《重慶市高中物理 《電勢能和電勢差》課件 新教版選修31》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《重慶市高中物理 《電勢能和電勢差》課件 新教版選修31（42頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。
1、13.5 13.5 電勢能和電勢電勢能和電勢、電勢差、電勢差 注意：本節(jié)內容絕不能死記！與本節(jié)內容絕不能死記！與重力勢能和重力的功類比學習重力勢能和重力的功類比學習本節(jié)內容提要 電場由E=F/q給出了施加力的本領：每1C的正電荷受力大小和方向；那么，用什么給出賦予電荷能量的本領？（電勢=EP/q） 。又用什么給出電場做功的本領？（電勢差U=WAB/q ）這兩個量都是電場的性質，只決定于電場而與試探電荷無關 電荷在電場中某點的能量怎樣計算？電勢能是由電場和試探電荷共同決定的！在電場中移動電荷時怎樣計算電場力的功？怎樣知道電勢能的改變？ 怎樣判斷電場力做功的正負？復習回顧復習回顧cosWF L 1
2、2GPPPWEEE 1、恒力的功的、恒力的功的計算：計算：2、重力做功有什么特點？、重力做功有什么特點？(1)與路徑無關與路徑無關,由初末位置的高度差來決定由初末位置的高度差來決定.(2)WG與重力勢能的關系與重力勢能的關系. 重力做功等于重力勢重力做功等于重力勢能的減少！能的減少！功是能量轉化的量度！功是能量轉化的量度！由由 決定功的正負決定功的正負(3)(3)重力勢能是相對的重力勢能是相對的, ,須選定零勢能參考面，須選定零勢能參考面，重力勢能的值與參考面有關，負值表示比零還重力勢能的值與參考面有關，負值表示比零還小，但重力勢能的改變量與參考面無關小，但重力勢能的改變量與參考面無關W的正負
3、分別表示什么？的正負分別表示什么？COS 一個試探電荷在電場中某點由靜止釋放一個試探電荷在電場中某點由靜止釋放, ,將如何運動將如何運動? ?E 在電場力作用下電荷做加速運動在電場力作用下電荷做加速運動, ,一段時間后獲得一定的一段時間后獲得一定的速度速度, ,試探電荷試探電荷的的動能動能增加增加. .+F什么能轉換為動能的呢什么能轉換為動能的呢? ?13.5 13.5 電勢能和電勢電勢能和電勢、電勢差、電勢差從從能量能量的角度認識電場的角度認識電場一、靜電力做功的特點一、靜電力做功的特點 正電荷正電荷q在電場在電場強度為強度為E的勻強的勻強電場中由電場中由A運動運動到到M電場力做功電場力做功
4、嗎？做了多少功？嗎？做了多少功？Eqq受力嗎？多大？AMdW=qEAM求試探電荷求試探電荷q沿直線沿直線AB移動到移動到B時電場時電場力做的功：力做的功：E+q ABMcosWFABqEAM如果再把+q從M移動到B，電場力再做多少功？如果把如果把+q從從A經經M移動到移動到B，電場力總共做電場力總共做多少功？多少功？如果再把+q從A移動到M，電場力做多少功？這說明只要是從A移到B，做功總是一樣多，與路徑無關E+q ABWqEAMM結論：結論：在在勻強電場勻強電場中移動電荷時，靜電力做的功中移動電荷時，靜電力做的功與電荷的與電荷的起始位置和終止位置起始位置和終止位置有關，但與有關，但與電荷經過的
