高中物理 電勢能與電勢差 第1部分 第2章 第1節(jié) 電場力做功與電勢能課件 魯科版選修31

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1、第1節(jié)電場力做功與電勢能理解教材新知把握熱點(diǎn)考向應(yīng)用創(chuàng)新演練第2章電勢能與電勢差知識點(diǎn)一知識點(diǎn)二考向一考向二隨堂基礎(chǔ)鞏固課時(shí)跟蹤訓(xùn)練1.1.在電場中移動電荷時(shí)，電場力做功與路在電場中移動電荷時(shí)，電場力做功與路徑無關(guān)，只與始末位置有關(guān)。徑無關(guān)，只與始末位置有關(guān)。2 2電荷在電場中某點(diǎn)的電勢能等于把電電荷在電場中某點(diǎn)的電勢能等于把電荷從這點(diǎn)移到選定的參考點(diǎn)的過程中荷從這點(diǎn)移到選定的參考點(diǎn)的過程中電場力所做的功。電場力所做的功。3 3電場力做正功，電荷電勢能減??；電場力做正功，電荷電勢能減??；電場力做負(fù)功，電荷電勢能增大。電場力做負(fù)功，電荷電勢能增大。 自學(xué)教材自學(xué)教材 (1) (1)在電場中把一個

2、點(diǎn)電荷在電場中把一個點(diǎn)電荷q q由由A A點(diǎn)移到點(diǎn)移到B B點(diǎn)，無點(diǎn)，無論沿什么路徑，電場力所做的功都論沿什么路徑，電場力所做的功都 。這說明。這說明電場力做功與電荷經(jīng)過的電場力做功與電荷經(jīng)過的 無關(guān)，只與電荷的無關(guān)，只與電荷的起始起始 和終止和終止 有關(guān)。有關(guān)。 (2) (2)在勻強(qiáng)電場中，電場力做功為在勻強(qiáng)電場中，電場力做功為W W ，其，其中中d d為電荷的始、末位置沿為電荷的始、末位置沿 方向上的距離。方向上的距離。相等相等路徑路徑位置位置位置位置電場電場qEd 重點(diǎn)詮釋重點(diǎn)詮釋 1 1對電場力做功的理解對電場力做功的理解 (1) (1)電場力做功與電荷移動的路徑無關(guān)，只與初、末電場力

3、做功與電荷移動的路徑無關(guān)，只與初、末位置有關(guān)，適用于一切電場。位置有關(guān)，適用于一切電場。 (2) (2)在勻強(qiáng)電場中，可以用公式在勻強(qiáng)電場中，可以用公式W WqEdqEd計(jì)算電場力做計(jì)算電場力做的功，式中的的功，式中的d d是電荷沿電場線方向即電場力方向移動的是電荷沿電場線方向即電場力方向移動的距離，如果位移距離，如果位移L L與電場線間有夾角與電場線間有夾角，則，則W WqELqELcoscos。 (3) (3)電場力做功的特點(diǎn)與重力做功的特點(diǎn)相似，只與電場力做功的特點(diǎn)與重力做功的特點(diǎn)相似，只與始、末位置有關(guān)。始、末位置有關(guān)。 2 2判斷電場力做正功還是做負(fù)功的方法判斷電場力做正功還是做負(fù)功

4、的方法 (1) (1)根據(jù)電場力和位移方向的夾角判斷。此方法常根據(jù)電場力和位移方向的夾角判斷。此方法常用于勻強(qiáng)電場中恒定電場力做功的判斷。夾角為銳角用于勻強(qiáng)電場中恒定電場力做功的判斷。夾角為銳角做正功，夾角為鈍角做負(fù)功，夾角為直角不做功。做正功，夾角為鈍角做負(fù)功，夾角為直角不做功。 (2) (2)根據(jù)電場力和瞬時(shí)速度方向的夾角判斷。此方根據(jù)電場力和瞬時(shí)速度方向的夾角判斷。此方法常用于判斷曲線運(yùn)動中變化電場力的做功，夾角為法常用于判斷曲線運(yùn)動中變化電場力的做功，夾角為銳角做正功，夾角為鈍角做負(fù)功，夾角為直角不做功。銳角做正功，夾角為鈍角做負(fù)功，夾角為直角不做功。圖圖2 21 11 11 1如圖如

