1、4 电势能和电势,一个试探电荷在电场中某点由静止释放,将如何运动?,在电场力作用下电荷做加速运动,一段时间后获得一定的速度,试探电荷的动能增加.,什么能转换为动能的呢,如何去寻找电场中这种未知形式的能量？,从力做功的角度去研究能量问题,B,M,A,F,q,W甲= F|AB|cos=qE|AM|,把正电荷q在匀强电场E中沿不同路径从A点移到B静电力做功？,+,甲,乙,丙,沿甲路径电场力做功:,沿乙路径电场力做功:,沿丙路径电场力做功:,W乙= qE|AM|,W丙= qE|AM|,E,静电力做功与路径无关,由初末位置来决定.,与重力做功情况相似,重物在重力场中因重力做功而具有重力势能,电荷在 中因
2、 做功而具有 。,电场,电势能,静电力,功是能量转化的量度，有力做功就必要对应着一种能量,1.电势能定义： 由于在电场中移动电荷时静电力做的功与移动的路径无关，电荷在电场中也具有势能，这种势能叫电势能。,思考与讨论： 如果电荷沿不同路径移动时静电力做的功不一样，还能建立电势能的概念吗？,不能，势能概念建立的前提就是某个力做功的多少与路径无关,如何计算电势能的大小呢？,物体在重力场中某点的重力势能等于把该物体从该点移动到零势能位置时重力做的功,电荷在电场中某点的电势能等于把电荷从该点移动到零势能位置时静电力做的功,回顾重力势能的大小,选取B点为零电势能点，则A点的电势能：,2.电势能的大小,如果
3、改变零势能参考点B的位置，电荷q在A点的电势能改变吗？,3.电势能具有相对性,选取不同零势能参考点，电荷在电场中同一点的 电势能是不一样的,电势能与电荷所处的相对位置有关,零势能面的选取：零势能点是可以任意选取的，但为了方便起见通常选取无限远处的电势能为0，或者大地表面上的电势能为0,如果在A点电荷q为负电荷，那么它电势能还是一样吗？,4.电势能值的有正、负,正值:表示电荷在该点的电势能大于参考点的电势能 负值:表示电荷在该点的电势能小于参考点的电势能,根据功和能的关系，有力做功必然引起能量的变化或者转化,静电力做功引起电势能的改变,重力做功引起重力势能改变,静电力做功与电势能的变化存在什么的
4、样关系呢？,知识回顾：,重力做正功，重力势能减少,重力做功与重力势能之间的关系？,重力做负功，重力势能增加,静电力做正功，电势能减少,重力做的功等于重力势能的减少量,电场力做的功等于电势能的减少量,如图,在场强E=103N/C的匀强电场中,点电荷q=+1c从A移动到B,AB相距L=1m,电场力做功为多少?电势能如何变化?,电势能减少,+,电荷在B点具有的电势能多大？,WAB = EPAEPB =103J,设A点的电势能,电荷在B点具有的电势能多大？,计算某点电势能的基本步骤 1.选定零势能参考点 2.计算某点到参考点静电力做的功 3.根据 求得该点的电势能,电势能为负表示电荷在该处的电势能比选
5、取的势能零点的电势能还要小.,2、电势能是电荷和电场所共有的，具有系统性,1、电势能是相对的，与零电势能面有关,3、电势能是标量,几点注意,重力势能和电势能类比,重力场中，重力：地球和物体之间存在的吸引力,电场中，电场力：电荷之间的作用力,有重力就有重力势能Ep= mgh,有电场力就有相应的能，叫电势能EP,Ep由物体和地面间的相对位置决定,EP由电荷间的相对位置决定,W重 = EP初-EP末,W电 = EP初-EP末,1.电场力能够对放入其中的电荷做功.所以 电荷位于电场中具有能.这和能为电势能,3.电势能具有相对性,5.电场力做正功,电势能减少,电场力做负功,电势能增大,4.电势能是标量,
6、但有正负,2.电势能由电荷和电荷在电场中的相对位置决定,一、静电力做功特点：与路径无关，只与初、末位置有关,二、电势能,下列说法中正确的是（ ）A.当两正点电荷相互靠近时，它们的电势能增大B.当两负点电荷相互靠近时，它们的电势能增大C.一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它们的电势能减小D.一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时，它们的电势能增大。,ABC,一个电荷只在电场力作用下从电场中的A点移到B点时，电场力做了5106J的功，那么 ( )A电荷在B处时将具有5106J 的电势能B电荷在B处将具有5106J 的动能C电荷的电势能减少了5106J D电荷的动能增加了5106J,CD,将带电量为6