5、電荷經過的路徑路徑無關。無關。(對于非勻強電場也適用對于非勻強電場也適用)這與什么力做功像似呢？ 將將+q由由A移移到到B的過程電的過程電場力對電荷做場力對電荷做功為：功為：將將-q由由A移到移到B的過程，電場的過程，電場力對電荷做功為：力對電荷做功為：dAB+qELcosWqEdqEl電cosWqEdqEl電做功的過程是一個做功的過程是一個能量轉化的過程，能量轉化的過程，那么電場力做功的那么電場力做功的過程是什么能轉化過程是什么能轉化為什么能呢？為什么能呢？二、電勢能二、電勢能電場力做功與電勢能有什么關系？（聯(lián)系重力電場力做功與電勢能有什么關系？（聯(lián)系重力做功與重力勢能的關系）做功與重力勢能
6、的關系）電荷在電場中具有的與電荷位置有關的電荷在電場中具有的與電荷位置有關的能，叫能，叫電勢能電勢能。物體被舉高具有重力勢能。物體被舉高具有重力勢能。1、電荷在電場中具有電勢能。、電荷在電場中具有電勢能。 重力對物體做正功，物體的重力勢重力對物體做正功，物體的重力勢能減小能減小 2、電場力對電荷做正功，電荷的電勢能減小電場力對電荷做正功，電荷的電勢能減小 情況有情況有順順電場線移動電場線移動正正電荷和電荷和逆逆電場線移動電場線移動負負電荷電荷 重力對物體做負功，物體的重力重力對物體做負功，物體的重力勢能增大勢能增大 3、電場力對電荷做負功，電荷的電勢能增大電場力對電荷做負功，電荷的電勢能增大
7、情況有情況有順順電場線移動電場線移動負負電荷和電荷和逆逆電場線移動電場線移動正正電荷電荷ABPAPBPWEEE 12GPPPWEEE 重力做多少功，物體重力勢能重力做多少功，物體重力勢能就變化多少。就變化多少。 4、電場力做多少功，電荷電勢能就變、電場力做多少功，電荷電勢能就變化多少。化多少。電場力做功等于電勢能的減少！電場力做功等于電勢能的減少！重力勢能是相對的，與零勢能面有關重力勢能是相對的，與零勢能面有關5、電勢能是相對的，與零電勢能面有關、電勢能是相對的，與零電勢能面有關通常把電荷在離場源電荷通常把電荷在離場源電荷無限遠處無限遠處的電勢的電勢能規(guī)定為能規(guī)定為零零，或把電荷在，或把電荷在
8、大地表面大地表面上電勢上電勢能規(guī)定為能規(guī)定為零零。電荷在某點的電勢能，等于靜電力把它從電荷在某點的電勢能，等于靜電力把它從該處移動到零勢能位置所做的功！該處移動到零勢能位置所做的功！若令上式中若令上式中B點在無限遠點在無限遠處處則有則有WA=EpA重力勢能是物體和地球所共有的，具有系統(tǒng)性重力勢能是物體和地球所共有的，具有系統(tǒng)性6、電勢能是電荷和電場所共有的，具有系統(tǒng)性、電勢能是電荷和電場所共有的，具有系統(tǒng)性由此可見，電場力做功與重力做功，電勢能由此可見，電場力做功與重力做功，電勢能與重力勢能都很相似，所以大家在學習電勢與重力勢能都很相似，所以大家在學習電勢能過程中應該多聯(lián)系重力做功與重力勢能的
9、能過程中應該多聯(lián)系重力做功與重力勢能的關系幫助理解電勢能。關系幫助理解電勢能。重力勢能是標量重力勢能是標量7、電勢能是標量電勢能是標量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：電荷之電場中，電場力：電荷之間的作用力間的作用力有重力就有重力勢能有重力就有重力勢能Ep= mgh有電場力就有相應的能，叫電有電場力就有相應的能，叫電勢能勢能EPA=qAEp由物體和地面間的相對由物體和地面間的相對位置決定位置決定EP由電荷間的相對位置決定由電荷間的相對位置決定電場力做正功，電勢能就減少電場力做正功，電勢能
