1.4 电场力的功 电势能（Word教师用书）-【优化指导】2022-2023学年新教材高中物理必修第三册（教科版2019）

第4节　电场力的功　电势能 课程内容要求 核心素养提炼 1．通过讨论静电场中的电场力对试探电荷做功，知道电场力做功与移动电荷的路径无关． 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． 1．物理观念：电势能． 2．科学思维：对比电势能和重力势能的相似之处，掌握电场力做功和电势能变化的关系． [对应学生用书P19] 1．特点：在静电场中，电场力做功只与移动电荷的电荷量以及起点和终点的位置有关，与路径无关． 2．适用范围：任意静电场． [思考] 如图所示，试探电荷q在场强为E的匀强电场中沿以下三种路径从A运动到B，已知AB之间的距离为L，AB连线与电场强度方向夹角为θ，电场力做的功是否相同？ 路径1：q沿直线从A到B； 路径2：q沿折线从A到M，再从M到B； 路径3：q沿曲线N从A到B． 提示　相同． 1．电势能：电荷在电场中的势能叫作静电势能，简称电势能，用符号Ep表示． (1)电势能是放入电场中的电荷与电场组成的系统共有的，它既与电荷有关，也与电场有关． (2)单位：在国际单位制中，电势能的单位是焦耳，用符号J表示． (3)大小：电荷在电场中某点的电势能的大小等于把电荷从该点移动到零势能位置时电场力所做的功． 2．电场力做功与电势能变化的关系 (1)电场力对电荷所做的功可以用电势能的变化表示，用公式表示是WAB＝EpA－EpB．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． (2)电势能具有相对性：电势能的大小与零势能位置的选取有关，通常取无穷远处或大地为零电势能的位置． [判断](对的画“√”，错的画“×”) (1)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．(√) (2)确定电荷在某点的电势能应先规定零势能点．(√) [对应学生用书P20] 探究点一　静电力做功的特点和应用 如图所示，让试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中，沿几条不同路径从A点运动到B点． 分别计算甲、乙、丙三图中电场力对电荷做的功，请你总结电场力做功的特点． 提示　可以根据功的公式W＝FL cos θ计算出各种情况下电场力做的功． 图甲中，静电力对电荷所做的功W＝F|AB|＝qE|AB|＝qE|AM|. 图乙中，静电力对电荷所做的功W＝F|AB|cos θ＝qE|AM|. 图丙中，用无数组跟静电力垂直和平行的折线来逼近曲线ANB，与静电力平行的短折线的长度之和等于|AM|，因此静电力对电荷所做的功W＝W1＋W2＋W3＋…＝qE|AM|. 静电力做的功只与电荷的起始位置和终止位置有关，与电荷经过的路径无关． 1．电场力做功的特点 (1)电场力对电荷所做的功与电荷的初末位置有关，与电荷移动的路径无关．该结论适用于任何静电场． (2)无论带电体在电场中是做直线运动还是做曲线运动，无论带电体是只受电场力作用还是受多个力作用，无论电场力是做正功还是负功，电场力做功的特点不变． 2．电场力做功正负的判定 (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)当电场力与瞬时速度方向的夹角是锐角时，电场力做正功；当电场力与瞬时速度方向的夹角是钝角时，电场力做负功；当电场力和瞬时速度方向垂直时，电场力不做功．此方法常用于判断曲线运动中变化电场力的做功情况． (3)若物体只受电场力作用，可根据动能的变化情况判断电场力做功的正负．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，正电荷的电荷量为q，匀强电场的电场强度为E，方向与AB平行，A、B的间距为d，当点电荷分别沿图中三条路径从A运动到B时，求电场力对它所做的功． [思路点拨]　(1)电荷在匀强电场中所受的力为恒力． (2)正电荷所受电场力的方向和电场强度方向相同，即沿电场线方向． 解析　电荷从A到B，静电力做的功是WAB＝Fd＝qEd；电荷从A到C再到B，静电力做的功是WACB＝FL cos θ＋FL′cos 90°＝qEd；电荷从A到D再到B静电力做的功是WADB＝FL1cos α＋FL2cos β＝qED． 答案　WAB＝WACB＝WADB＝qEd [训练1]　如图所示，在匀强电场中有A、B两点，将一个电荷量为q的正电荷从A点移到B点，第一次沿直线AB移动该电荷，电场力做功为W1；第二次沿路径ACB移动该电荷，电场力做的功为W2；第三次沿曲线AB移动该电荷，电场力做的功为W3，则(　　) A．W1>W2>W3　　　　　 B．W1<W2<W3 C．W1＝W2＝W3 D．W1＝W2>W3 C　[电场力做功与路径无关，仅与电荷在电场中的初、末位置有关，同一电荷在同一电场中从位置A沿不同路径运动