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(共16張PPT)
第十章：靜電場中的能量
10.1 電勢能和電勢
學(xué)習(xí)目標(biāo)
（1）通過計算在勻強(qiáng)電場中移動電荷節(jié)電力所做的功，認(rèn)識靜電力做功跟路徑無關(guān)的特點(diǎn)。
（2）通過類比重力勢能可1人電勢能，體會能量觀點(diǎn)是分析物理問題的重要方法，并進(jìn)一步么識到物理學(xué)的和諧統(tǒng)一性。
（3）理解電勢能的變化與靜電力做功的關(guān)系。知道常見的電勢能零點(diǎn)的規(guī)定方法。
（4）通過建立電勢概念的過程，理解電勢是從能的角度描達(dá)電場的物理量。會判斷電場中兩點(diǎn)電勢的高低。
√
課堂引入
古代，人們用弩來加速箭，箭的速度能達(dá)到 102 m/s數(shù)量級；后來，人們又在槍膛中用火藥加速子彈，子彈的速度能達(dá)到 103 m/s數(shù)量級；而 現(xiàn)代，人們需要用高速的微觀粒子轟擊另一微觀粒子來進(jìn)行科學(xué)研究，其速度的數(shù)量級達(dá)到 107 m/s，那是怎樣加速的呢？
告訴粒子所獲得的巨大能量又是從何而來呢？
知識回顧
重力勢能的研究 動能的研究 彈性勢能的研究
功是能量轉(zhuǎn)化的量度，因此從做功的角度來研究能量是一種常用的研究方式。
一、靜電力做功特點(diǎn)
情境：
①把q沿直線AB從A點(diǎn)移動到B點(diǎn)
②把q沿折線AMB從A點(diǎn)移動到B點(diǎn)
③把q沿任意曲線ANB從A點(diǎn)移動到B點(diǎn)
F
d
結(jié)論：靜電力所做的功與電荷的起始位置和終止位置有關(guān)，與電 荷經(jīng)過的路徑無關(guān)。
一、靜電力做功特點(diǎn)
類比：
推理：
1、電勢能：電荷在電場中也具有勢能，我們稱這種形式的能為電勢能。
2、靜電力做功與電勢能的關(guān)系：
靜電力做正功，電勢能減少。靜電力做負(fù)功，電勢能增加。
勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度為60 N/C，AB為5cm，BC為12cm，其中AB沿電場方向，BC和電場方向的夾角為60。將電荷量為4×10-8 C的正電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，再從B點(diǎn)移到C點(diǎn)，靜電力做了多少功？電荷在A點(diǎn)的電勢能可求嗎？
二、電勢能
3、電勢能的相對性：
(1)要確定電荷在某點(diǎn)的電勢能，必須先規(guī)定零勢能位置。
(2)原則上零勢能的位置可以任意選取，通常把電荷在離
場源電荷無限遠(yuǎn)處或大地表面上的電勢能規(guī)定為0。
電荷在某點(diǎn)的電勢能，等于把電荷從這點(diǎn)移動到零勢能位置時靜電力做的功。
思考：如果將一個負(fù)電荷-q從A移動到B，電場力做功如何？電荷-q在電場中某點(diǎn)的電勢能與電荷+q在該點(diǎn)的電勢能相同嗎？
可見：靜電力做功情況比重力做功更加復(fù)雜，因?yàn)殡姾傻姆N類有正負(fù)兩種。
4、電勢能的系統(tǒng)性：
電勢能是相互作用的電荷所共有的，或者說是電荷及對它作用的電場所共有的。我們說某個電荷的電勢能，只是一種簡略的說法。
二、電勢能
1、概念：電荷在電場中具有的勢能。用Ep表示。
2、靜電力做功與電勢能的關(guān)系：
靜電力做正功，電勢能減少。靜電力做負(fù)功，電勢能增加。
3、電勢能的相對性：電荷在某點(diǎn)的電勢能，等于把電荷從這點(diǎn)移動到零勢能位置時靜電力做的功。
4、電勢能的系統(tǒng)性：電勢能是相互作用的電荷所共有的，或者說是電荷及對它作用的電場所共有的。
類比 重力做功 靜電力做功
相同 與路徑無關(guān)，做功的過程對應(yīng)勢能的變化。
不同 重力只有引力一種，而電荷有正負(fù)兩種，靜電力也有吸引和排斥兩種，因而情況更為復(fù)雜。
思考：摩擦力與上述兩種力做功有何區(qū)別？
二、電勢能
練習(xí)1、一帶電粒子在正電荷形成的電場中，運(yùn)動
軌跡如圖所示的abcd曲線，下列判斷正確的是(　　)
A．粒子帶負(fù)電
B．粒子通過a點(diǎn)時的速度比通過b點(diǎn)時大