5、圖2 21 11 1所示，在場強(qiáng)為所示，在場強(qiáng)為E E的的勻強(qiáng)電場中有相距為勻強(qiáng)電場中有相距為l l的的A A、B B兩點(diǎn)，兩點(diǎn)，連線連線ABAB與電場線的夾角為與電場線的夾角為，將一，將一帶電量為帶電量為q q的正電荷從的正電荷從A A點(diǎn)移到點(diǎn)移到B B點(diǎn)。點(diǎn)。若沿直線若沿直線ABAB移動該電荷，電場力做的功移動該電荷，電場力做的功W W1 1_；若沿路徑若沿路徑ACBACB移動該電荷，電場力做的功移動該電荷，電場力做的功W W2 2_；若沿曲線若沿曲線ADBADB移動該電荷，電場力做的功移動該電荷，電場力做的功W W3 3_。由此可知，電荷在電場中移動時(shí)，電場力做的功的特點(diǎn)由此可知，電荷在

6、電場中移動時(shí)，電場力做的功的特點(diǎn)是是_。解析：解析：路徑路徑ABAB、ACBACB、曲線、曲線ADBADB在電場線方向上的投在電場線方向上的投影都是影都是BCBCl lcoscos，因此沿這三條路徑電荷由，因此沿這三條路徑電荷由A A運(yùn)運(yùn)動到動到B B，電場力做的功都是，電場力做的功都是qElqElcoscos，可見電場力，可見電場力做功與路徑無關(guān)，只與電荷的始末位置有關(guān)。做功與路徑無關(guān)，只與電荷的始末位置有關(guān)。答案：答案：qElqElcoscosqElqElcoscosqElqElcoscos電場力做電場力做功的大小與路徑無關(guān)，只與始末位置有關(guān)功的大小與路徑無關(guān)，只與始末位置有關(guān) 自學(xué)教材自

7、學(xué)教材 1 1定義定義 電荷在電場中某點(diǎn)的電勢能等于把電荷從這點(diǎn)移電荷在電場中某點(diǎn)的電勢能等于把電荷從這點(diǎn)移到選定的參考點(diǎn)的過程中到選定的參考點(diǎn)的過程中 所做的功。所做的功。 2 2相對性相對性 電勢能的大小與所選取的電勢能的大小與所選取的 勢能點(diǎn)有關(guān)。同一勢能點(diǎn)有關(guān)。同一電荷相對于不同的參考點(diǎn)的電荷相對于不同的參考點(diǎn)的 不同。不同。電場力電場力零零電勢能電勢能 3 3電場力做功與電勢能變化的關(guān)系電場力做功與電勢能變化的關(guān)系 電場力對電荷做正功，電荷的電勢能電場力對電荷做正功，電荷的電勢能 ；電；電場力對電荷做負(fù)功，電荷的電勢能場力對電荷做負(fù)功，電荷的電勢能 ?？傊?，電?？傊?，電場力對電荷做多

8、少功，電荷的電勢能就場力對電荷做多少功，電荷的電勢能就 多少，多少，即電場力對電荷做的功等于電荷電勢能的即電場力對電荷做的功等于電荷電勢能的 。減少減少增加增加改變改變變化量變化量 重點(diǎn)詮釋重點(diǎn)詮釋 1 1電勢能的特點(diǎn)電勢能的特點(diǎn) (1) (1)電勢能是標(biāo)量，有正負(fù)，但沒有方向。電勢能的電勢能是標(biāo)量，有正負(fù)，但沒有方向。電勢能的正、負(fù)值僅表示大小，正值表示電勢能大于參考點(diǎn)處的電正、負(fù)值僅表示大小，正值表示電勢能大于參考點(diǎn)處的電勢能，負(fù)值表示電勢能小于參考點(diǎn)處的電勢能。勢能，負(fù)值表示電勢能小于參考點(diǎn)處的電勢能。 (2) (2)電勢能是相對的，其大小與選定的參考點(diǎn)有關(guān)。電勢能是相對的，其大小與選定

