)，必須代正、負(fù)號(hào)

電勢(shì)φ電勢(shì)能Ep物理意義反映電場(chǎng)的能的性質(zhì)的物理量反映電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)所具有的能量相關(guān)因素電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電勢(shì)φ的大小，只跟電場(chǎng)本身有關(guān)，跟點(diǎn)電荷q無(wú)關(guān)電勢(shì)能的大小是由點(diǎn)電荷q和該點(diǎn)電勢(shì)φ共同決定的大小電勢(shì)沿電場(chǎng)線逐漸降低，規(guī)定零電勢(shì)點(diǎn)后，某點(diǎn)的電勢(shì)高于零，則為正值；某點(diǎn)的電勢(shì)低于零，為負(fù)值正點(diǎn)電荷(＋q)電勢(shì)能的正負(fù)跟電勢(shì)的正負(fù)相同；負(fù)點(diǎn)電荷(－q)電勢(shì)能的正負(fù)跟電勢(shì)的正負(fù)相反單位伏特V焦耳J聯(lián)系φ＝Ep/q或Ep＝qφ，二者均是標(biāo)量電勢(shì)能大小的判斷請(qǐng)熟記，正電荷在電勢(shì)高的地方電勢(shì)能大3.電勢(shì)能與電勢(shì)的區(qū)別與聯(lián)系學(xué)習(xí)任務(wù)三：電勢(shì)

電勢(shì)φ電場(chǎng)強(qiáng)度E物理意義描述電場(chǎng)能的性質(zhì)描述電場(chǎng)力的性質(zhì)大小(1)電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)等于該點(diǎn)跟選定的標(biāo)準(zhǔn)位置(零電勢(shì)點(diǎn))間的電勢(shì)差(2)φ＝Ep/q，φ在數(shù)值上等于單位正電荷在電場(chǎng)中該點(diǎn)具有的電勢(shì)能(1)電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度等于放在該點(diǎn)的點(diǎn)電荷所受的電場(chǎng)力F跟點(diǎn)電荷電荷量q的比值(2)E＝F/q，E在數(shù)值上等于單位電荷在該點(diǎn)所受到的靜電力矢標(biāo)性標(biāo)量矢量單位VN/C或V/m聯(lián)系(1)電勢(shì)沿著電場(chǎng)強(qiáng)度的方向降低(2)大小之間不存在任何關(guān)系，電勢(shì)為零的點(diǎn)，電場(chǎng)強(qiáng)度不一定為零；電勢(shì)高的地方，電場(chǎng)強(qiáng)度不一定大；電場(chǎng)強(qiáng)度為零的地方，電勢(shì)不一定為零；電場(chǎng)強(qiáng)度大的地方，電勢(shì)不一定高。學(xué)習(xí)任務(wù)三：電勢(shì)4.電勢(shì)與電場(chǎng)強(qiáng)度的區(qū)別與聯(lián)系電勢(shì)高低判斷方法（2）場(chǎng)源電荷判斷法：離場(chǎng)源正電荷越近，電勢(shì)越高，離場(chǎng)源負(fù)電荷越近，電勢(shì)越低.若以無(wú)窮遠(yuǎn)處電勢(shì)為零，正點(diǎn)電荷周?chē)魈幍碾妱?shì)都為正，負(fù)點(diǎn)電荷周?chē)魈幍碾妱?shì)都為負(fù)。（1）沿電場(chǎng)線(場(chǎng)強(qiáng))方向電勢(shì)逐漸降低（且降低的最快）。即電場(chǎng)線指向電勢(shì)降低的方向。（3）電勢(shì)能判斷法：正電荷在高電勢(shì)處電勢(shì)能較大；負(fù)電荷在低電勢(shì)處電勢(shì)能較大.拓展當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)1．如圖，在電場(chǎng)強(qiáng)度為的勻強(qiáng)電場(chǎng)中有A、B、C三個(gè)點(diǎn)，AB為5cm，BC為12cm，其中AB沿電場(chǎng)方向，BC和電場(chǎng)方向的夾角為。將電荷量為的正電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，再?gòu)腂點(diǎn)移到C點(diǎn)，靜電力做了多少功？若將該電荷沿直線由A點(diǎn)移到C點(diǎn)，靜電力做的功又是多少？解析：靜電力做功電場(chǎng)力做功與路徑無(wú)關(guān)，則將該電荷沿直線由點(diǎn)移到點(diǎn)，靜電力做的功仍為當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)2.把的試探電荷放在電場(chǎng)中的A點(diǎn)，具有

的電勢(shì)能，求：(1)A點(diǎn)的電勢(shì)；(2)若把的試探電荷放在電場(chǎng)中的A點(diǎn)，電荷所具有的電勢(shì)能是多少？解析：(1)A點(diǎn)的電勢(shì)

