物理：2.1电场力做功与电势 课件（鲁科版选修3-1）

欢迎进入物理课堂 第1节电场力做功与电势能 课标定位学习目标 1 掌握电场力做功的特点 理解电势能的概念 2 熟练掌握电场力做功与电势能变化的关系 3 了解类比法在物理学中的应用 学会运用类比法研究物理问题 培养自主学习的能力 重点难点 1 电场力做功的计算及特点 电势能的概念 2 电场力做功与电势能的变化关系及电势能概念的理解 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第1节电场力做功与电势能 课前自主学案 课前自主学案 一 电场力做功的特点1 电场力做功与电荷经过的 无关 只与电荷的 有关 2 在匀强电场中 电场力做的功为W 其中d为电荷的始末位置 的距离 路径 始末位置 qEd 沿电场线方向上 思考感悟夏天的雨季 电闪雷鸣 被雷击毁的动物 植物 建筑物等常见诸报端 说明雷电蕴藏着巨大的能量 美国科学家富兰克林就曾经收集过雷电 不幸被雷电击伤 你知道从天而降的闪电能否做功吗 提示 从天而降的闪电是电荷在电场力的作用下进行的 电场力对电荷做了功 因此说闪电做了功 二 电势能1 定义 电荷在电场中某点的电势能等于把电荷从这点移到选定的 的过程中 所做的功 2 相对性 电势能的大小与选取的 有关 3 与电场力做功的关系 即 电场力对电荷做正功 电势能 电场力对电荷做负功 电势能 参考点 电场力 参考点 W Ep 减小 增大 核心要点突破 一 电场力做功与电势能变化的关系1 电场力做功的特点电场力对电荷所做的功 只与电荷的初末位置有关 与电荷的运动路径无关 2 电场力做功正负的判断 1 若电场力是恒力 当电场力方向与电荷位移方向夹角为锐角时 电场力做正功 夹角为钝角时电场力做负功 2 若电场力是变力 当电场力方向与电荷运动方向夹角为锐角时 电场力做正功 夹角为钝角时 电场力做负功 3 电场力做功与电势能变化的关系 1 电场力做功一定伴随着电势能的变化 电势能的变化只有通过电场力做功才能实现 电场力对电荷做了多少功 就有多少电势能转化为其他形式的能 电荷克服电场力做了多少功 就有多少其他形式的能转化为电势能 也就是说 静电力做功是电势能转化为其他形式的能的量度 2 电场力做功的绝对值一定等于电势能变化的绝对值 电场力做正功W 电势能一定减少W 电场力做负功W 电势能一定增加W 特别提醒 1 以上关系既适用于匀强电场 也适用于非匀强电场 既适用于正电荷 也适用于负电荷 2 电势能的变化与零势能点的选取无关 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 只受到电场力作用的电荷 下列说法正确的是 A 顺着电场线运动的电荷的电势能一定减少B 逆着电场线运动的电荷的电势能一定增加C 若电场力对电荷做正功 则电荷动能一定增加D 若电场力对电荷做负功 则电势能一定减少 解析 选C 电势能的变化是由电场力做功的情况决定的 当电场力做正功时 电势能减少 当电荷克服电场力做功时 电势能增加 题目虽然已知电荷顺着电场线或逆着电场线运动 但是电荷受到的电场力与速度间的关系仍不确定 故电场力做功情况不确定 因而电势能的变化情况也不确定 由于电荷仅受到电场力作用 电场力的功即为合外力的功 根据动能定理可知 若电场力做正功 则动能增加 电势能减少 若电场力做负功 则动能减少 电势能增加 二 对电势能的理解1 电势能的特点 1 电势能是电荷和电场共同所有的 通常的说法 电荷的电势能 2 电势能具有相对性 选取不同的零电势能点 电荷在同一位置处的电势能一般不同 一般情况下 选无限远处或大地作为零电势能点 3 电势能是标量 但有正负 正值表示该点的电势能比零电势能大 负值表示该点电势能比零电势能小 2 电势能和重力势能的类比 3 电势能大小的判断方法 1 场源电荷判断法离场源正电荷越近 正试探电荷的电势能越大 负试探电荷的电势能越小 离场源负电荷越近 正试探电荷的电势能越小 负试探电荷的电势能越大 2 电场线法 正电荷顺着电场线的方向移动时 电势能逐渐减小 逆着电场线的方向移动时 电势能逐渐增大 负电荷顺着电场线的方向移动时 电势能逐渐增大 逆着电场线的方向移动时 电势能逐渐减小 3 做功判断法无论正 负电荷 电场力做正功 电荷将从电势能较大的地方移向电势能较小的地方 反之 如果电荷克服电场力做功 