10、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重 = EP1-EP2=-EPW電 = EPA-EPB=-EP重力勢能是相對的重力勢能是相對的, ,須選定零勢能參考須選定零勢能參考面，面，重力勢能的值重力勢能的值與參考面有關與參考面有關，負，負值表示比零還小，值表示比零還小，但重力勢能的但重力勢能的改變改變量與參考面無關量與參考面無關電勢能是相對的電勢能是相對的, ,須須選定零勢能參考面，選定
11、零勢能參考面，電勢能的值與參考電勢能的值與參考面有關面有關，負值表示，負值表示比零還小，但電勢比零還小，但電勢能的能的改變量與參考改變量與參考面無關面無關重力勢能和電勢能類比重力勢能和電勢能類比盡管重力做功與電場力做功很相似，但還是盡管重力做功與電場力做功很相似，但還是存在很大差異存在很大差異 正電荷順電場線移動，正電荷順電場線移動，電場力做正功，電勢能減少電場力做正功，電勢能減少 負電荷順電場線移動，負電荷順電場線移動，電場力做負功，電勢能增加電場力做負功，電勢能增加 正電荷逆電場線移動，正電荷逆電場線移動，電場力做負功，電勢能增加電場力做負功，電勢能增加 負電荷逆電場線移動，負電荷逆電場線
12、移動，電場力做正功，電勢能減少電場力做正功，電勢能減少存在兩種電荷存在兩種電荷例例1右圖中右圖中MN為電場中某一條電場線方為電場中某一條電場線方向向右，在線取兩點向向右，在線取兩點a、b 今將一電荷今將一電荷q從從a移到移到b則則（ ）A.電場力做正功，電場力做正功，q的電勢能增加；的電勢能增加；B.電場力做負功，電場力做負功，q的電勢能增加；的電勢能增加；C.電場力做正功，電場力做正功，q的電勢能減少；的電勢能減少；D.電場力做負功，電場力做負功，q的電勢能減少。的電勢能減少。C 例例2：A和和B為電場中某條電場線上的點，為電場中某條電場線上的點，如圖：將如圖：將q=410-9C的正電荷從的
13、正電荷從A點移到點移到B點需克服電場力做功點需克服電場力做功5 10-7J，則，則 電場方向由電場方向由AB還是還是BA？ 電荷在哪點時電勢能大？大多少？電荷在哪點時電勢能大？大多少？AB電場方向電場方向BA在在B點電勢能大點電勢能大5 10-7J如果移動的是負電荷，電場和其如果移動的是負電荷，電場和其他條件不變，答案又是什么？他條件不變，答案又是什么？電場方向電場方向BA在在A點電勢能大點電勢能大5 10-7J 正電荷從正電荷從A A點移到點移到B B點時點時, ,靜電力做正功靜電力做正功, ,電荷電荷的電勢能減少的電勢能減少. . 正電荷從正電荷從B B點移到點移到A A點時點時, ,靜電
14、力做負功靜電力做負功, ,即電即電荷克服靜電力做功荷克服靜電力做功, ,電荷電荷的電勢能增加的電勢能增加. .ABE+vABE+v如果是負電荷情況怎樣？如果是負電荷情況怎樣？ 負電荷從負電荷從A A點移到點移到B B點時點時, ,靜電力做負功靜電力做負功, ,即電即電荷克服靜電力做功荷克服靜電力做功,電荷電荷的電勢能增加的電勢能增加. . 負電荷從負電荷從B B點移到點移到A A點時點時, ,靜電力做正功靜電力做正功, , 電荷電荷的電勢能減少的電勢能減少. . 電場的力的性質我們必須用場強E來描述，那么電場的能的性質我們又應該用什么物理量來描述呢？能否用“電勢能”呢？ 電場的能的性質也是電場
15、本身的一種屬性，它只能由場源本身所決定，而與電場中有無放入試探電荷無關。而電勢能的大小是與試探電荷的電量q有關的（因q越大，其所受電場力就越大，具有的做功本領大，電勢能也就大），故不能用“電勢能”來描述電場的能的性質，我們引入一個新的物理量“電勢”來表示它。電勢：電勢：描述電場的能的性質的物理量。描述電場的能的性質的物理量。 如圖所示，設想把一試探電荷如圖所示，設想把一試探電荷+q +q 放在電場中放在電場中某處某處A A或或B B。它們在電場力。它們在電場力F F的作用下均移至無的作用下均移至無限遠處。則有：限遠處。則有：W WA AWWB BqEqEBpAp那么怎樣去衡量電場的能的性質、怎
