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(新教材)2022版高中物理人教版必修第三册静电场中的能量全章课件(共5节)

目录

contents

静电场中的能量概述

电势能

电势差与电势

等势面与电场线

带电粒子在匀强电场中运动

静电场中能量综合应用

静电场中的能量概述

01

静电场是一种特殊的物质形态，具有能量属性。

静电场中的电荷分布和电场强度决定了其能量大小和分布。

静电场的能量与电荷的电量、电势以及电场强度等物理量密切相关。

在静电场中，能量守恒定律依然适用，即系统总能量的变化等于外界对系统所做功与系统内非保守力所做功之和。

静电场中的能量转化和守恒是自然界普遍规律的重要组成部分。

静电场中的能量可以转化为其他形式的能量，如机械能、热能等。

电势能

02

电荷在电场中具有的势能，称为电势能。它是电场和电荷系统所共有的，反映了电荷在电场中的能量状态。

电势能定义

Ep=qφ，其中Ep表示电势能，q表示电荷量，φ表示电势。此公式表明电势能等于电荷量与电势的乘积。

电势能表达式

电势能的大小与零电势点的选择有关，具有相对性。选择不同的零电势点，同一电荷在电场中的电势能不同。

相对性

电势能是标量，只有大小，没有方向。其正负表示大小，不表示方向。

标量性

电势能是电场和电荷系统所共有的，不是单独属于电场或电荷的。

系统性

电场力做功与电势能变化的关系

电场力对电荷做功等于电荷电势能的变化量。即WAB=EpA−EpB，其中WAB表示电场力做的功，EpA和EpB分别表示电荷在A点和B点的电势能。

静电场中的功能关系

在静电场中，移动电荷时电场力所做的功等于电荷电势能的变化。这一关系反映了静电场中能量转化和守恒的规律。

电势差与电势

03

电势差是指电场中两点之间电势的差值，也叫电压。

电势差定义

表达式

单位

Uab=φa-φb，其中Uab表示a、b两点间的电势差，φa和φb分别表示a点和b点的电势。

电势差的单位是伏特（V）。

03

02

01

影响因素

电势的大小与电场强度、电荷量以及电荷在电场中的位置有关。

电势定义

电势是描述电场能的性质的物理量，在电场中某点的电势等于把单位正电荷从该点移动到零电势点时所做功。

零电势点

理论上可以选择电场中任意一点作为零电势点，但通常选择无限远处或大地作为零电势点。

关联性

01

电势差与电势是密切相关的物理量，电势差是两点间电势的差值。

区别

02

电势是描述某点电场能的性质，而电势差是描述两点间电场能的性质。

应用

03

在电路分析和电场计算中，经常需要用到电势差和电势这两个概念。例如，在电路中，电压表测量的就是两点间的电势差；在电场中，通过计算某点的电势可以了解该点的电场能情况。

等势面与电场线

04

等势面定义：电场中电势相等的各个点构成的面。

等势面性质

等势面一定跟电场线垂直。

在同一等势面上移动电荷时电场力不做功。

电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面。

任意两个等势面都不会相交。

等差等势面越密的地方电场强度越大。

电场线总是与等势面垂直，且从高电势指向低电势。

电场线与等势面的关系

电场线越密的地方，电场强度越强；等差等势面越密的地方，电场强度也越强。

电场线与等势面的疏密程度反映电场的强弱

判断电势高低

在同一等势面上各点电势相等，因此在解题时可以通过等势面来判断各点电势的高低。

带电粒子在匀强电场中运动

05

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带电粒子在电场中受到的电场力$F=qE$，方向与电场强度方向相同或相反，取决于粒子的带电性质。

电场力

对于微观粒子，如电子、质子等，重力通常可以忽略不计。但对于较大质量的带电粒子，如带电尘埃等，重力不能忽略。

重力

当带电粒子垂直于磁场方向运动时，会受到洛伦兹力的作用。但在匀强电场中，若无磁场存在，则不考虑洛伦兹力。

洛伦兹力

当电场力与粒子初速度方向在同一直线上时，粒子做匀速直线运动。

匀速直线运动

当电场力与粒子初速度方向不在同一直线上时，粒子做匀变速直线运动。加速度$a=qE/m$，方向与电场力方向相同。

匀变速直线运动

当电场力方向与粒子初速度方向垂直时，粒子做类平抛运动。此时粒子的运动轨迹为抛物线，且加速度恒定。

类平抛运动

电势能变化

带电粒子在电场中移动时，电势能会发生变化。电势能的变化量等于电场力对粒子所做的功，即$DeltaE_p=-W_{AB}$。

动能变化

根据动能定理，合外力对粒子所做的功等于粒子动能的增量，即$W_{合}=DeltaE_k$。在匀强电场中，若只考虑电场力做功，则动能的变化量等于电势能的变化量。

总能量守恒

在只考虑电场力做功的情况下，带电粒子和电场组成的系统总能量守恒。即粒子的动能与电势能之和保持不变。

静电场中能量综合应用

06

能量守恒定律

在静电场中，电荷之间的相互作用是通过电场传递的，这个过程中能量是守恒的。能量既不会凭空