1、4.電勢能和電勢,問題引入,當(dāng)帶電體靠近懸掛小球時(shí)，小球受到電場力而偏離豎直方向一定角度，小球的重力勢能有何變化？是什么力做功的結(jié)果？在這一過程中是什么能量轉(zhuǎn)化為了小球的重力勢能呢？,一、靜電力做功的特點(diǎn),W=qEAB cos =qEAM,問題1：正電荷q在電場強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場中沿直線路徑由A運(yùn)動(dòng)到B的過程中電場力做功嗎？做了多少功？,F,問題2：正電荷q在電場強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場中沿折線路徑AMB由A運(yùn)動(dòng)到B電場力做功嗎？做了多少功？,F,(1)從A到M電場力做功W=qEAM,(2)從M到B電場力不做功,因此從A到B電場力做功W=qEAM,問題3：正電荷q在電場強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場中沿曲線路徑

2、AB由A運(yùn)動(dòng)到B電場力做功嗎？做了多少功？,F,從A到B電場力做功W=qEAM,在勻強(qiáng)電場中移動(dòng)電荷時(shí)，靜電力做的功與電荷經(jīng)過的路徑無關(guān)，但與電荷的起始位置和終止位置有關(guān)。,(對于非勻強(qiáng)電場也適用),我們以前學(xué)習(xí)的哪個(gè)力也有這樣的做功特點(diǎn)？,結(jié)論：,思考：,(1)如果將一個(gè)電荷在電場中沿一閉合路徑運(yùn)動(dòng)一周，電場力做功是多少？,(2)將+q由沿如圖所示的曲線路徑從A移到B的過程電場力對電荷做功多少？,d,L,W=qEd,技巧：在勻強(qiáng)電場中計(jì)算電場力做功，可以利用電場力做功的特點(diǎn)，不用考慮具體路徑，只要用電場力乘以沿電場方向移動(dòng)的距離即可。,（3）做功的過程是一個(gè)能量轉(zhuǎn)化的過程，那么電場力做功的過

3、程是什么能轉(zhuǎn)化為什么能呢？,重力做功與電場力做功有相似的特點(diǎn)，那么對應(yīng)的功能關(guān)系也應(yīng)該是相似的！我們就可以用類比法研究電荷具有的能量。,1.因?yàn)橹亓ψ龉εc路徑無關(guān)，只與初末位置有關(guān)，據(jù)此我們定義了在重力場中與物體的位置相關(guān)的能量重力勢能,1.因?yàn)殡妶隽ψ龉εc路徑無關(guān)，只與初末位置有關(guān)，據(jù)此我們可以定義在電場場中與電荷的位置相關(guān)的能量電勢能,二、電勢能,概 念,2. （1）重力做正功時(shí)，重力勢能減?。?（2）重力做負(fù)功時(shí)，重力勢能增大；,功與能之間的關(guān)系,2. （1）電場力做正功時(shí)，電勢能減??； （2）電場力做負(fù)功時(shí)，電勢能增大；,3. 重力做功與重力勢能的變化量之間的關(guān)系：,3. 電場力做功與

4、電勢能的變化量之間的關(guān)系：,4.先選擇一個(gè)零勢能參考面，當(dāng)物體在參考面處時(shí)其重力勢能為零，物體在其他位置的重力勢能在數(shù)值上等于把物體從該位置移動(dòng)到參考面時(shí)，重力做的功。,由W=-EP=EP初-EP末，如何確定勢能的值？（相對性）,4.先選擇一個(gè)零勢能參考面，當(dāng)電荷在參考面處時(shí)其電勢能為零，物體在其他位置的電勢能在數(shù)值上等于把電荷從該位置移動(dòng)到參考面時(shí)，電場力做的功。,零勢面的選擇是任意的，但在電場中通常選擇無窮遠(yuǎn)或大地表面為參考面。,勢能的系統(tǒng)性,5.重力勢能是物體和地球所共有的,5、電勢能是電荷和電場所共有的,在一般的表述中，我們略去了地球或電場，而說重力勢能是物體的，電勢能是電荷的。這是不

