2020-2021学年高二上学期物理鲁科版（2019）必修第三册学案：2.1静电力做功与电势能

第一节 静电力做功与电势能 必备知识·自主学习 一、静电力做功的特点 　将电荷q在电场中沿多条路径从A点移动到B点。 (1)静电力做功跟什么因素有关系? (2)沿不同路径由A至B静电力做功一样吗? 提示:(1)静电力做功跟静电力和沿静电力方向的位移有关。 (2)沿不同路径由A至B静电力做功一样。 1.做功特点:匀强电场中,如图所示,电荷运动时无论沿路径AB、ACB还是任意曲线由A移动到B点,静电力F对电荷做的功均为W=qEd。 把点电荷从A点移动到B点　　　使点电荷沿ACB移动使点电荷沿曲线AB移动 2.适用范围:在匀强电场中移动试探电荷,静电力做功与路径无关,与电荷的始末位置有关。这个结论对一切静电场(选填“一切静电场”或“匀强电场”)都适用。 二、电势能 　如图所示电场中A、B两点,选择不同的零势能点,电荷在电场中A点(或B点)的电势能的值相同吗?电荷在A、B两点间的电势能之差相同吗? 提示:电荷在A点(或B点)的电势能与零势能点的选取有关,无论选择电荷在哪点为零势能点,移动电荷电场力做的功是相同的,即电荷在A、B两点间的电势能之差(即电势能的变化)是相同的。 1.功是能量转化的量度。重力做的功量度了重力势能的变化:当重力做负功时,物体的重力势能增大;当重力做正功时,物体的重力势能减小。电荷在电场中也具有势能,这种势能称为电势能。 2.电势能的变化与电场力做功的关系: (1)定性关系:静电力做正功,电势能减小,静电力做负功,电势能增大。 (2)定量关系:用WAB表示电荷从A点移到B点的过程中静电力所做的功,EpA和EpB分别表示电荷在A点和B点的电势能,那么WAB=EpA-EpB=-ΔEp。 3.电势能大小:在讨论电势能的时候要先规定零电势能点,然后才能确定电荷在其他位置的电势能。电荷在电场中某点的电势能,等于电荷从该点移到零电势能点静电力所做的功。 4.电势能的相对性:选择不同的零电势能点,电荷在电场中同一点的电势能的值是不同的。在实际应用中,通常将电荷在大地表面的电势能规定为零,或者将电荷在离场源电荷无穷远处的电势能规定为零。 (1)静电力对正电荷一定做正功,对负电荷一定做负功。 (×) (2)静电力做的功W=qEd,适用于任何电场。 (×) (3)电场中有M、N两点,沿不同路径把同一电荷从M点移到N点,静电力做功不同。 (×) (4)电势能是相对的,规定不同的零势能点,电荷在电场中某点的电势能一般不同。 (√) (5)电场中有M、N两点,把电荷从M点移到N点的过程中,静电力对电荷做负功,M点的场强比N点的场强大。 (×) 关键能力·合作学习 知识点一　静电力做功与路径的关系 1.静电力做功的特点: (1)静电力对电荷所做的功与电荷的初末位置有关,与电荷经过的路径无关。该结论适用于任何静电场。 (2)无论带电体在电场中做直线运动,还是做曲线运动,无论带电体只受静电力作用还是受多个力作用,无论静电力做正功还是负功,静电力做功的特点不变。 2.静电力做功正负的判定: (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;夹角为直角时,电场力不做功。 (2)根据电场力与瞬时速度方向的夹角判断。此法常用于判断曲线运动中变化电场力的做功情况。夹角是锐角时,电场力做正功;夹角是钝角时,电场力做负功;电场力和瞬时速度方向垂直时,电场力不做功。 (3)若物体只受电场力作用,可根据动能的变化情况判断。根据动能定理,若物体的动能增加,则电场力做正功;若物体的动能减少,则电场力做负功。 如图所示,一带电荷量为q的正电荷在匀强电场中从A点运动到B点,已知直角边BC、AC的长度分别为a、b。 (1)若电荷沿直线AB运动,电场力做了多少功?是正功还是负功? (2)若电荷沿折线ACB运动,电场力做了多少功?是正功还是负功? (3)由以上两种情况可以总结出电场力做功有何特点?试猜想电荷沿曲线ADB运动,电场力做了多少功? 是正功还是负功? 提示:(1)qEa　正功 (2)qEa　正功 (3)电场力做功与路径无关,只与始末位置有关,若电荷沿曲线ADB运动,电场力做的功W3=qEa　正功 【典例】如图所示,,一根长为l的绝缘杆,两端分别固定着带有电荷量+q和-q的小球(大小不计)。,则转动过程中两个带电小球克服电场力做功为多少。 【审题关键】 序号 关键点 信息提取 ① 在电场强度为E的水平匀强电场中 电场方向水平向右 ② 让绝缘杆绕中点O逆时针转动α角 电场力对+q和-q的小球都做负功 【解析】电场力对带正电小球做功为W1=-qE·(1-cosα);电场力对带负电小球做功为W2=-qE·(1-cosα)。转动过程中电场力对两小球做的总功为W=W1+W2=-qEl(1-cosα),即