1、1电势能和电势 第十章 静电场中的能量 核心素养明目标 核心素养学习目标 物理观念(1)理解电势能的含义。(2)知道电势的定义方法及定义、公式、单位。核心素养学习目标 科学思维(1)通过类比重力势能引入电势能，体会能量观点是分析物理问题的重要方法，并进一步认识物理学的和谐统一性。(2)理解电势能的变化与静电力做功的关系，知道零势能点的规定方法。(3)通过建立电势概念的过程，会判断电场中两点电势的高低。核心素养学习目标 科学探究通过计算在匀强电场中移动电荷静电力做的功，认识静电力做功跟路径无关的特点。科学态度与责任进一步了解用比值定义电势的思想方法，培养良好的学习习惯。自主预习探新知 NO.1知
2、识点一 知识点二 知识点三 知识点一 静电力做功的特点 1特点：静电力做的功与电荷的_位置和_位置_，与电荷经过的_无关。2在匀强电场中静电力做功：WAB_，其中 为静电力与位移间的夹角。静电力做功特点是从匀强电场中推导出来的，但对非匀强电场也是适用的。起始终止有关路径qELABcos 1：思考辨析(正确的打“”，错误的打“”)(1)在静电场中沿电场线方向移动负电荷时，静电力做正功。()(2)在静电场中电荷运动了一段路程，电场力一定做功。()(3)若把一个正电荷由电场中的 A 点移动到 B 点，静电力做了正功，则把负电荷从 A 点移动到 B 点时，静电力一定做负功。()知识点二 电势能 1概念
3、：电荷在电场中具有的势能。用_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_，WAB_。静电力做正功，电势能_；静电力做负功，电势能_。Ep减少量EpAEpB减少增加3电势能的大小：电荷在某点的电势能，等于把它从这点移到_时静电力所做的功。4零势能点：电场中规定的电势能_的位置，通常把电荷在离场源电荷_或_的电势能规定为零。零势能位置为零无限远处大地表面静电力做的功只能决定电势能的变化量，而不能决定电荷在电场中某点电势能的数值。只有先把电场中某点的电势能规定为0，才能确定电荷在电场中其他点的电势能。2：思考辨析(正确的打“”，错误的打“”)(1)电荷处在电场中，在电势越高的位
4、置电势能一定越大。()(2)在电场中确定的两点间移动电荷量大小相等的正、负电荷时，电势能变化相同。()知识点三 电势 1定义：电荷在电场中某一点的_与它的_之比。2定义式：_。3单位：国际单位制中，电势的单位是_，符号是_，1 V_。电势能电荷量Epq伏特V 1 J/C 4特点(1)相对性：电场中各点电势的大小，与所选取的零电势的位置有关，一般情况下取离场源电荷_或_为零电势位置。(2)标矢性：电势是_，只有大小，没有方向，但有_。5与电场线关系：沿电场线方向电势_。无限远大地标量正负逐渐降低3：思考辨析(正确的打“”，错误的打“”)(1)电势有正负，电势是矢量。()(2)电势的表达式 Epq
5、 是根据比值法定义的。()(3)电场中某点的电势由电场本身决定。()(4)电场中某点的电势与零电势点的选取有关。()合作探究提素养 NO.2考点1 考点2 考点 1 静电力做功分析及电势能大小的判断 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？提示：(1)静电力 FqE，静电力与位移夹角为，静电力对试探电荷 q 做的功 WF|AB|cos qE|AM|。(2)在
6、线段 AM 上静电力做的功 W1qE|AM|，在线段 MB 上静电力做的功 W20，总功 WW1W2qE|AM|。(3)WqE|AM|。(4)电荷在匀强电场中沿不同路径由 A 点运动到 B 点，静电力做功相同。说明静电力做功与路径无关，只与初、末位置有关。1静电力做功正负的判断(1)根据静电力和位移方向的夹角判断，此法常用于匀强电场中静电力恒定时静电力做功情况的判断，静电力和瞬时速度方向的夹角为锐角时静电力做正功，夹角为钝角时静电力做负功。(2)根据静电力和瞬时速度方向的夹角判断，此法常用于判断曲线运动中变化静电力的做功情况，静电力和瞬时速度方向的夹角为锐角时静电力做正功，夹角为钝角时静电力做
7、负功，静电力和瞬时速度方向垂直时静电力不做功。(3)根据电势能的变化情况判断，由静电力做功与电势能变化的关系可知，若电势能增加，则静电力做负功；若电势能减少，则静电力做正功。(4)若物体只受静电力作用，可根据动能的变化情况判断，根据动能定理，若物体的动能增加，则静电力做正功；若物体的动能减少，则静电力做负功。2对电势能的理解 性质理解 系统性电势能是由电场和电荷共同决定的，是属于电荷和电场所共有的，我们习惯上说成电荷的电势能相对性电势能是相对的，其大小与选定的电势能为零的参考点有关。确定电荷的电势能，首先应确定参考点 标矢性 电势能是标量，有正负但没有方向 3判断电势能大小的方法(1)做功判定