(2)若把q2=2×10-10C的試探電荷放在電場(chǎng)中的A點(diǎn)，電荷所具有的電勢(shì)能是

當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)3.回答下列題目后小結(jié)：如何根據(jù)試探電荷的電勢(shì)能來(lái)判斷電場(chǎng)中兩點(diǎn)電勢(shì)的高低？(1)q在A點(diǎn)的電勢(shì)能比在B點(diǎn)的大，A、B兩點(diǎn)哪點(diǎn)電勢(shì)高？(2)-q在A點(diǎn)的電勢(shì)能比在B點(diǎn)的大，A、B兩點(diǎn)哪點(diǎn)電勢(shì)高？(3)Q在E點(diǎn)的電勢(shì)能為負(fù)值，-q在F點(diǎn)的電勢(shì)能是負(fù)值，E、F兩點(diǎn)哪點(diǎn)電勢(shì)高？解析：(1)+q在A點(diǎn)的電勢(shì)能比在B點(diǎn)大，根據(jù)電勢(shì)的定義式，可知A點(diǎn)的電勢(shì)較高。(2)-q在C點(diǎn)的電勢(shì)能比在D點(diǎn)大，根據(jù)電勢(shì)的定義式可知D點(diǎn)的電勢(shì)較高。(3)+q在E點(diǎn)的電勢(shì)能為負(fù)值，-q在F點(diǎn)的電勢(shì)能也為負(fù)值，根據(jù)公式知E點(diǎn)的電勢(shì)為負(fù)值，F(xiàn)點(diǎn)的電勢(shì)為正值，故E點(diǎn)電勢(shì)低于F點(diǎn)電勢(shì)。由以上分析可知：正電荷的電勢(shì)能大的地方電勢(shì)高；負(fù)電荷在電勢(shì)能小的地方電勢(shì)高。當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)4.根據(jù)圖解答以下題目，然后進(jìn)行小結(jié)：如何根據(jù)勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)線來(lái)判斷兩點(diǎn)電勢(shì)的高低？

(1)M、N是勻強(qiáng)電場(chǎng)中同一條電場(chǎng)線上的兩點(diǎn)，哪點(diǎn)電勢(shì)高？(2)M、P是勻強(qiáng)電場(chǎng)中不在同一條電場(chǎng)線上的兩點(diǎn)，AB是過(guò)M點(diǎn)與電場(chǎng)線垂直的直線，則M、P兩點(diǎn)哪點(diǎn)電勢(shì)高？解析：(1)M、N是勻強(qiáng)電場(chǎng)中同一條電場(chǎng)線上的兩點(diǎn)，因正電荷從M到N電場(chǎng)力做正功，則電勢(shì)能減小，則M點(diǎn)電勢(shì)高；(2)AB是過(guò)M點(diǎn)與電場(chǎng)線垂直的直線，AB是等勢(shì)線，而等勢(shì)線上各點(diǎn)電勢(shì)高于P點(diǎn)，可知M點(diǎn)電勢(shì)高于P點(diǎn)電勢(shì)。總結(jié)：若勻強(qiáng)電場(chǎng)中的兩點(diǎn)在同一電場(chǎng)線上，則沿電場(chǎng)線電勢(shì)降低，從而判斷兩點(diǎn)電勢(shì)高低；若兩點(diǎn)不在同一電場(chǎng)線上，則可先做過(guò)其中一點(diǎn)的等勢(shì)線，找到與另一點(diǎn)在同一電場(chǎng)線上的位置，然后判斷電勢(shì)高低。當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)5．如圖，A、B是點(diǎn)電荷電場(chǎng)中同一條電場(chǎng)線上的兩點(diǎn)，把電荷量為的試探電荷從無(wú)窮遠(yuǎn)移到A點(diǎn)，靜電力做的功為；把為的試探電荷從無(wú)窮遠(yuǎn)移到B點(diǎn)，靜電力做的功為。請(qǐng)判斷：場(chǎng)源電荷是正電荷還是負(fù)電荷？場(chǎng)源電荷的位置是在A、B的左邊還是右邊？解析：由題意知，試探電荷

在A點(diǎn)具有的電勢(shì)能為試探電荷q2在B點(diǎn)具有的電勢(shì)能為則A、B兩點(diǎn)的電勢(shì)分別為因?yàn)闊o(wú)窮遠(yuǎn)處電勢(shì)為零，又，所以場(chǎng)源電荷為負(fù)電荷，電場(chǎng)線方向是從高電勢(shì)指向低電勢(shì)，所以電場(chǎng)線方向是從B