第2章 第1节 电场力做功与电势能-2020-2021学年高中物理选修3-1【导学教程】同步辅导（鲁科版）word

第1节　电场力做功与电势能 [学习目标] 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．理解电势能的概念，并会判断计算电势能高低及电势能的变化。 一、静电力做功的特点 1．特点：与路径无关，只与起始位置和终止位置有关，静电力做功与重力做功相似。 2．匀强电场电场力做功：在匀强电场中，电场力做功W＝qE·d，其中d为沿场强方向的位移，不一定是被移动电荷的实际位移。 二、电势能 1．定义：电荷在电场中具有的势能。 2．静电力做功与电势能变化的关系 静电力做功等于电势能的减少量，WAB＝EpA－EpB，电场力做正功，电势能减少；电场力做负功，电势能增加。[来源:学科网ZXXK] 3．电荷在某点的电势能，等于把它从这点移到零势能位置时静电力做的功。 4．零势能位置的规定 通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为0，或把电荷在大地表面上的电势能规定为0。 [自主诊断]——判正误 　(1)电荷从电场中的A点运动到B点，路径不同，电场力做功的大小就可能不同。(×) (2)正电荷沿着电场线运动，电场力对正电荷做正功，负电荷逆着电场线运动，电场力对负电荷做正功。(√) (3)电场力做正功，电荷的电势能减少，电场力做负功，电荷的电势能增加。(√) (4)正电荷和负电荷沿着电场线运动，电势能均减少。(×) 考点一　电场力做功 1．若在匀强电场中，做直线运动，可直接应用功的定义式W＝Fscos θ求解。 2．若电荷做非直线运动，可以转化为若干直线运动阶段，应用直线运动规律求解；也可直接应用电场力做功的特点，直接求出初末位置沿电场力方向的位移，求解电场力做的功。 [例1]　如图2－1－1所示，电荷量为＋q的点电荷在场强为E的电场中运动，AB间距为d，分别求点电荷沿图中三条路径从A运动到B时，电场力对它所做的功。 图2－1－1 [思路引导]　 [解析]　本题中电场力为恒力，可以先求出力的方向上的位移，用力乘以力的方向上的位移来求解。 当电荷沿AB连线运动到B时，W＝qEd； 当电荷沿ACB运动到B时，W＝FLcos θ＋FL′cos 90°＝qEd； 当电荷沿ADB运动到B时，W＝FL1cos α＋FL2cos β＝qEd。 [答案]　见解析 [规律总结] 电场力做功的求解 匀强电场中电场力是恒力，所以求电场力做功时可直接利用功的定义式求解，但是要注意分析电荷沿电场线方向的位移。就像在重力场中求重力做功时，关键是要找出物体在竖直方向的位移一样。 ●对点训练 　在场强为4×105 V/m的匀强电场中，一质子从A点移动到B点，如图2－1－2所示。已知AB间距离为20 cm，AB连线与电场线成30°角，求电场力做的功。 图2－1－2 解析　在匀强电场中电场力为F＝qE 沿电场力方向的位移为lcos θ 电场力对质子做的功为W＝qElcos θ＝1.6×10－19×4×105×0.2× J＝1.1×10－14 J。 答案　1.1×10－14 J 考点二　对电势能的理解 1．电势能的特性 系统性 电势能是由电场和电荷共同决定的，是属于电荷和电场所共有的，我们习惯上说成电荷的电势能 相对性 电势能是相对的，其大小与选定的参考点有关。确定电荷的电势能，首先应确定参考点，也就是零势能点的位置 标量性 电势能是标量，有正负但没有方向。电势能为正值表示电势能大于参考点的电势能，电势能为负值表示电势能小于参考点的电势能 2.电势能增减的判断方法 做功判断法 无论正、负电荷，只要电场力做正功，电荷的电势能一定减小；反之，做负功则增大 电场线判断法 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。负电荷的情况正好相反 [例2]　有一带负电的点电荷，从电场中的A点移到B点时，克服电场力做功6×10－4J。从B点移到C点，电场力做功9×10－4 J，问： (1)若以A为零势能点，B、C两点的电势能各为多少？A、C间的电势能之差为多少？ (2)若以B为零势能点，A、C两点的电势能各为多少？A、C间的电势能之差为多少？ [思路引导]　解答本题时，要注意以下两点： ①确定电荷在某点具有的电势能时，先选定零势能点； ②电场力做功与电势能变化的关系WAB＝EpA－EpB。 [解析]　(1)从A点移到B点，克服电场力做功6×10－4 J，电势能增加6×10－4 J，由于A点的电势能为零，故B点电势能为6×10－4 J。从B点移到C点，电场力做功9×10－4 J，电势能减少9×10－4 J，故C点电势能为－3×10－4 J。故A、C间的电势能之差为3× 10－4 J。 (2)以B点为零势能点，电荷从A点移到B点，电势能增加6×10－4 J后电势能变为零，故A点电势能为－6×10－4 J。从B点移到C点，电势能减少