1.4 电势能与电势(Ⅰ)（word教参）-【优化探究】2021-2022学年新教材高中物理必修3（粤教版）

第四节　电势能与电势(Ⅰ) 学习目标 素养提炼 1.通过讨论电场力对试探电荷做功，知道电场力做功与路径无关的特点。 2．将电场力做功与重力做功进行类比，理解电场力做功与电势能变化的关系。认识电势能的相对性。 物理观念：电势能。 科学思维：电场力做功的特点、电势能大小的判断方法。 科学探究：电场力做功与电势能变化的关系。 授课提示：对应学生用书第13页 一、电场力做功 1．电场力做功 如图所示，在电场强度大小为E的匀强电场中，把试探电荷＋q从A移到B，电场力做的功W＝qElcos_θ，其中θ为电场力与位移之间的夹角。 2．电场力做功特点 在静电场中移动电荷时，电场力所做的功只与电荷的电量及其起点、终点位置有关，与路径无关。 [思考] 　一电荷在某电场中运动了一周又回到出发点，电场力对该电荷做功吗？ 提示：不做功。由功的定义式可知，电荷运动一周位移为0，故电场力一定不做功。 二、电势能 1．概念 一个电荷在静电场中的某一位置具有势能，这种势能叫作电势能，用Ep表示。 2．电场力做功与电势能变化的关系 电场力做的功等于电势能的变化量，即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。 3．电势能的确定 (1)电势能的大小：电荷在某点的电势能，等于把它从该点移到零势能位置时电场力所做的功。 (2)零势能点：电场中规定的电势能为零的位置，通常把离场源电荷无限远处或电荷在大地表面的电势能规定为零。 [思考] 　(1)电势能与重力势能类似，也有正负，其正负有何意义？ (2)在电场中确定的两点间移动电荷量大小相等的正、负电荷时，电场力做功与电势能变化有何差异？ (1)提示：电势能为正值时，表明电荷在该处电势能大于零参考点的电势能，当电势能为负值时表明电荷在该处电势能比零参考点的电势能小。 (2)提示：在电场中确定的两点间移动电荷量大小相等的正、负电荷时，电场力做的功绝对值相等，正、负不同，电势能的变化量绝对值相等，增减情况相反。 授课提示：对应学生用书第13页 要点一　电场力做功的理解 　 (1)如图所示，试探电荷q在场强为E的匀强电场中，沿直线从A移动到B，电场力做的功为多少？若q沿折线AMB从A点移动到B点，电场力做的功为多少？ (2)若q沿任意曲线从A点移动到B点，电场力做的功为多少？ (3)由(1)(2)的研究可得出什么结论？ 提示：(1)电场力F＝qE，电场力与位移夹角为θ，电场力对试探电荷q做的功W＝F·|AB|cos θ＝qE·|AM|。在线段AM上电场力做的功W1＝qE·|AM|，在线段MB上电场力做的功W2＝0，总功W＝W1＋W2＝qE·|AM|。 (2)W＝qE·|AM|。 (3)电荷在匀强电场中从不同路径由A点运动到B点，电场力做功相同。说明电场力做功与路径无关，只与初、末位置有关。 1．匀强电场中电场力做功的计算 W＝qELcos θ，其中θ为电场力与位移间夹角。 2．电场力做功的正负判断 (1)根据电场力和位移方向的夹角判断：夹角为锐角，电场力做正功；夹角为钝角，电场做负功；电场力和位移方向垂直时不做功。此法常用于匀强电场中恒定电场力做功情况的判断。 (2)根据电场力和瞬时速度方向的夹角判断：夹角为锐角时，电场力做正功；夹角为钝角时，电场力做负功；电场力和瞬时速度方向垂直时不做功。此法常用于判断曲线运动中变化电场力的做功情况。 (3)根据电势能的变化情况判断：若电势能增加，则电场力做负功；若电势能减小，则电场力做正功。 (4)若物体只受电场力作用，可根据动能的变化情况判断：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，在电场强度为E的水平匀强电场中，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)。现让绝缘杆绕中点O逆时针转动α角，则转动过程中两个带电小球克服电场力做功为多少？ [思路点拨]　 →→ [解析]　电场力对带正电小球做的功为 W1＝－qE··(1－cos α) 电场力对带负电小球做的功为 W2＝－qE··(1－cos α) 转动过程中电场力对两小球做的总功为 W＝W1＋W2＝－qEl(1－cos α) 即两个带电小球克服电场力做功为qEl(1－cos α)。 [答案]　qEl(1－cos α) 1.如图所示是以＋Q为圆心的一组同心圆(虚线)，电场中有A、B、C、D四点。现将一带正电荷q的点电荷由A点沿不同的路径移动到D点。电场力沿路径①做功为W1，沿路径②做功为W2，沿路径③做功为W3，则(　　) A．W2<W3<W1 B．W1＝W2＝W3 C．W2>W3>W1 D．因不知道＋q的具体数值，故无法做出判断 解析：因为电场力做功只与初、末位置有关，而与电荷的运动路径无关，故沿三条路径由A移动到D的过程中