16、樣去定義那么怎樣去衡量電場的能的性質、怎樣去定義“電勢電勢”呢？呢？+ABEpA-0EpB-0qEqEBpAp同理可知：若試探電荷為同理可知：若試探電荷為-q-q，也有：，也有：也就是說，比值也就是說，比值E EpApA/q /q的大小與試探電荷的正負及電量的大小與試探電荷的正負及電量q q均均無關，只與電場中該點在電場中的位置有關，故其可衡量無關，只與電場中該點在電場中的位置有關，故其可衡量電場的能量方面的性質。電場的能量方面的性質。三三. 電勢電勢即即AB取取O點的電勢能為零點的電勢能為零, 則則:EPA = WAO=q E L COSELCOSqEPA討論電勢能與電荷的比值討論電勢能與電
17、荷的比值?ALOE+也就是說，比值也就是說，比值E EpApA/q /q的大小與試探電荷的正負及電量的大小與試探電荷的正負及電量q q均均無關，只與電場中該點在電場中的位置有關，故其可衡量無關，只與電場中該點在電場中的位置有關，故其可衡量電場的能量方面的性質。電場的能量方面的性質。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它的電荷量的比值它的電荷量的比值意義：表示單位正電荷（每意義：表示單位正電荷（每1C）在該點的電勢能有多少）在該點的電勢能有多少2. 公式公式:qEP3. 單位單位: 伏特伏特 符號為符號為V1 V = 1 J/C三三. 電勢電勢1. 定義定義:計算帶正負號計算
18、帶正負號4.反過來求電勢能反過來求電勢能EPA=qA計算帶正負號計算帶正負號對電勢的理解 1：電勢的相對性：某點電勢的大小是相對于零點電勢而言的。零電勢的選擇是任意的，一般選地面和無窮遠為零勢能面。2：電勢的固有性：電場中某點的電勢的大小是由電場本身的性質決定的，與放不放電荷及放什么電荷無關。電勢表示每1C的正電荷在該點將有多少電勢能3：電勢是標量4：計算時EP,q, 都帶正負號。5、正正電荷在電勢電荷在電勢高高的地方電勢能的地方電勢能大大，負負電荷在電勢電荷在電勢高高的地方電勢能的地方電勢能小。小。正電荷順電場線移動電勢能減正電荷順電場線移動電勢能減少，負電荷順電場線移動電勢能增加少，負電荷
19、順電場線移動電勢能增加1.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? 順電場線方向電勢降低順電場線方向電勢降低逆電場線方向電勢升高逆電場線方向電勢升高+AB即即AB1. 電場線指向電勢降低電場線指向電勢降低(最快最快)的方向的方向 ABCAB=C類比類比: 重力線指向地勢降低重力線指向地勢降低(最快最快)的方向的方向2.如何確定電場中某點的電勢如何確定電場中某點的電勢? 先選零電勢參考面先選零電勢參考面, 再用再用 確定確定( (提示提示: :類比于電勢能的確定類比于電勢能的確定.).)qEP1.電場線指向電勢降低的方向電場線指向電勢降低的方向2.與電勢能的情況相似與電勢能的
