1、4 电势能和电势,知识自学,自我检测,一、静电力做功的特点 阅读教材第1516页“静电力做功的特点”部分,理解静电力做功的特点。 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。,知识自学,自我检测,二、电势能 阅读教材第1617页“电势能”部分,知道什么是电势能,初步理解电场力做功与电势变化的关系。 1.电势能:电荷在电场中具有的势能叫作电势能,可用Ep表示。 2.静电力做功与电势能变化的关系:静电力做的功等于电势能的减少量,静电力做正功,电势能减少;静电力做负功,电势能增加。 3.电势能的大小:电荷在某点的电势能,等于把它从这点移动到零势能位置时静电力做的功。 4.零电
2、势能位置的规定:通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为0,或把电荷在大地表面上的电势能规定为零。,知识自学,自我检测,三、电势 阅读教材第1718页“电势”部分,知道什么是电势,初步理解用比值定义法定义电势这个概念的物理意义。 1.电场中某一点的电势:电荷在电场中某一点的电势能与它的 电荷量的比值叫作该点的电势,即 2.单位:伏特,符号为V。1 V的物理意义:在电场中某一点,如果电荷量为1 C的电荷在这点的电势能是1 J,这一点的电势就是1 V。 3.矢标性:电势是标量,但有正、负之分。,知识自学,自我检测,四、等势面 阅读教材第1819页“等势面”部分,知道什么是等势面,理解等势面与电
3、场线的关系。 1.等势面:电场中电势相等的各点构成的面。 2.电场线与等势面的关系:电场线跟等势面垂直,并且由电势高的等势面指向电势低的等势面。,知识自学,自我检测,1.正误判断。 (1)只有在带电体只受静电力作用的条件下,静电力做功才与路径无关。 ( ) 解析:无论带电体受不受其他力,静电力对带电体所做功均与路径无关。 答案: (2)负电荷沿电场线方向移动时,静电力做负功,电势能增加。 ( ) 解析:负电荷在电场中受力与电场线方向相反,沿电场线方向移动时,静电力做负功,因此电势能增加。 答案:,知识自学,自我检测,(3)某电场中,带电物体在A点具有的电势能EpA=5 J,在B点具有的电势能E
4、pB=-8 J,则EpAEpB。 ( ) 解析:电势能是标量,正负表示电势能的大小,所以EpAEpB。 答案: (4)某电场中,A点的电势A=3 V,B点的电势B=-4 V,则AB。 ( ) 解析:电势是标量,正负表示电势的大小,所以AB。 答案: (5)根据电势的定义式 可知,电荷q的电荷量越大,电势越低。 ( ) 解析:电势是电场本身的属性,定义式中q为检验电荷,电势与检验电荷q无关。 答案:,知识自学,自我检测,2.(多选)如图所示的匀强电场中,a、b、c三条虚线分别与电场线垂直。下列说法正确的是( ) A.a线上各点的电势均相等 B.b线上各点的电势都比c线上各点的电势高 C.a线上各
5、点的电场强度均相同 D.b线上各点电场强度都比c线上各点的电场强度大 答案:ABC,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,对静电力做功、电势能的理解 1.如图所示,试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中,沿直线从A移动到B。(1)静电力做的功为多少?(2)若q沿折线AMB从A点移动到B点,静电力做的功为多少?(3)若q沿任意曲线从A点移动到B点,静电力做的功为多少?(4)由此可得出什么结论?(5)静电力做功与重力做功一样与路径无关,只与初、末位置有关,因此,引入与位置有关的电势能。,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,2.(1)物体从高处向低
6、处运动,重力做什么功?物体的重力势能如何变化?重力做功和物体的重力势能变化有什么关系? (2)与此相似正电荷顺着电场线移动,电场力做什么功?电荷的电势能如何变化?负电荷顺着电场线移动,电场力做什么功?电荷的电势能如何变化?电势能的变化与电场力做功有什么关系? 要点提示1.(1)静电力F=qE,静电力与位移夹角为,静电力对试探电荷q做的功W=F|AB|cos =qE|AM|。(2)在线段AM上静电力做的功W1=qE|AM|,在线段MB上静电力做的功W2=0,总功W=W1+W2=qE|AM|。(3)W=qE|AM|。(4)电荷在匀强电场中从不同路径由A点运动到B点,静电力做功相同。说明静电力做功与
