第一章 4 电场力的功 电势能-【金版教程】2023-2024学年新教材高中物理必修第三册创新导学案word（教科版2019）

4．电场力的功　电势能 1．知道电场力做功与路径无关。2.理解电势能的概念，知道电势能的相对性。3.理解电场力做功与电势能变化的关系。 一　电场力做功的特点 　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，而与路径无关。该结论对任意静电场都适用。 二　电势能 1．定义：在静电场中，电荷运动的过程中，由于电场力做功，电荷的动能变化，变化的动能应该是与某种势能发生了转化。这种势能叫作静电势能，简称电势能，用符号Ep表示。 2．系统性：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。 3．标矢性：电势能是标量，没有方向。 4．单位：在国际单位制中，电势能的单位是焦耳，简称焦，用符号表示为J。 三　电场力做功与电势能变化的关系 1．设电荷q在电场A、B两点所具有的电势能分别为EpA和EpB，把该电荷从A点移到B点，电场力对电荷所做的功为WAB，则WAB＝EpA－EpB。 2．在静电场中，电荷移动过程中，如果电场力做正功，电荷的电势能减少；如果电场力做负功，电荷的电势能增加。 3．电荷在电场中某点的电势能的大小等于将电荷从该点移到零电势能位置电场力所做的功。在物理学中，通常取无穷远处或大地为零电势能的位置。 1．判一判 (1)电场力做功与重力做功相似，均与路径无关。(　　) (2)正电荷具有的电势能一定是正的，负电荷具有的电势能一定是负的。(　　) (3)电场力做功为零，电荷的电势能也为零。(　　) (4)带电粒子一定从电势能大的地方向电势能小的地方移动。(　　) 提示：(1)√　(2)×　(3)×　(4)×2. 想一想 如图所示，电荷沿直线AB、折线ACB、曲线AB运动，电场力做的功为多少？电场力做功与路径是否有关？若B点为零势能点，则＋q在A点的电势能为多少？ 提示：电场力做功为W＝qEd，与路径无关。＋q在A点的电势能为Ep＝qEd。 探究　电场力做功的特点 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 活动1：在图甲中，电荷＋q0沿直线s1从A运动到B，电场力做的功是多少？ 提示：电荷＋q0在匀强电场中受到的电场力是恒力，其大小为F＝q0E，方向沿AB方向。电荷沿直线s1从A到B的过程中，电场力做功W1＝q0Ed。 活动2：在图甲中，电荷＋q0沿折线s2从A经过C运动到B，电场力做的功是多少？ 提示：电荷＋q0沿折线s2从A经C再到B的过程中，凡移动路线与电场线平行的部分，电场力做功，而与电场线垂直的部分，电场力不做功，因此这个过程中电场力做的总功W2＝W1＝q0Ed。 活动3：在图乙中，电荷＋q0沿折线s3从A经过C运动到B，电场力做的功是多少？ 提示：电荷＋q0沿折线s3从A经C再到B的过程中，AC段与电场线成一角度，而CB段与电场线垂直，只有沿AC段运动时电场力做功，不难看出，电场力做的功W3＝W1＝q0Ed。 活动4：由以上活动可以得出什么结论？ 提示：在匀强电场中，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，而与路径无关。 1．电场力做功的特点的理解 在任何静电场(包括非匀强电场)中移动电荷时，电场力做的功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，这是电场力做功的特点，与重力做功的特点相似。 2．电场力做功正负的判断 (1)根据电场力方向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，电场力做负功。 (2)根据动能的变化情况判断(粒子只受电场力作用)：若粒子的动能增加，则电场力做正功；若粒子的动能减少，则电场力做负功。 例1　如图所示，在电场强度为E的匀强电场中有间距为l的A、B两点，连线AB与电场线的夹角为θ，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_____________。 (1)匀强电场中，如何计算电场力做的功？ 提示：匀强电场中，电场力做功W＝qElcosθ。 (2)由A→B，沿各路径电场力做功有何关系？ 提示：电场力做功与路径无关，由A→B，沿各路径静电力做功相等。 [规范解答]　由功的公式W＝Flcosθ可得，电场力所做的功等于电场力与电场力方向的分位移lcosθ的乘积。因为无论沿哪个路径移动电荷，电场力的方向总是水平向左，电场力方向的分位移都是lcosθ，所以电场力做的功都是qElcosθ，即电场力做功的特点是与路径无关，只与初、末位置有关。　　 [答案]　qElcosθ　qElcosθ　qElcosθ　与路径无关，只与初、末位置有关 规律点拨 在任何静电场中移动电荷时，电场力做的功都与电荷经过的路径无