1、第一章,静电场,4 电势能和电势,课 前 预 习,1特点 在静电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷的_位置和_位置有关，与电荷经过的路径_。 2适用范围 该结论对于匀强电场和非匀强电场均适用。,静电力做功的特点,起始,终止,无关,1概念 电荷在_叫做电势能，可用Ep表示。 2大小 电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移动到_时所做的功。,电势能,电场中的势能,零势能位置,3与电场力做功的关系 静电力做的功等于电势能的_，用公式表示WAB_。 电场力做正功，电势能_，电场力做负功，电势能_。 4相对性 电势能的数值大小与_的选取有关。通常把离场源电荷_或_的电势能规定为零。,减少量,EPAE
2、PB,减小,增加,零势能点,无穷远处,地球表面,电势,电势能,电荷量,伏特,4特点 (1)相对性：电场中各点电势的高低，与所选取的_的位置有关。 (2)标量性：电势是标量，只有大小，没有方向，但有_。 5判断电势高低的办法 (1)在电场中沿着电场线的方向，电势逐渐_。 (2)在电场力作用下，静止的正电荷从_移向_。,电势零点,正负,降低,高电势,低电势,1定义 在电场中，_叫做等势面。 2等势面特点 (1)等势面上各点电势相等，在等势面上移动电荷电场力_。 (2)等势面一定跟电场线_，而且电场线总是由电势较高的等势面指向_的等势面。 (3)规定：画等势面时，相邻两等势面间电势差相等，这样，在等
3、势面密处电场强度_，在等势面疏处，电场强度_。,等势面,电势相等的点组成的面,不做功,垂直,电势较低,较大,较小,判一判 (1)电势能既有正值，也有负值，是矢量。 ( ) (2)计算电势能时，不一定选取大地表面为零势能面。 ( ) (3)电场力做功是电势能变化的原因，电场力做正功，电势能增加。( ) (4)在电势越高的地方，同一正电荷的电势能越大。 ( ) (5)电场线与等势面可能不垂直。 ( ) (6)两个等势面可以相交。 ( ), ,选一选 (2017北京市昌平区高二上学期期末)如图所示，电场中有A、B两点，下列说法正确的是( ) A场强EAEB，电势AB C将q电荷从A点移到B点，电场力
4、做负功 D将q电荷分别放在A、B两点时具有的电势能EpAEpB,B,解析：沿着电场线电势降低，所以电势AB，电场线越密的地方电场强度越大，所以场强EAEB，选项A错误。选项B正确；正电荷从A点移到B点，电场力对正电荷的作用力方向向右，做正功，选项C错误；根据Epq知，A点的电势高，则负电荷在A点的电势能小，选项D错误。综上本题选B。,想一想 图中是电荷及物体周围的电场线和等势面的分布图，我们会发现图中等势面都不相交。为什么等势面不相交呢？解析：不同等势面电势不相等，若两等势面相交，则在交点处电势就有两个值，这与实际相矛盾，所以两等势面不相交。,课 内 探 究,我们知道重力做正功，物体的重力势能
5、减小，其高度降低(如图甲)；当重力做负功，物体的重力势能增大，其高度升高(如图乙)。那么当电场力做正功(或负功)时(如图丙)，其电势能又是怎样变化的呢？,探究一 对静电力做功、电势能的理解,1,提示：电场力做正功(或负功)时，其电势能减小(或增大),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。,2电势能的特点 (1)电势能是由电场和电荷共同决定的，属于电荷和电场所共有的，我们
6、习惯上说成电荷的电势能。 (2)电势能是标量，有正负但没有方向，其正负表示大小。 (3)电势能是相对的，其大小与选定的参考点有关。确定电荷的电势能，首先应确定参考点，也就是零势能点的位置。,3电势能增减的判断方法 (1)做功判断法 无论正、负电荷，只要电场力做正功，电荷的电势能一定减小；只要电场力做负功，电荷的电势能一定增大。 (2)电场线判断法 正电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐减小；逆着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大。 负电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大；逆着电场线的方向移动时，电势能逐渐减小。,4电势能与重力势能的比较,解题指导：涉及到能量转化题时，要找准功能对应关系
7、，如电势能的变化看电场力做的功；弹性势能的变化，看弹力做的功；机械能的变化，看重力以外的力做的功；动能的变化，看合外力做的功。,对点训练1(2018北京交大附中高二上学期期中)如图所示，在水平向右的匀强电场中有一绝缘斜面，斜面上有一带电金属块沿斜面滑下，已知在金属块滑下的过程中动能增加了12J，金属块克服摩擦力做功8.0J，重力做功24J ，则以下判断正确的是( ) A金属块带负电荷 B金属块克服电场力做功8.0J C金属块的电势能减少4.0J D金属块的机械能减少12J,D,解析：根据动能定理可得：WGW电WfEk，代入数据即可求得W电4J，即金属块克服电场力做功4J，金属块的电势能增加4J