8、法：无论是哪种电荷，只要是电场力做了正功，电荷的电势能一定是减少的；只要是电场力做了负功(克服电场力做功)，电荷的电势能一定是增加的。(2)电场线判定法：正电荷顺着电场线的方向移动，电势能一定减少，逆着电场线的方向移动，电势能一定增加；负电荷顺着电场线的方向移动，电势能一定增加，逆着电场线的方向移动，电势能一定减少。(3)电性判定法：同种电荷相距越近，电势能越大，相距越远，电势能越小；异种电荷相距越近，电势能越小，相距越远，电势能越大。电场力做功的特点【典例 1】如图所示是以电荷Q 为圆心的一组同心圆(虚线)，电场中有 A、B、C、D 四点。现将一带正电的点电荷由 A 点沿不同的路径移动到 D
9、 点。沿路径静电力做功为 W1，沿路径静电力做功为W2，沿路径静电力做功为 W3，则()AW2W3W1 BW1W2W3 CW2W3W1 D因不知道Q 的具体数值，故无法进行判断 B 因为静电力做功只与初、末位置有关，而与电荷运动的路径无关，故沿三条路径将点电荷由 A 点移动到 D 点的过程中，静电力做功相等，选项 B 正确。静电力做功与电势能变化的关系【典例 2】将带电荷量为 6106 C 的负电荷从电场中的 A 点移到 B 点，克服静电力做了 3105 J 的功，再从 B 移到 C，静电力做了 1.2105 J 的功，则：(1)该电荷从 A 移到 B，再从 B 移到 C 的过程中，电势能共改
10、变了多少？(2)如果规定 A 点的电势能为零，则该电荷在 B 点和 C 点的电势能分别为多少？思路点拨(1)电势能的变化量可根据 EpW 电或 EpEpBEpA计算。(2)电荷在某点的电势能等于把该电荷从该点移至零电势能点时电场力做的功。解析(1)从 A 移到 C，静电力做的功 WAC3105 J1.2105 J1.8105 J，电势能增加 1.8105 J。(2)WABEpAEpB3105 J，又 EpA0，则 EpB3105 J WACEpAEpC1.8105 J，则 EpC1.8105 J。答案(1)增加 1.8105 J(2)3105 J 1.8105 J 母题变式 上例中，若规定 B
11、 点的电势能为零，则该电荷在 A 点和 C 点的电势能分别为多少？解析 WABEpAEpB3105 J，又 EpB0，则 EpA3105 J WBCEpBEpC1.2105 J，则 EpC1.2105 J。答案 3105 J 1.2105 J 计算电荷在电场中的电势能(1)先选定零势能点。(2)求出电荷从某点移到零势能点，电场力做的功 W。(3)根据 WABEpAEpB知 EpW。跟进训练 1(角度一)如图所示，在一大小为 E 的水平匀强电场中，A、B 两点的直线距离为 l，垂直电场方向的距离为 d。一电荷量为 q 的带正电粒子从 A 点沿图中虚线移动到 B 点。下列说法正确的是()A该过程中
12、电场力做的功为 0 B该过程中电场力做的功为 Eql C该过程中电场力做的功为 Eqd D该过程中电场力做的功为 Eq l2d2 D 电场力做功与路径无关，与初、末位置有关，根据 WFscos 求解电场力做功。一电荷量为 q 的带正电粒子从 A 点沿图中虚线移动到 B 点，电场力做功 WqElcos qE l2d2，D 正确，A、B、C 错误。2(角度二)如图所示，在足够大的光滑绝缘水平面内有一带正电的点电荷 a(图中未画出)，与 a 带同种电荷的质点 b仅在 a 的库仑力作用下，以初速度 v0(沿 MP 方向)由 M 点运动到 N 点，到 N 点时速度大小为 v，且 vv0，则下列说法正确的
13、是()A质点 b 从 M 点到 N 点的过程中，库仑力对其做的总功为负值 B质点 b 在 M 点、N 点的加速度大小可能相等 C质点 b 在 M 点的电势能大于在 N 点的电势能 D电荷 a 一定在实线 MN 左上方 思路点拨 质点 b做曲线运动，受到的静电力指向轨迹的内侧，由此可确定出静电力的方向，继而判断电荷 a 的位置；根据 M、N与电荷 a 之间的距离大小，分析场强大小，即可判断加速度的大小，根据动能定理分析电场力做功情况，根据电场力做功与电势能变化的关系分析电势能的变化情况。A 质点 b 从 M 点运动到 N 点的过程中，动能减小，由动能定理可知，库仑力对其做的总功为负值，A 正确；