7、10-6C的负电荷从电场中的A点移到B点，克服电场力做了310-5J的功，再从B移到C，电场力做了1.210-5J的功，则 （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点的电势能为零，则该电荷在B点和C点的电势能分别为多少？（3）如果规定B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？,增加了1.810-5J.,EPC=1.810-5 J,EPC=-1.210-5 J,EPB=310-5 J,EPA= -310-5 J,a和b为电场中的两点,如果把q=-2X10-8C的负电荷从a点移动到b点,电场力对该电荷做了4X10-7J的正功,则该电荷的电势能(
8、 )A.增加了4X10-7J B.增加了2X10-7JC.减少了4X10-7J D.减少了8X10-7J,C,如图所示，是负点电荷产生的电场中的一条电场线。一个带正电的粒子（不计重力）从a到b穿越这条电场线的轨迹如图中虚线所示，则该带电粒子在a点的加速度一定 在b点的加速度。带电粒子在a点的电势能一定 在b点的电势能。（填“大于”、“小于”式“等于”）。,N,b,a,小于,大于,-,尽管重力做功与电场力做功很相似，但还是存在很大差异存在两种电荷,电势能的大小是与试探电荷的电性和电量q都有关，故不能用“电势能”来描述电场的能的性质。,描述电场的能的性质这一物理量应该满足什么条件？,静电力F与试探
9、电荷的电性和电量q都有关，故不能用“静电力”来描述电场的力的性质。,与试探电荷的电性和电量q都无关,我们有遇到过类似的情形吗？如果有，我们是怎么处理的？,电势能 与试探电荷的电性和电量q都有关，故不能用“电势能”来描述电场的能的性质。,该比值是一个与q无关，仅与电场及A点的位置有关的量。,设EP0 =0,该比值称为A点的电势,零势能参考点,1、定义：,电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值，叫做这一点的电势。,2、定义式：,（EP及q含符号）,一个描述电场能的性质的物理量,3、单位：伏特，符号为V,4、电势只有大小，没有方向，是标量,5、电势具有相对性,电势是相对于零势能参考点的，,一般
10、选取无穷远电势为0，实际应用中常取大地电势为0,6.沿电场线 (场强)方向电势越来越低即电场线指向电势降低的方向,如何比较电势的高低？,减少,减少,如果把q=1.010-8C的电荷从无穷远处移至电场中的A点，需克服电场力做功W=1.210-4J.那么 q在A点的电势能和在A点的电势各是多少？ q未移入电场前A点的电势是多少 ？,如图所示，电场中有A、B两点，则下列说法中正确的是（ ） A、电势A B 场强EAEB B、电势A B 场强EAEpB,BC,一试探电荷在点电荷电场中的A点的电势能能为, 在该电场中有无与A点电势能相等的位置？,那么圆周上各点电势有什么关系？,电势相等,1、定义：,电场
11、中电势相同的各点构成的面，叫做等势面。,与等高线类比,常见电场的等势面,以点电荷为中心的球面为一个等势面,平行于金属板的一个直线为一个等势面,2、等势面的特点：,把一个试探电荷从A点沿着等势面移动到B点，静电力做功是多少？,2、等势面的特点：,电场线方向与等势面有什么关系？ 电场线的指向如何？,（2）电场线跟等势面垂直，且由电势较高的等势面指向电势较低的等势面,证明电场线(电场强度)跟等势面垂直,证明：假设电场线（电场强度）与等势面不垂直,类比地理等高线,点电荷的等势面,等势面是以点电荷为球心的一簇球面，越向外越稀疏,匀强电场的等势面,等势面是与电场线垂直，间隔相等，相互平行的一簇平面,等量异
12、种点电荷的等势面,等量同种点电荷的等势面,一头大一头小的导体的等势面,等势面越密集的地方，电场强度越大。,（1）在同一等势面上的任意两点间移动电荷，电场力不做功,（2）电场线跟等势面垂直，且由电势较高的等势面指向电势较低的等势面,2、等势面的特点：,（3）电场线越密集的地方，等势面越密集，可用等势面来描述电场的强弱,（4）等势面不能相交,关于等势面，正确的说法是（ ） A电荷在等势面上移动时不受电场力作用，所以不做功 B等势面上各点的场强大小相等 C等势面一定跟电场线垂直 D两等势面不能相交,CD,孤立点电荷电场中的一簇等势面如图所示中虚线所示，其电势分别为1、2、3，A、B、C是某电场线与这簇等势面的交点，且ab=ac.现将一负电荷由a移到b，电场力做功的大小为W1；再由b移至C，电场力做功大小W2,则（ ） A.W1=W2，123 B.W1=W2，123 C.W1W2，123 D.W1W2，123,C,