7、路径无关,只与初、末位置有关。 2.(1)重力做正功 重力势能减少 WG=Ep1-Ep2 (2)电场力做正功 电势能减少 电场力做负功 电势能增加 W电=Ep1-Ep2,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,1.对静电力做功特点的理解 (1)静电力对电荷所做的功,与电荷的初末位置有关,与电荷经过的路径无关。该结论适用于任何静电场。 (2)无论带电体在电场中做直线运动还是做曲线运动,无论带电体只受静电力作用还是受多个力作用,无论静电力做正功还是做负功,静电力做功的特点不变。,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,探究三,当堂检测
8、,问题探究,名师精讲,典例剖析,3.静电力做功与电势能变化的关系 (1)静电力做的功等于电势能的减少量。表达式:WAB=EpA-EpB。,电势能的大小:电荷在某点的电势能,等于把它从这点移动到零势能位置时静电力做的功。 静电力做功的特点与重力做功特点相同,静电力做功与电势能和重力做功与重力势能的关系也是相同的。,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,【例题1】(多选)如图所示,固定在Q点的正点电荷的电场中有M、N两点,已知 。下列叙述正确的是( )A.若把一正的点电荷从M点沿直线移到N点,则静电力对该电荷做正功,电势能减少 B.若把一正的点电荷从M点沿直线移到N点,则
9、该电荷克服静电力做功,电势能增加 C.若把一负的点电荷从M点沿直线移到N点,则静电力对该电荷做正功,电势能减少 D.若把一负的点电荷从M点沿直线移到N点,再从N点沿不同路径移回到M点,则该电荷电势能不变,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,解析:由点电荷产生的电场的特点可知,M点的电势高,N点的电势低,所以正电荷从M点到N点,静电力做正功,电势能减少,故选项A正确,选项B错误;负电荷由M点到N点,克服静电力做功,电势能增加,故选项C错误;静电力做功与路径无关,负点电荷又回到M点,则整个过程中静电力不做功,电势能不变,故选项D正确。 答案:AD(1)在正场源电荷Q产生
10、的电场中,正电荷q离场源电荷Q越远电势能越小;负电荷-q离场源电荷Q越远电势能越大。 (2)在负场源电荷-Q产生的电场中,正电荷q离场源电荷-Q越远电势能越大;负电荷-q离场源电荷-Q越远电势能越小。,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,要点提示:由EpA-EpO=WAO=Eqlcos ,知电荷量为q和2q的试探电荷在A点的电势能分别为Eqlcos 、2Eqlcos ;电势能与电荷量的比值相同,都为Elcos 。,对电势的理解 问题探究 如图所示的匀强电场,电场强度为E,取O点为零势能点,A点距O点为l,AO连线与电场线的夹角为。 (1)电荷量分别为q和2q的试探电
11、荷在A点的电势能为多少? (2)电势能与电荷量的比值各是多少? (3)对电场中的不同位置,这个比值一般不同,是由电场中这点的性质决定的。,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,1.对电势的理解,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,2.电势高低的判断方法 (1)电场线法:沿电场线方向,电势越来越低。 (2)场源电荷判断法:离场源正电荷越近的点,电势越高;离场源负电荷越近的点,电势越低。 (3)电势能判断法:正电荷在电势能大的地方电势高,负电荷在电势能小的地方电势高。,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,【例题2】将
12、电荷量为610-6 C的负电荷从电场中的A点移到B点,克服静电力做了310-5 J的功,再从B点移到C点,静电力做了1.210-5 J的功。 (1)电荷从A移到B,再从B移到C的过程中电势能共改变了多少? (2)如果规定A点的电势为零,则该电荷在B点和C点的电势能分别为多少?B点和C点的电势分别为多少? (3)如果规定B点的电势为零,则该电荷在A点和C点的电势能分别为多少?A点和C点的电势分别为多少? 【思考问题】 1.电荷从A移动到C静电力做多少功? 答案:WAC=WAB+WBC=-1.810-5 J。 2.电荷从B移动到A静电力做多少功? 答案:WBA=-WAB=310-5 J。,探究一,
