人教版物理选修3-11.4电势能和电势讲述.docx

1.4 电势能和电势 一 静电力做功的特点 1.静电力做功的推导 试探电荷 q 在电场强度为 E 的匀强电场中 沿几条不同路径从 A 点移动到 B 点，如图所示， 求静电力对电荷所做的功。 （1） q 沿直线从 A 移动到 B ，静电力 F＝qE ，静电力与位移的夹角始终为 θ ，如图甲所示。W=F·ABcosθ=qE·AM （2） q 沿折线 AMB 从A 点移动到 B 点，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 。所以，W=W1+W2=qE·AM . （3） q 沿任意曲线 ANB 从 A 点移动到 B 点，如图乙所示。与静电力平行的短折线的长度之和等于 AM ，W=qE·AM 。 2.静电力做功的特点 在匀强电场中移动电荷时，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。此结论同样适用于非匀强电场。 二 电势能 1.定义：电荷在电场中具有的势能，叫电势能。 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，即 WAB=EpA-EpB 。 静电力对电荷做了多少正功，电势能就减少多少；静电力对电荷做了多少负功（电荷克服静电力做了多少功），电势能就增加多少。 该公式既适用于匀强电场，也适用于非匀强电场；既适用于正电荷，也适用于负电荷。 注意，静电力做的功只能决定电势能的变化量，而不能决定电荷的电势能数值。 3.电势能的大小 电荷在某点的电势能，等于把点电荷从这点移到零电势位置静电力做的功。即规定 EpB=0 ，则点电荷在A点的电势能为 EpA=WAB 。 电荷在电场中某点的电势能的大小与零势能点的选取有关，电势能具有相对性。 通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为零，或把电荷在大地表面上的电势能规定为零。 电势能是标量，只有大小，没有方向，但有正负，正电势能大于负电势能。电势能的大小与电场强度的大小无必然联系。 比较重力做功与静电力做功的异同 相 似 点 重力对物体做正功，物体的重力势能减少；重力对物体做负功，物体的重力势能增加，其数值与路径无关，只与始末位置有关 静电力对电荷做正功，电荷的电势能减少；静电力对物体做负功，电荷的电势能增加，其数值与路径无关，只与始末位置有关 不 同 点 重力只是万有引力的一个分力，正负功比较容易判断。例如物体上升，重力做负功 由于存在两种电荷，静电力做功与重力做功有很大差异。例如，在同一电场中沿同一方向移动正电荷与移动负电荷，电荷电势能的变化是相反的，静电力做功的正负也是相反的 应用 由重力做功的特点引入重力势能 由静电力做功的特点引入电势能 重力势能与电势能的比较 重力做功与路径无关，只与始末位置有关，引出了重力势能 静电力做功与路径无关，只与始末位置有关，引出了电势能 重力做功是重力势能转化为其他形式的能的量度 静电力做功是电势能转化为其他形式的能的量度 WAB=mghA-mghB WAB=EpA-EpB 重力势能的数值具有相对性，可以是正值，也可以是负值 电势能的数值具有相对性，可以是正值，也可以是负值 三 电势 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，用 φ 来表示。 2.公式： φ=Epq （电荷q在A点具有的电势能 EpA=qφA ） 3.单位：在国际单位制中，电势的单位是伏特（V），1V=1J/C 。 4.标量性：电势是标量，只有大小，没有方向，但有正值和负值之分。 5.与电场线的关系：沿着电场线方向电势逐渐降低。 电势的固有性：是表示电场中某点能的性质的物理量，仅与电场中某点性质有关，与静电力做功的值及试探电荷的电荷量、电性无关。 电势的相对性：某点电势的大小是相对于零电势点而言的，零电势点选择的位置不同，则该点的电势就不同，零电势点的选择是任意的，但通常选择地面或无穷远处为零电势点。 电势和电势能的区别和联系 电势 电势能 物理意义 反映电场的能的性质的物理量 电荷在电场中某点所具有的能量 相关因素 电场中某一点的电势 φ 的大小，只跟电场本身有关，与点电荷 q 无关 电势能大小是由点电荷 q 和该点电势 φ 共同决定的 大小 电势沿电场线方向逐渐下降，选定零电势点后，某点的电势高于零，电势为正值，某点的电势低于零，电势为负值 正点电荷（＋q）的电势能跟电势的正负相同；负点电荷（-q）的电势能跟电势的正负相反 单位 伏特（ V ） 焦耳（ J ） 联系 φ=Epq Ep=qφ 电势与电场强度的区别和联系 电势 电场强度 物理意义 描述电场的能的性质 描述电场的力的性质 定义 电场中某点的电势，等于单位正电荷由该点移动到参考点（零势能点）时静电力所做的功，电势用 φ 表示 电荷在电场中某点受到的静电力与电荷量的比值，就叫该点的场强。 E=Fq ， E