那么电荷将从电势能较小的地方移向电势能较大的地方 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 2011年宁德高二检测 如图2 1 1所示 在点电荷电场中的一条电场线上依次有A B C三点 分别把 q和 q的试探电荷依次放在三点上 关于它所具有的电势能的正确说法是 图2 1 1 放上 q时 它们的电势能EA EB EC 放上 q时 它们的电势能EAEB EC 放上 q时 它们的电势能EA EB ECA B C D 解析 选D 为了比较电荷在不同位置上电势能的大小 只需根据电荷在这些位置间移动时电场力做的功来判断 放上 q时 电荷从位置A B C 都是电场力做功 电势能应减小 可见EA EB EC 放上 q时 电荷从位置A B C 外力需克服电场力做功 电荷的电势能应增大 即EA EB EC 如图2 1 2所示 在场强为E的匀强电场中有相距为L的A B两点 连线AB与电场线的夹角为 将一电荷量为q的正电荷从A点移到B点 若沿直线AB移动该电荷 电场力做的功W1 若沿路径ACB 课堂互动讲练 图2 1 2 移动该电荷 电场力做的功W2 若沿曲线ADB移动该电荷 电场力做的功W3 由此可知电荷在电场中移动时 电场力做功的特点是 精讲精析 直线AB 路径ACB 曲线ADB在电场线上的投影BC Lcos 因此沿着这三条线由A点运动到B点 电场力做的功都是qELcos 答案 qELcos qELcos qELcos 只与初 末位置有关 与路径无关 方法总结 电场力做功的计算问题可类比重力做功的计算 一般有两种方法 1 若电场力为恒力 则可用功的定义式W F scos 计算 2 若电场力为变力 则可用动能定理结合电场力做功特点计算 2011年福州高二检测 如图2 1 3 匀强电场中带电荷量为 q的电荷从B运动到A 电场力做功WE 1 6 10 3J A点定为零势能位置 问 1 B点的电势能为多少 2 若将电荷改为带电荷量为q的负电荷 其他条件不变 B点的电势能又为多少 图2 1 3 精讲精析 1 电荷从B向A运动 当电荷带正电时 电荷受力与运动方向相同 电场力做正功 电势能减少 因为WE 1 6 10 3J 所以 Ep 1 6 10 3J 又因为EA 0 所以B点的电势能为EB 1 6 10 3J 2 当电荷带负电时 电荷受力与运动方向相反 电场力做负功 电势能增加 因为WE 1 6 10 3J 所以 Ep 1 6 10 3J 又因为EA 0 所以EB 1 6 10 3J 答案 1 1 6 10 3J 2 1 6 10 3J 方法总结 分析这类题目时 一定要确定零势能位置 然后判断电场力的做功情况 最后根据电场力做功跟电势能变化的关系解决问题 2011年济南高二单元检测 一带电油滴在匀强电场E中的运动轨迹如图2 1 4中虚线所示 电场方向竖直向下 若不计空气阻力 则此带电油滴从a运动到b的过程中 能量变化情况为 A 动能减小B 电势能增加 图2 1 4 C 动能和电势能之和减少D 重力势能和电势能之和增加 思路点拨 解决此题应注意三点 1 只有电场力做功时 动能与电势能相互转化且总量保持不变 2 只有重力做功时 动能与重力势能相互转化且总量保持不变 3 若电场力与重力同时做功 动能 电势能及重力势能相互转化 且总量保持不变 自主解答 由于曲线运动的轨迹向合外力的方向弯曲 由轨迹可判定带电油滴受到的电场力大于油滴的重力 由功能关系知 从a到b 电场力做正功 电势能减小 克服重力做功 重力势能增大 合外力做正功 动能增加 所以减小的电势能等于增加的动能与重力势能之和 所以C项正确 A B D三项错误 答案 C 变式训练一个带电小球从空中的a点运动到b点的过程中 重力做功3J 电场力做功1J 克服空气阻力做功0 5J 则小球 A 在a点的重力势能比在b点大3JB 在a点的电势能比b点小1JC 在a点的动能比在b点小3 5JD a点的机械能比b点机械能少0 5J 解析 选A 重力做正功 重力势能减少 减少量等于重力做功的多少 A对 同理 电场力做正功 电势能减少 减少量等于电场力做功的多少 B错 动能的变化等于合力做功 合力做正功 动能增大 C错 机械能的变化等于除重力外其他力做功的和 D错 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全