9、的參考點(diǎn)有關(guān)。確定電荷的電勢能首先應(yīng)當(dāng)確定參考點(diǎn)，也就是零勢能點(diǎn)確定電荷的電勢能首先應(yīng)當(dāng)確定參考點(diǎn)，也就是零勢能點(diǎn)的位置。的位置。 (3) (3)電勢能是由電場和電荷共同決定的，屬于電場和電勢能是由電場和電荷共同決定的，屬于電場和電荷系統(tǒng)所共有的，我們常習(xí)慣說成電場中的電荷所具電荷系統(tǒng)所共有的，我們常習(xí)慣說成電場中的電荷所具有的電勢能。有的電勢能。 2 2判斷電勢能大小的方法判斷電勢能大小的方法 (1) (1)做功判定法：做功判定法： 無論是哪種電荷，只要是電場力做了正功，電荷的無論是哪種電荷，只要是電場力做了正功，電荷的電勢能一定是減少的；只要是電場力做了負(fù)功電勢能一定是減少的；只要是電場力

10、做了負(fù)功( (克服電場克服電場力做功力做功) )，電勢能一定是增加的。，電勢能一定是增加的。 (2) (2)電場線法：電場線法： 正電荷順著電場線的方向移動，電勢能一定減少，逆著正電荷順著電場線的方向移動，電勢能一定減少，逆著電場線的方向移動，電勢能一定增加；負(fù)電荷順著電場線的電場線的方向移動，電勢能一定增加；負(fù)電荷順著電場線的方向移動，電勢能一定增加，逆著電場線的方方向移動，電勢能一定增加，逆著電場線的方 向移動，電向移動，電勢能一定減少。勢能一定減少。 (3) (3)電性判定法：電性判定法： 同種電荷相距越近電勢能越大，相距越遠(yuǎn)電勢能越小；同種電荷相距越近電勢能越大，相距越遠(yuǎn)電勢能越?。划?/p>

11、種電荷相距越近電勢能越小，相距越遠(yuǎn)電勢能越大。異種電荷相距越近電勢能越小，相距越遠(yuǎn)電勢能越大。2 2下列說法中正確的是下列說法中正確的是 ( () )無論是正電荷還是負(fù)電荷，從電場中某點(diǎn)移到無窮遠(yuǎn)無論是正電荷還是負(fù)電荷，從電場中某點(diǎn)移到無窮遠(yuǎn)處時(shí)，電場力做的正功越多，電荷在該點(diǎn)的電勢能越大處時(shí)，電場力做的正功越多，電荷在該點(diǎn)的電勢能越大無論是正電荷還是負(fù)電荷，從電場中某點(diǎn)移到無窮遠(yuǎn)無論是正電荷還是負(fù)電荷，從電場中某點(diǎn)移到無窮遠(yuǎn)處時(shí)，電場力做的正功越少，電荷在該點(diǎn)的電勢能越大處時(shí)，電場力做的正功越少，電荷在該點(diǎn)的電勢能越大無論是正電荷還是負(fù)電荷，從無窮遠(yuǎn)處移到電場中某無論是正電荷還是負(fù)電荷，從無

12、窮遠(yuǎn)處移到電場中某點(diǎn)時(shí)，克服電場力做功越多，電荷在該點(diǎn)的電勢能越大點(diǎn)時(shí)，克服電場力做功越多，電荷在該點(diǎn)的電勢能越大無論是正電荷還是負(fù)電荷，從無窮遠(yuǎn)處移到電無論是正電荷還是負(fù)電荷，從無窮遠(yuǎn)處移到電場中某點(diǎn)時(shí)，電場力做功越多，電荷在該點(diǎn)的電場中某點(diǎn)時(shí)，電場力做功越多，電荷在該點(diǎn)的電勢能越大勢能越大A A B BC C D D解析：解析：無窮遠(yuǎn)處的電勢能為零，電荷從電場中某處移到無窮遠(yuǎn)處的電勢能為零，電荷從電場中某處移到無窮遠(yuǎn)處時(shí)，若電場力做正功，電勢能減少，到無窮遠(yuǎn)無窮遠(yuǎn)處時(shí)，若電場力做正功，電勢能減少，到無窮遠(yuǎn)處時(shí)電勢能減為零，電荷在該點(diǎn)的電勢能為正值，且等處時(shí)電勢能減為零，電荷在該點(diǎn)的電勢能為