20、情況相似,應先確定電場應先確定電場中某點的電勢為零中某點的電勢為零.(通常取離場源電通常取離場源電荷無限遠處或大地的電勢為零荷無限遠處或大地的電勢為零.) 3.如果如果取取離場源電荷離場源電荷無限遠處無限遠處或大地或大地的電勢為零，的電勢為零，那么那么正電荷正電荷產生的電場產生的電場的電勢都為正值，負電荷的電勢都為正值，負電荷產生的電場產生的電場的電勢都為負值的電勢都為負值 例例3. 將一電量為將一電量為 的點電的點電荷從電場外一點荷從電場外一點P移至電場中某點移至電場中某點A, 電電場力做場力做 功功 ,求求A點的電勢點的電勢.cq6102J5104解解:設場外一點設場外一點P的電勢為的電勢
21、為0pJWEPA5104VVqEPAA2010210465從從A P,電場力做的功電場力做的功 PAEW 點評點評: :電勢的確定首先要確定零電勢處電勢的確定首先要確定零電勢處,且電勢可以為負且電勢可以為負.3.電勢為負數(shù)時電勢為負數(shù)時,負號表示方向嗎負號表示方向嗎?電勢是標量電勢是標量,只有大小只有大小,沒有方向沒有方向.(負電勢負電勢表示該處的電勢比零電勢處電勢低表示該處的電勢比零電勢處電勢低.)1. 電場線指向電勢降低的方向電場線指向電勢降低的方向2.與電勢能的情況相似與電勢能的情況相似,應先確定電場應先確定電場中某點的電勢為零中某點的電勢為零.(通常取離場源電通常取離場源電荷無限遠處或
22、大地的電勢為零荷無限遠處或大地的電勢為零.) 3.電勢是標量電勢是標量,只有大小只有大小,沒有方向沒有方向.(負電負電勢表示該處的電勢比零電勢處電勢低勢表示該處的電勢比零電勢處電勢低.)思考思考 在上面關于電勢能和電勢在上面關于電勢能和電勢的討論及插圖中的討論及插圖中,我們一直把試我們一直把試探電荷探電荷q當作正電荷處理當作正電荷處理.請把請把q當做負電荷當做負電荷,重復以上討論重復以上討論.其結其結果與上面的結果是否一致果與上面的結果是否一致?除電勢能的正負和大小不同以及功的正除電勢能的正負和大小不同以及功的正負不同以外，其余結果一樣。因為電勢負不同以外，其余結果一樣。因為電勢是電場本身的性
23、質，與試探電荷無關。是電場本身的性質，與試探電荷無關。但是電勢能是由電場的電荷共同決定的但是電勢能是由電場的電荷共同決定的高度和電勢類比高度和電勢類比 重力場中，同一物體在不重力場中，同一物體在不同位置，同位置，E Ep p不同。不同。電場中，同一電荷在電場電場中，同一電荷在電場中的不同位置中的不同位置,E,EP P不同。不同。不同物體在同一位置，不同物體在同一位置，E Ep p正比于質量正比于質量m m不同電荷在同一位置，不同電荷在同一位置，E EP P正比于電量正比于電量q qE Ep p/m = gh/m = gh，h h只與相對位只與相對位置有關置有關 E EP P/q /q 叫做電勢
24、叫做電勢 ， 只與只與相對位置有關相對位置有關只由地球和位置決定，與m無關只電場和位置決定，與q的大小和正負無關負值表示比零小負值表示比零小電勢能和電勢的比較電勢能和電勢的比較單位單位J單位單位V由電場和試探電荷共由電場和試探電荷共同決定同決定只由電場決定只由電場決定與在電場中的位置有與在電場中的位置有關關與在電場中的位置有與在電場中的位置有關關標量有正負，負表示標量有正負，負表示比零小比零小標量有正負，負表示比標量有正負，負表示比零小零小電勢能電勢能EPA=qA電勢電勢A=EPA/q表明試探電荷移動到參考面表明試探電荷移動到參考面的做功本領的做功本領表明每表明每1C的試探正電荷移的試探正電荷