5、確切的說法。,勢能的標(biāo)量性,6.重力勢能是標(biāo)量，但有正負(fù),6、電勢能是標(biāo)量，但有正負(fù),勢能的符號表示勢能的大小：正的勢能零勢能負(fù)的勢能,重力場與電場的差異性,向下移動(dòng)物體，重力做正功，重力勢能減小。 向上移動(dòng)物體，重力做負(fù)功，重力勢能增大；,思考： 順電場線移動(dòng)電荷，電荷的電勢能一定減小嗎？ 逆電場線移動(dòng)電荷，電荷的電勢能一定增大嗎？,負(fù)電荷 順電場線移動(dòng)，電場力做負(fù)功，電勢能增大； 逆電場線移動(dòng)，電場力做正功，電勢能減小,正電荷 順電場線移動(dòng)，電場力做正功，電勢能減??； 逆電場線移動(dòng)，電場力做負(fù)功，電勢能增大,1.在場中具有能量,物體在重力場中具有重力勢能,電荷在電場中具有電勢能,2.場力做

6、功與勢能變化,（1）重力做正功，重力勢能減?。?（2）重力做負(fù)功，重力勢能增大；,（1）電場力做正功，電勢能減??； （2）電場力做負(fù)功，電勢能增大；,3.功是能量轉(zhuǎn)化的量度,4.勢能具有相對性,重力勢能有相對性，值與零勢面選擇有關(guān),電勢能有相對性，值與零勢面選擇有關(guān),5.勢能的系統(tǒng)性,重力勢能屬于地球和物體組成的系統(tǒng)共有,電勢能屬于電荷和電場組成的系統(tǒng)共有,通常把電荷在距離場源電荷無窮遠(yuǎn)處或在大地處表面上的電勢能規(guī)定為0,【練習(xí)】有一電荷量為q=-310-6的點(diǎn)電荷，從電場中的A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)，克服靜電力做功610-4J,從B點(diǎn)移動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)靜電力做功910-4J。問： （1）以B點(diǎn)為零勢能點(diǎn)，

7、電荷在A點(diǎn)時(shí)的電勢能為EPA1多少？ （2）如選取C點(diǎn)的電勢能為0，則電荷在A點(diǎn)的電勢能EPA2又是多少？,【分析】（1）EPA1=WAB=- 610-4J,（2）EPA2=WAC=WAB+WBC =-610-4J+ 910-4J =+310-4J,勢能具有相對性，取不同的點(diǎn)為零勢能參考點(diǎn)，同一電荷在電場中同一點(diǎn)的電勢能的值不同。,【思考】 根據(jù)電荷在電場中受到電場力的性質(zhì)我們引入了場強(qiáng)E來描述電場。 根據(jù)電荷在電場中具有的電勢能的性質(zhì)我們應(yīng)該用什么物理量來描述電場呢？能否用“電勢能”呢？,不能！因?yàn)闄z驗(yàn)電荷在電場中的電勢能不但與電場有關(guān)，還與檢驗(yàn)電荷本身有關(guān)。,【思考1】一個(gè)電荷量為+q的點(diǎn)

8、電荷在一個(gè)場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場中的A點(diǎn)具有多大的電勢能呢？取O點(diǎn)為零勢能參考點(diǎn).,F,L,【分析】EPA=WAO=qELcos,【思考2】考查計(jì)算結(jié)果，如何剝離掉電勢能對檢驗(yàn)電荷的依賴關(guān)系，定義一個(gè)與檢驗(yàn)電荷無關(guān)的量來描述電場？,三. 電勢,1.定義：檢驗(yàn)電荷在電場中某點(diǎn)的電勢能與其電量的比值叫做該點(diǎn)的電勢。,3.說明：這又是一個(gè)利用比值定義法的定義的物理量，電勢是用來描述電場的能的性質(zhì)的物理量，它取決于電場本身而與檢驗(yàn)電荷無關(guān)！,4.單位：伏特（V）（1V=1J/C）,【思考】在場強(qiáng)E=50N/C的勻強(qiáng)電場中，取O點(diǎn)為參考點(diǎn)，A到O的距離為L=0.2m， （1）將一電荷q=+210-8C的電荷

9、置于A點(diǎn)，其電勢能多大？A點(diǎn)的電勢多大？ （2）將一電荷q=-210-8C的電荷置于A點(diǎn)，其電勢能多大？A點(diǎn)的電勢多大？,對電勢的認(rèn)識：,【思考】（1）請你畫出同一電荷在電場中不同點(diǎn)的電勢能EP隨電勢的變化關(guān)系圖像。（2）若是負(fù)電荷又如何？,3.電勢能與電勢的關(guān)系： （1）正電荷：電勢能對電勢的升高而增大； （2）負(fù)電荷：電勢能對電勢的升高而減小。(P19.2),1. 電勢是標(biāo)量，但有正負(fù)，具有相對性。正值表示該點(diǎn)電勢高于零電勢；負(fù)值表示該點(diǎn)電勢低于零電勢。,【思考】 （1）順電場線方向移動(dòng)正電荷，電勢能怎樣變化？電勢怎樣變化？ （2）逆電場線方向移動(dòng)負(fù)電荷，電勢能怎樣變化？電勢怎樣變化？,【