13、探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,解析:(1)WAC=WAB+WBC=(-310-5+1.210-5) J=-1.810-5 J。 可见电势能增加了1.810-5 J。 (2)如果规定A点的电势为零,由公式得该电荷在B点的电势能为EpB=EpA-WAB=0-WAB=310-5 J。 同理,C点的电势能为EpC=EpA-WAC=0-WAC=1.810-5 J。 两点的电势分别为,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,(3)如果规定B点的电势为零,则该电荷在A点的电势能为EpA=EpB+WAB=0+WAB=-310-5 J。 C点的电势能为EpC=E
14、pB-WBC=0-WBC=-1.210-5 J。 两点的电势分别为,答案:(1)增加了1.810-5 J (2)310-5 J 1.810-5 J -5 V -3 V (3)-310-5 J -1.210-5 J 5 V 2 V,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,等势面 1.类比地图上的等高线,简述什么是等势面。 2.当电荷从同一等势面上的A点移到B点时,电荷的电势能是否变化?电场力做功情况如何?等势面与电场线垂直吗? 要点提示:(1)电场中电势相等的各点构成的面;(2)不发生变化;电场力不做功。垂直
15、。,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,等势面的特点 (1)在等势面上移动电荷时,静电力不做功。 (2)电场线跟等势面垂直,并且由电势高的等势面指向电势低的等势面。 (3)若相邻等势面电势差相等,等势面密的地方,电场强度较强;等势面疏的地方,电场强度较弱。 (4)任意两个等势面都不相交。,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,【例题3】位于A、B处的两个带有不等量负电的点电荷在平面内电势分布如图所示,图中实线表示等势线,则( ) A.a点和b点的电场强度相同 B.正电荷从c点移到d点,电场力做正功 C.负电荷从a点移到c点,电场力做正功 D
16、.正电荷在e点的电势能大于在f点的电势能 解析:a、b两点电场强度方向不同,A错。c点电势低于d点,正电荷从c点移到d点,即正电荷向高电势处移动,电场力做负功,B错。a点电势低于c点,从a到c,负电荷向高电势处移动,电场力做正功,C对。因e和f等势,故电荷在两点电势能相等,D错。 答案:C,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,等势面的应用 (1)利用等势面和电场线垂直以及沿电场线电势降低的特点可判断电场线的方向。 (2)利用等势面的密集程度可以比较电场强度大小,密大疏小。 (3)在等势面上移动电荷时,或者带电粒子从一个等势面运动又返回到这个等势面上时,静电力均不做功
17、。,探究三,当堂检测,探究一,探究二,1,2,3,1. 电场线分布如图所示,电场中a、b两点的电场强度大小分别为Ea和Eb,电势分别为a和b,则( ) A.EaEb,ab B.EaEb,ab D.EaEb,ab 解析:电场线的疏密反映电场强度的大小,得EaEb,所以选项A、B错误。沿着电场线方向电势降落最快,所以选项C正确,选项D错误。 答案:C,探究三,当堂检测,探究一,探究二,1,2,3,2. (多选)如图所示,某区域电场左右对称分布,M、N为对称线上的两点,下列说法正确的是( ) A.M点电势一定高于N点电势 B.M点电场强度一定大于N点电场强度 C.正电荷在M点的电势能大于在N点的电势
18、能 D.将电子从M点移动到N点,静电力做正功 解析:沿电场线方向电势逐渐降低,M点电势一定高于N点电势,选项A正确;因电场线越密的区域电场强度越大,由题图可知,N点电场强度大于M点电场强度,选项B错误;由Ep=q可知,正电荷在M点的电势能大于在N点的电势能,选项C正确;电子从M点移到N点的过程中,受到的静电力与移动方向相反,静电力做负功,选项D错误。 答案:AC,探究三,当堂检测,探究一,探究二,1,2,3,3. 在如图所示的负点电荷产生的电场中,一试探电荷从A点分别移到B、C、D、E(在以O为圆心的圆周上),则下列情况正确的是( ) A.从A到B电场力做功最大 B.从A到E电场力做功最大 C.静电力做功一样多 D.A点比D点电势高 解析:B、C、D、E在同一等势面上,所以试探电荷在这四点时的电势能相等,由WAB=EpA-EpB可知,C正确;在-Q的电场中,D点离源电荷远,所以D点的电势比A点高,故D错误。 答案:C,