14、根据 vEb；由题图所示电场线分布特点，结合沿电场线方向电势降低，可知 a 点的电势高于 b点的电势，即 ab，A 正确。当堂达标夯基础 NO.31 2 3 4 1下列关于静电场中场强与电势能、电势的关系说法正确的是()A电荷在电势高处电势能也一定大 B场强越大的地方电势一定越高 C场强为零的地方电势必为零 D电势为零的地方场强可以不为零 5 1 2 3 4 D 正电荷在电势高处电势能一定大，而负电荷在电势高处电势能一定小，故 A 错误；场强越大的地方电势不一定越高，两者没有直接关系，故 B 错误；场强为零的地方电势不一定为零，零电势点是人为选取的，故 C 错误；零电势点是人为选取的，故电势为
15、零的地方场强可以不为零，故 D 正确。5 1 2 3 4 2在电场中，把电荷量为 4109 C 的正点电荷从 A 点移到 B点，克服静电力做功 6108 J，以下说法正确的是()A电荷在 B 点具有的电势能是 6108 J BB 点的电势是 15 V C电荷的电势能增加了 6108 J D电荷的电势能减少了 6108 J 5 1 2 3 4 C 电荷在电场中某点的电势能具有相对性，只有确定了零势能点，B 点的电势、电势能才有确定的值，故 A、B 错误；克服静电力做功 6108 J，则电势能增加了 6108 J，故 C 正确，D 错误。5 1 2 3 4 3如图所示，Q 是带正电的点电荷，P1、
16、P2 为其产生的电场中的两点，若 E1、E2 分别为 P1 和 P2 两点的电场强度的大小，1、2分别为 P1 和 P2 两点的电势，则()AE1E2，12 BE1E2，12 CE12DE1E2，1E2，沿电场线方向电势逐渐降低，可知 12，选项 A 正确。5 1 2 3 4 4(多选)如图所示，某区域电场线左右对称分布，M、N 为对称线上的两点。下列说法正确的是()AM 点电势一定高于 N 点电势 BM 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 点的电势能 D将电子从 M 点移动到 N 点，电场力做正功 5 1 2 3 4 AC 沿电场线方向，电势降低，所以
17、M 点电势一定高于 N 点电势，A 正确；电场线的疏密程度表示电场的强弱，由图可知，M点电场强度一定小于 N 点电场强度，B 错误；正电荷 q 在 M 点的电势能 EpMqM，在 N 点的电势能 EpNqN，由于 MN，所以EpMEpN，C 正确；电子在电场中受电场力的方向沿 NM 指向 M，故从 M 移动到 N，电场力做负功，D 错误。5 1 2 3 4 5 5情境：如图所示，一质量为 m 的球形塑料容器放在桌面上，它的内部有一劲度系数为 k 的绝缘轻弹簧，弹簧直立地固定于容器内壁的底部，弹簧上端连接一个电荷量为q、质量也为 m 的小球。从加一个竖直向上且场强为 E 的匀强电场起，到容器对桌
18、面的压力减小到零时为止。1 2 3 4 5 问题：(1)小球的电势能改变量是多少？(2)容器对桌面的压力减小到零时小球的速度大小是多少？1 2 3 4 5 解析(1)初状态，对小球进行受力分析，设弹簧压缩量为 x1，则 mgkx1，得 x1mgk 当容器对桌面的压力为零时，对容器受力分析，可知弹簧伸长且对球形塑料容器的拉力为 mg，弹簧伸长量 x2x1mgk 该过程电场力做的功 WEq(x1x2)2Eqmgk 所以小球的电势能减小2Eqmgk。1 2 3 4 5(2)对小球，该过程弹簧弹力做的功是零，根据动能定理得(Eqmg)(x1x2)12mv2 解得 v2gEqmgk。答案(1)2Eqmg
19、k(2)2gEqmgk 回归本节知识，自我完成以下问题：1静电力做功有什么特点？提示：在任何静电场中，静电力移动电荷所做的功，只与电荷的起始位置和终止位置有关，而与电荷经过的路径无关。2如何比较电荷在电场中 A、B 两点电势能的高低？提示：将电荷由 A 点移到 B 点，根据静电力做功的情况判断，静电力做正功，电势能减少，电荷在 A 点的电势能大于在 B 点的电势能；反之，静电力做负功，电势能增加，电荷在 A 点的电势能小于在 B 点的电势能。3如何判断电势的高低呢？提示：(1)可根据静电力做功的正负判断电势能的变化，进而判定电势的高低。(2)可根据电场线的方向判断电势高低。点击右图进入 课 后 素 养 落 实 谢谢观看 THANK YOU!