C．粒子從a點(diǎn)運(yùn)動到d點(diǎn)，電場力先做正功，后做負(fù)功
D．粒子在a點(diǎn)時的電勢能比b點(diǎn)大
√
E
F
G
H
小結(jié)：規(guī)定無限遠(yuǎn)處為零勢能位置，若場源為正點(diǎn)電荷，則：
其周圍的正電荷電勢能為正值，且電荷越靠近場源，電勢能越大；
其周圍的負(fù)電荷電勢能為負(fù)值，且電荷越靠近場源，電勢能越小。
思考：若場源為負(fù)點(diǎn)電荷呢？
電勢能雖有正負(fù)，但電勢能是標(biāo)量。
三、電勢
如圖，有一個電場強(qiáng)度為 E 的勻強(qiáng)電場,規(guī)定電荷在O點(diǎn)電勢能為零，將一個電荷量為+q的電荷放在A點(diǎn)，電荷的電勢能與哪些因素有關(guān)？
解：
又∵且=0
∴
思考：若將電荷換成nq，情況如何？若將電荷換成-Q呢？
換成nq： 換成-Q：
與該點(diǎn)相對零勢能點(diǎn)的位置關(guān)系，和放入該點(diǎn)的電荷量的大小及正負(fù)有關(guān)。
類比電場強(qiáng)度定義：
三、電勢
1、定義：電荷在電場中某一點(diǎn)的電勢能與它的電荷量之比。
2、定義式： ，符號：
特別提醒： (1)φ取決于電場本身；(2)公式中的Ep、q均需代入正負(fù)號。
3、單位：伏特；符號：V。1V=1J/C
4、相對性：電場中某點(diǎn)的電勢是相對的，與零電勢點(diǎn)的選取有關(guān)。
在物理學(xué)的理論研究中，常取離場源電荷無限遠(yuǎn)處的電勢為 0，在實(shí)際應(yīng)用中常取大地的電勢為0（因?yàn)榈厍虻碾妱菔址€(wěn)定）。
5、矢標(biāo)性：電勢只有大小，沒有方向，是個標(biāo)量。
6、電勢高低的判斷：沿著電場線方向電勢逐漸降低。
其他判斷方法：對于正電荷，電勢能越大，所在位置的電勢越高；
對于負(fù)電荷，電勢能越小，所在位置的電勢越高。
和中的q無需帶正負(fù)號
三、電勢
6、電勢高低的判斷：沿著電場線方向電勢逐漸降低。
7、電場強(qiáng)度E和電勢的比較
比較 電場強(qiáng)度 電勢
不同點(diǎn)
描述電場的力的性質(zhì) 描述電場的能的性質(zhì)
矢量 標(biāo)量
相同點(diǎn) 電場線越密集，E 越大 沿著電場線的方向逐漸降低
三、電勢
練習(xí)2、如圖所示，Q1和Q2是兩個固定的負(fù)點(diǎn)電荷，在它們的連線上有a、b、c三點(diǎn)，其中b點(diǎn)的合場強(qiáng)為零，現(xiàn)將另一正點(diǎn)電荷q由a點(diǎn)沿連線移動到c點(diǎn)，在移動的過程中，點(diǎn)電荷q的電勢能變化是(　　)
A．不斷減小 B．不斷增大
C．先增大后減小 D．先減小后增大
√
三、電勢
練習(xí)3、(多選)如圖所示，兩個等量的正點(diǎn)電荷分別置于P、Q兩位置，在P、Q連線的垂直平分線上有M、N兩點(diǎn)，另有一試探電荷q，則(　　)
A．若q是正電荷，q在N點(diǎn)的電勢能比在M點(diǎn)的電勢能大
B．若q是負(fù)電荷，q在M點(diǎn)的電勢能比在N點(diǎn)的電勢能大
C．無論q是正電荷還是負(fù)電荷，q在M、N兩點(diǎn)的電勢能都一樣大
D．無論q是正電荷還是負(fù)電荷，q在M點(diǎn)的電勢能都比在N點(diǎn)的電勢能小
√
√
三、電勢
練習(xí)4、如圖所示，虛線AB和CD分別為橢圓的長軸和短軸，相交于O點(diǎn)，兩個等量異種點(diǎn)電荷分別處于橢圓的兩個焦點(diǎn)M、N上，下列說法正確的是(　　)
A．A、B兩處電勢、電場強(qiáng)度均相同
B．C、D兩處電勢、電場強(qiáng)度均相同
C．在虛線AB上O點(diǎn)的電場強(qiáng)度最大
D．帶正電的試探電荷在O處的電勢能小于在B處的電勢能
√
課堂小結(jié)
概念的建立：
靜電力做功 電勢能
重力做功 重力勢能
電勢能 電勢
電場力 電場強(qiáng)度
類比
類比
概念的理解：
電勢能：
；
電勢能的相對性；
電勢能的系統(tǒng)性；
電勢：
描述電場的能的性質(zhì)；
具有相對性；
沿著電場線方向電勢逐漸降低。

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