10、結(jié)論】 （1）正電荷：順電場線移動(dòng)電場力做正功 電勢能減小電勢降低,（2）負(fù)電荷：順電場線移動(dòng)電場力做負(fù)功 電勢能增大電勢降低,5. 常見電場中電勢的分析：取無窮遠(yuǎn)電勢為0,（一）點(diǎn)電荷,【思考】 點(diǎn)電荷電場中各點(diǎn)電勢的符號（P20.5）,【特點(diǎn)】 （1）正電荷：各點(diǎn)電勢均為正值 （2）負(fù)電荷：各點(diǎn)電勢均為負(fù)值,4. 判斷電勢高低的方法：沿著電場線方向電勢逐漸降低。（20頁練習(xí)3，5）,（二）等量異號電荷,【思考】 在等量異號電荷中垂線上移動(dòng)電荷，電場力的做功情況？電勢能怎樣變化？電勢怎樣變化？,【分析】 在在等量異號電荷中垂線上移動(dòng)電荷，電場力不做功，電勢能不變化，電勢不變化。,【特點(diǎn)】 中

11、垂線所在平面是一個(gè)零勢面，各點(diǎn)電勢均為0； 以中垂線為分界線，靠近正電荷一側(cè)各點(diǎn)電勢為正；靠近負(fù)電荷一側(cè)各點(diǎn)電勢為負(fù)。,（三）等量同號電荷,【思考】 在兩等量正電荷中垂線上移動(dòng)正電荷，電場力的做功情況？電勢能怎樣變化？電勢怎樣變化？,【分析】從中點(diǎn)向兩側(cè)無窮遠(yuǎn)處，電場力做正功，電勢能減小，電勢逐漸降低，中點(diǎn)電勢最高。,【特點(diǎn)】 等量正電荷（負(fù)電荷）連線的中垂線上中點(diǎn)O的電勢最高（低），從中點(diǎn)O到兩側(cè)無窮遠(yuǎn)處，電勢逐漸降低（升高）。,E,E,若是等量負(fù)電荷呢？,四.等勢面,1.【定義】 電場中電勢相等的點(diǎn)構(gòu)成的面叫做等勢面。這是電場中繼電場線后引入的又一種形象化描述電場的工具。,【思考】 在等勢

12、面上移動(dòng)電荷，電場力做功情況如何？電場力與等勢面之間有什么關(guān)系？等勢面與電場線之間有何位置關(guān)系？,2.【特點(diǎn)】 （1）在同一等勢面上移動(dòng)電荷，電場力不做功。 （2）電場線跟等勢面垂直，并且有電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面。,動(dòng)畫：地理等高線,3.【常見電場的等勢面】,（一）點(diǎn)電荷,【特點(diǎn)】以點(diǎn)電荷為中心的同心球面,動(dòng)畫：立體圖,（二）等量電荷（無箭頭）,【特點(diǎn)】（1）兩簇對稱曲面 （2）等量異種電荷的中垂線就是一個(gè)等勢面，且為平面，且為零勢面。,（三）勻強(qiáng)電場,【特點(diǎn)】勻強(qiáng)電場的等勢面是一組相互平行的平行平面,（四）不規(guī)則帶電體（無箭頭）,3.【等勢面與電場線對比總結(jié)】,（2）等勢面通常畫成等差等勢面，在等差等勢面中，等勢面越密集的地方場強(qiáng)越大！,（2）等勢面是虛擬的，實(shí)際不存在。,（1）等勢面在空間不相交,（1）電場線在空間不相交,（2）電場線是虛擬的，實(shí)際不存在。,相同點(diǎn),聯(lián)系,不同點(diǎn),等勢面不一定閉合。,電場線一定不閉合,（1）電場線與等勢面垂直，由高等勢面指向低等勢面,【思考】判斷以下說法是否正確 A.電場強(qiáng)度為0的地方，電勢也一定為0 B.電勢為0的地