13、正值，且等于移動過程中電荷電勢能的變化，也就等于電場力做的于移動過程中電荷電勢能的變化，也就等于電場力做的功，因此電場力做的正功越多，電荷在該點(diǎn)電勢能越大，功，因此電場力做的正功越多，電荷在該點(diǎn)電勢能越大，正確，錯誤；電荷從無窮遠(yuǎn)處移到電場中某點(diǎn)時(shí)，正確，錯誤；電荷從無窮遠(yuǎn)處移到電場中某點(diǎn)時(shí)，若克服電場力做功，電勢能由零增大到若克服電場力做功，電勢能由零增大到某值，此值某值，此值就是電荷在該點(diǎn)的電勢能值，因此，電荷在該點(diǎn)的就是電荷在該點(diǎn)的電勢能值，因此，電荷在該點(diǎn)的電勢能等于電荷從無窮遠(yuǎn)處移到該點(diǎn)時(shí)克服電場力電勢能等于電荷從無窮遠(yuǎn)處移到該點(diǎn)時(shí)克服電場力所做的功，故正確，錯誤。故選項(xiàng)所做的功，故

14、正確，錯誤。故選項(xiàng)A A正確。正確。答案：答案：A A圖圖2 21 12 2 例例11如圖如圖2 21 12 2所示，電荷所示，電荷的電荷量為的電荷量為q q，場強(qiáng)為，場強(qiáng)為E E，A A、B B間距間距為為d d，分別求點(diǎn)電荷沿圖中三條路徑，分別求點(diǎn)電荷沿圖中三條路徑從從A A運(yùn)動到運(yùn)動到B B時(shí)，電場力對它所做的功。時(shí)，電場力對它所做的功。 思路點(diǎn)撥思路點(diǎn)撥 在勻強(qiáng)電場中，電在勻強(qiáng)電場中，電場力為恒力，可根據(jù)恒力做功的公式場力為恒力，可根據(jù)恒力做功的公式W WF Fs scoscos計(jì)算功。計(jì)算功。 解析解析當(dāng)電荷沿當(dāng)電荷沿AB連線運(yùn)動到連線運(yùn)動到B時(shí)，時(shí)，WqEd，當(dāng)電荷沿當(dāng)電荷沿ACB

15、運(yùn)動到運(yùn)動到B時(shí)，時(shí)，WFLcosFLcos90qEd，當(dāng)電荷沿，當(dāng)電荷沿ADB運(yùn)動到運(yùn)動到B時(shí)，時(shí)，WFL1cosFL2cosqEd。 答案答案均為均為qEd 解決電場力做功問題，要注意題目設(shè)置的情境，若解決電場力做功問題，要注意題目設(shè)置的情境，若為恒力且物體沿直線運(yùn)動，可直接根據(jù)功的定義計(jì)算。為恒力且物體沿直線運(yùn)動，可直接根據(jù)功的定義計(jì)算。圖圖2 21 13 31 1如圖如圖2 21 13 3所示，勻強(qiáng)電場所示，勻強(qiáng)電場E E中中有一絕緣棒長為有一絕緣棒長為L L，棒兩端分別有，棒兩端分別有正、負(fù)電荷，帶電荷量均為正、負(fù)電荷，帶電荷量均為q q，若，若要將兩個電荷顛倒一下位置，電場要將兩個

16、電荷顛倒一下位置，電場力做功為力做功為 ( () )A A0 0 B BEqLEqLC CEqLEqL D D2 2EqLEqL解析：解析：要顛倒兩電荷位置，而電荷在力的方向上都有位要顛倒兩電荷位置，而電荷在力的方向上都有位移。又電場力做功與路徑無關(guān)，只由初末位置來決定，移。又電場力做功與路徑無關(guān)，只由初末位置來決定，所以對所以對q q：電場力方向與位移方向相同，電場力做正：電場力方向與位移方向相同，電場力做正功功W WEqLEqL；對；對q q：電場力方向與位移方向也相同，：電場力方向與位移方向也相同，電場力做正功電場力做正功W WEqLEqL，所以，所以W W合合W WW W2 2EqLE