8、，电场力做负功，金属受到的电场力向右，金属块带正电，故ABC错误；在该过程中金属块动能增加12J，重力势能减少24J，因此金属块的机械能减少12J，故D正确。,如图所示为某示波管内的聚焦电场，实线和虚线分别表示电场线和等势线。观察图片请思考：顺着电场线的方向由c点到b点，电势如何变化？电场强度大的地方电势一定高吗？ 提示：电势逐渐降低；不一定。,探究二 对电势的理解,2,1电势的特点 (1)电势具有相对性；电势是相对的，电场中某点的电势高低与零电势点的选取有关。通常将离场源电荷无穷远处，或是地球表面选为零电势点。 (2)电势是标量：电势是只有大小、没有方向的物理量，在规定了电势零点后，电场中各
9、点的电势可能是正值，也可能是负值。正值表示该点的电势高于零电势；负值表示该点的电势低于零电势。显然，电势的正负只表示大小，不表示方向。,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：对于正电荷，电势能越大，所在位置的电势越高；对于负电荷，电势能越小，所在位置的电势越高。,3电势能与电势的区别与联系,C,解题指导：由题中所给信息正确判定点电荷Q所处的位置是解题的关键。,对点训练2 (多选)(2016河北石家庄市高二上学期期末)将一电荷量为Q的小球放在不带电的金属球附近
10、，所形成的电场线分布如图所示，金属球表面的电势处处相等，a、b为电场中的两点，则( ) Aa点的电场强度比b点的大 Ba点的电势比b点的高 C检验电荷q在a点的电势能比在b点的大 D将检验电荷q从a点移到b点的过程中，电场力做正功 解析：电场线越密集，表示该处的电场强度越大，故a点的电场强度比b点的大，选项A正确；顺着电场线方向电势逐渐降低，故a点电势比b点的高，选项B正确；检验电荷q从a点移到b点，电场力做负功，电势能增加，故选项C、D错误。,AB,如图所示是某电场的电场线和等势面，请问： (1)哪些是电场线？哪些是等势面？两者有何关系？ (2)A点与B点哪一点的电势高？ (3)A点与C点哪
11、一点的场强大？ 提示：(1)实线是电场线，虚线是等势面，两者互相垂直。 (2)A点电势高。 (3)C点场强大。,探究三 对等势面的理解,3,1等势面的特点 (1)在等势面内任意两点间移动电荷，电场力不做功。 (2)在空间中两等势面不相交。 (3)电场线总是和等势面垂直，且从电势较高的等势面指向电势较低的等势面。 (4)在电场线密集的地方，等差等势面密集；在电场线稀疏的地方，等差等势面稀疏。 (5)等势面是为描述电场的性质而假想的面。 (6)等势面的分布与零电势点的选取无关。,2几种常见的电场的等势面分布,特别提醒：(1)已知等势面的情况时，可作等势面的垂线来确定电场线，并由“电势降低”的方向确
12、定电场线方向。 (2)已知电场线时，可作电场线的垂线来确定等势面，并由“沿电场线方向电势降低”确定等势面的电势高低。,AB,解题指导：根据电场线与等势面垂直的特点，判断出电场线的大致方向是解决该类问题的关键。 解析：根据电场线与等势面垂直并指向电势低的等势面，可大致画出电场线的形状，粒子在静电力的作用下轨迹向下弯曲，根据曲线运动的特点，可以说明静电力指向轨迹内侧，与电场强度方向相反，所以粒子带负电，选项A正确；等势面先是平行等距，后变得稀疏，则电场先是匀强电场，后是非匀强电场，即静电力先不变，后变小，粒子的加速度先不变，后变小，选项B正确；从A到B静电力做负功，所以粒子的速度减小，选项C错误；
13、静电力始终做负功，由功能关系可知，粒子的电势能始终增大，所以选项D错误。,对点训练3 空间中P、Q两点处各固定一个点电荷，其中P点处为正电荷，P、Q两点附近电场的等势面分布如图所示，a、b、c、d为电场中的4个点。则( ) AP、Q两点处的电荷等量同种 Ba点和b点的电场强度相同 Cc点的电势低于d点的电势 D负电荷从a到c，电势能减少,D,解析：由电场的等势面分布图可判断P、Q为等量异种点电荷，Q带负电，选项A错误。电场强度是矢量，a、b两点的电场强度方向不同，选项B错误。根据等势面可画出电场线的分布，沿电场线方向电势降低，可判c点电势高于d点的电势，选项C错误，负电荷由a到c，电场力做正功
14、，电势能将减少，选项D正确。,素 养 提 升,误区1：在电场强度越大的地方，同一个点电荷具有的电势能也越大。 点拨：电场强度的大小与点电荷的电势能大小并无必然的联系。电场强度小的地方，所放点电荷的电势能可能大。 误区2：电势能是一种能量，不可能为负值。 点拨：电势能是相对量。在规定了电势能的零位置(例如A位置)后，如果某电荷在电场中B位置的电势能小于在A位置的电势能，则该电荷在B位置的电势能便是负值。 误区3：比较电场强度大小的方法与比较电势能大小的方法相同。 点拨：电场强度是矢量，比较电场强度的大小是比较其绝对值的大小；电势能是标量，比较电势能的大小与代数中比较大小的方法一样。,CD,解析：由点电荷的电场线及等势面分布特点可知M、N两点电场强度大小相等，但方向不同，A错误；由椭圆焦点到椭圆上点的距离可知，C点离A点比P点离A点远，故C点电势比P点电势低，B错误；由电势能Epq可知同一正点电荷在D点时的电势能高于在C点的电势能，C正确；因离正点电荷越远，电势越低，有MNPC，所以将负点电荷由M沿MCPN移到N点，电场力先做负功再做正功，但总功为零，D正确。,