25、移動到參考面的做功本領動到參考面的做功本領正負還與試探電荷的正負還與試探電荷的正負有關正負有關正負只與電場有關，與試探電荷的正負無關正負只與電場有關，與試探電荷的正負無關AB注意注意:電勢高未必場強大電勢高未必場強大場強和電勢的比較場強和電勢的比較場強場強電勢電勢定義：定義：A=WA/q定義：定義：E=F/q單位單位N/C單位單位V=J/C意義：反映電場力的性質意義：反映電場力的性質-每每1C的正電荷在這里受的的正電荷在這里受的電場力大小和方向電場力大小和方向意義：反映電場能的性質意義：反映電場能的性質-每每1C的正電荷在這里具有的正電荷在這里具有的電勢能有多少的電勢能有多少矢量，正負表示方向
26、矢量，正負表示方向標量，正負表示大小標量，正負表示大小由電場和位置決定，與試探由電場和位置決定，與試探電荷無關電荷無關由電場和位置決定，與試探由電場和位置決定，與試探電荷無關，但還與參考面選電荷無關，但還與參考面選擇有關擇有關小小 結結三、電勢三、電勢1、定義：、定義：表示單位正電荷在該點的電勢能有多少表示單位正電荷在該點的電勢能有多少2、單位：、單位： 伏特伏特 V 1V=1J/C3、順電場線方向電勢降低，逆電場線方向電勢升高、順電場線方向電勢降低，逆電場線方向電勢升高4、電勢和電勢能都是相對的，且為標量，正負號均、電勢和電勢能都是相對的，且為標量，正負號均表示大小表示大小5、已知電勢求電勢
27、能、已知電勢求電勢能qEPqEP計算帶正負號計算帶正負號計算帶正負號計算帶正負號請對照地勢請對照地勢gh或高度或高度h學習，注意質量只有正值，而電量卻有正有負學習，注意質量只有正值，而電量卻有正有負6、正正電荷在電勢電荷在電勢高高的地方電勢能的地方電勢能大大，負負電荷在電勢電荷在電勢高高的地方的地方電勢能電勢能小，小，正電荷順電場線移動電勢能減少，負電荷相反正電荷順電場線移動電勢能減少，負電荷相反 練習練習. 如圖所示如圖所示,在同一條電場線上有在同一條電場線上有A . B .C 三點三點,將將 的點電荷由的點電荷由A點移點移動到動到B點點,電場力做什么功電場力做什么功?做多少功做多少功?電勢
28、能電勢能變化了多少變化了多少?在將該電荷由在將該電荷由B點移到點移到C點點,電場電場力做什么功力做什么功?做多少功做多少功?電勢能變化了多少電勢能變化了多少? cq6106VA5VC20BABC四、電勢差（類比高度差）1。定義：電場中某兩點A、B的電勢之差UAB=A-B2。 UAB正負的意義：為正表示A點的電勢比較高、為負表示B點的電勢比較高3。電場力做功的求法（1）WAB=FSCOS適于勻強電場（2）WAB=qUAB=EPA-EPB適于任何電場推推導導4。 UAB=WAB/q表示在AB間移動單位正電荷的做功（轉化電勢能）本領。（這也是電勢差的本質定義）。電勢差由電場和AB位置決定，與功和電量
29、無關，與參考面的選擇也無關。其絕對值就是電壓！5。單位：伏特 1V=1J/C計算帶計算帶正負號正負號功、能量的單位：功、能量的單位：1eV=1.610-19JWAB=EPA-EPB=QA-QB=Q(A-B)=QUAB電場力做功正負的判斷 1：F與S的夾角，銳角-正，鈍角-負(此法不分場源和試探電荷的正負)n2：公式W=qU=q（初-末）代入符號計算n3：電勢能減少-正功，電勢能增加-負功(此法不分場源和試探電荷的正負)電勢高低（正負）的判斷 2：從場源看，正高負低，近正源高（遠負源），遠正源（近負源）低n1：從電場線看，順電場線電勢降低，逆電場線電勢升高n3：從試探電荷看：正試探電荷電勢能減少（正功）電勢降低，負試探電荷電勢能減少（正功）電勢升高，原因：EP=q注意：本節(jié)內容絕不能死記！本節(jié)內容絕不能死記！
重慶市高中物理 《電勢能和電勢差》課件 新教版選修31