17、qL，故選，故選項(xiàng)項(xiàng)D D正確。正確。答案：答案：D D圖圖2 21 14 4 例例22如圖如圖2 21 14 4所示，勻強(qiáng)電場所示，勻強(qiáng)電場中帶電荷量為中帶電荷量為q q的電荷從的電荷從B B運(yùn)動到運(yùn)動到A A，電場，電場力做功力做功W WE E1.61.610103 3 J( J(A A點(diǎn)定為零勢能位點(diǎn)定為零勢能位置置) )，問：，問： (1) (1)電荷在電荷在B B點(diǎn)的電勢能為多少？點(diǎn)的電勢能為多少？ (2) (2)若將電荷改為帶電荷量為若將電荷改為帶電荷量為q q的負(fù)電荷，其他條件不變，的負(fù)電荷，其他條件不變，B B點(diǎn)的電勢能又為多少？點(diǎn)的電勢能又為多少？ 思路點(diǎn)撥思路點(diǎn)撥 在電場中

18、移動電荷，電場力做的功等于電在電場中移動電荷，電場力做的功等于電勢能的變化。勢能的變化。 解析解析 (1)(1)電荷從電荷從B B向向A A運(yùn)動，當(dāng)電荷帶正電時(shí)，電荷運(yùn)動，當(dāng)電荷帶正電時(shí)，電荷受力與運(yùn)動方向相同，電場力做正功，電勢能減少。因?yàn)槭芰εc運(yùn)動方向相同，電場力做正功，電勢能減少。因?yàn)閃 WE E1.61.610103 3J J，所以，所以E Ep p1.61.610103 3J J；又因?yàn)?；又因?yàn)镋 EA A0 0，所，所以以B B點(diǎn)的電勢能為點(diǎn)的電勢能為E EB B1.61.610103 3J J。 (2) (2)當(dāng)電荷帶負(fù)電時(shí)，電荷受力與運(yùn)動方向相反，電場當(dāng)電荷帶負(fù)電時(shí)，電荷受力與

19、運(yùn)動方向相反，電場力做負(fù)功，電勢能增加。因?yàn)榱ψ鲐?fù)功，電勢能增加。因?yàn)閃 WE E1.61.610103 3J J，所以，所以E Ep p1.61.610103 3J J；又因?yàn)?；又因?yàn)镋 EA A0 0，所以，所以E EB B1.61.610103 3J J。 答案答案 (1)1.6(1)1.610103 3J J(2)(2)1.61.610103 3J J 分析這類題目時(shí)，一定要確定零勢能的位置，然分析這類題目時(shí)，一定要確定零勢能的位置，然后判斷電場力的做功情況，最后根據(jù)電場力做功跟電后判斷電場力的做功情況，最后根據(jù)電場力做功跟電勢能變化的關(guān)系解決問題。勢能變化的關(guān)系解決問題。2 2a a

20、、b b為電場中的兩個點(diǎn)，如把為電場中的兩個點(diǎn)，如把q q2 210108 8 C C的負(fù)電的負(fù)電荷從荷從a a點(diǎn)移到點(diǎn)移到b b點(diǎn)，電場力對該電荷做了點(diǎn)，電場力對該電荷做了4 410107 7 J J的正的正功，則該電荷的電勢能功，則該電荷的電勢能 ( () )A A增加了增加了4 410107 7 J J B B增加了增加了2 210108 8 J JC C減少了減少了4 410107 7 J J D D減少了減少了8 810101515 J J解析：解析：在電場中，不管是哪種電荷，只要是電場力對在電場中，不管是哪種電荷，只要是電場力對電荷做了正功，該電荷的電勢能一定減少，反之，電電荷做了正功，該電荷的電勢能一定減少，反之，電場力做負(fù)功，該電荷的電勢能一定增加，且電場力做場力做負(fù)功，該電荷的電勢能一定增加，且電場力做的功的多少等于電勢能變化的多少。故選的功的多少等于電勢能變化的多少。故選C C。答案：答案：C C