课时1 电势能和电势
[学科素养与目标要求]
物理观念：1.知道静电力做功的特点，掌握静电力做功与电势能变化的关系.2.理解电势的定义、定义式、单位，能根据电场线判断电势高低.
科学思维：1.通过类比法分析得出静电力做功与电势能变化的关系.2.能用比值法定义电势.
一、静电力做功的特点
1.静电力做功：在匀强电场中，静电力做功W＝qElcosθ.其中θ为静电力与位移方向之间的夹角.
2.特点：在静电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，与电荷经过的路径无关.
二、电势能
1.电势能：电荷在电场中具有的势能，用Ep表示.
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.表达式：WAB＝EpA－EpB.
3.电势能的大小：电荷在某点的电势能，等于把它从这点移动到零势能位置时静电力做的功EpA＝WA0.
4.电势能具有相对性
电势能零点的规定：通常把电荷在离场源电荷无限远处或把电荷在大地表面上的电势能规定为零.
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.
2.公式：φ＝.
3.单位：国际单位制中，电势的单位是伏特，符号是V,1V＝1J/C.
4.电势高低的判断：沿着电场线的方向电势逐渐降低.
5.电势是标量，只有大小，没有方向，但有正、负之分，同一电场中电势为正表示比零电势高，电势为负表示比零电势低.
6.电势的相对性：只有规定了电势零点才能确定某点的电势大小，一般选大地或离场源电荷无限远处的电势为0.
1.判断下列说法的正误.
(1)电荷从电场中的A点运动到B点，路径不同，电场力做功不同.(×)
(2)正电荷和负电荷沿着电场线运动，电势能均减少.(×)
(3)电荷在电势高处具有的电势能一定大.(×)
(4)沿电场线方向电势降低，与试探电荷的电性无关.(√)
2.如图1所示，把电荷量为－5×10－9C的电荷，从电场中的A点移到B点，其电势能______(选填“增大”或“减小”).若A点电势为φA＝15V，B点电势为φB＝10V，则电荷在A点和B点具有的电势能分别为EpA＝__________J，EpB＝__________J，此过程电场力所做的功WAB＝__________J.
图1
答案 增大 －7.5×10－8 －5×10－8 －2.5×10－8
解析 电荷从A点移到B点，电场力做负功，电势能增大.
EpA＝qφA＝－5×10－9×15J＝－7.5×10－8J
EpB＝qφB＝－5×10－9×10J＝－5×10－8J
WAB＝EpA－EpB＝－2.5×10－8J.
一、静电力做功与电势能
(1)如图所示，试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中，沿直线从A移动到B，静电力做的功为多少？若q沿折线AMB从A点移动到B点，静电力做的功为多少？
(2)若q沿任意曲线从A点移动到B点，静电力做的功为多少？由此可得出什么结论？
(3)对比电场力做功和重力做功的特点，它们有什么相同之处？重力做功引起重力势能的变化，电场力做功引起什么能的变化？
答案 (1)静电力F＝qE，静电力与位移夹角为θ，静电力对试探电荷q做的功W＝F·|AB|cosθ＝qE·|AM|.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，总功W＝W1＋W2＝qE·|AM|.
(2)W＝qE·|AM|.电荷在匀强电场中沿不同路径由A点运动到B点，静电力做功相同.说明静电力做功与路径无关，只与初、末位置有关.
(3)电场力做功与重力做功都与路径无关.电场力做功引起电势能的变化.
