第2章 第1节 静电力做功与电势能-【正禾一本通】2023-2024学年新教材高二物理必修3同步课堂高效讲义教师用书（鲁科版）

第1节　静电力做功与电势能 【核心素养目标】 物理观念 知道静电力做功的特点，知道电势能的概念及静电力做功与电势能变化的关系。 科学思维 会用W＝qEd求解相关静电力做功的问题，能用静电力做功与电势能的变化关系分析和解决问题。 科学态度与责任 通过电势能与重力势能的对比，体会类比与创新在物理学研究中的重要性，培养良好的学习习惯。 一、静电力做功的特点 1．公式：W＝qEd，适用于匀强电场。 2．特点：在静电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷经过的路径无关，与电荷的始末位置有关。 二、电势能 1．定义：电荷在电场中具有的势能。用Ep表示。 2．电势能的变化与静电力做功的关系 (1)关系式：WAB＝EpA－EpB＝－ΔEpAB。 (2)特点：静电力对电荷做。 3．电势能的大小：电荷在电场中某点的电势能，等于电荷从该点移动到零电势能点静电力所做的功。 4．电势能的相对性：电势能是相对于零电势能点而言的，选取不同的零电势能点，电荷在电场中同一点的电势能的数值是不同的。 5．电势能变化的绝对性：电场中两点间的电势能之差与选取的零电势能点无关。 1．判断正误 (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)电荷从电场中的A点运动到B点，路径不同，静电力做功的大小就可能不同。(　　) (4)某点的场强为零，电荷在该点的电势能一定为零。(　　) (5)静电力做正功，电荷的电势能减少，静电力做负功，电荷的电势能增加。(　　) 答案：　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　 2．链接实景 一个试探电荷在匀强电场中某点由静止释放，它将如何运动？动能将如何变化？(不计重力)是什么能转化为试探电荷的动能的呢？ 提示：　做初速度为零的匀加速直线运动，动能增大，电势能转化为动能。 学生用书第28页 知识点一　电场力做功的分析与计算 (1)如图所示，试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中，沿直线从A移动到B，静电力做的功为多少？若q沿折线AMB从A点移动到B点，静电力做的功为多少？ (2)若q沿任意曲线从A点移动到B点，静电力做的功为多少？由此可得出什么结论？ 提示：　 (1)静电力F＝qE，静电力与位移夹角为θ，静电力对试探电荷q做的功W＝F·|AB|cos θ＝qE·|AM|。在线段AM上静电力做的功W1＝qE·|AM|，在线段MB上静电力做的功W2＝0，总功W＝W1＋W2＝qE·|AM|。 (2)根据微分思想可知，W＝W1＋W2＋W3＋…＝qE(|AB1|＋|A1B2|＋|A2B3|＋…)＝qE·|AM|。电荷在匀强电场中沿不同路径由A点移动到B点，静电力做功相同。说明静电力做功与路径无关，只与初、末位置有关。 1．静电力做功的特点：在电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，但与电荷经过的路径无关。 2．静电力做功的正负判断 (1)根据静电力和位移方向的夹角判断：夹角为锐角，静电力做正功；夹角为钝角，静电力做负功；夹角为直角时，静电力不做功。此法常用于匀强电场中恒定静电力做功情况的判断。 (2)根据静电力和瞬时速度方向的夹角判断：夹角为锐角时，静电力做正功；夹角为钝角时，静电力做负功；夹角为直角时，静电力不做功。此法常用于判断曲线运动中变化静电力的做功情况。 (3)根据电势能的变化情况判断：若电势能增加，则静电力做负功；若电势能减小，则静电力做正功。 (4)若物体只受静电力作用，可根据动能的变化情况判断：若物体的动能增加，则静电力做正功；若物体的动能减少，则静电力做负功。 3．在应用公式W＝qEd计算静电力做的功时，必须满足的条件是： (1)电荷处在匀强电场中。 (2)d是沿电场线方向上的两点间的距离。 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静电力做功为多少？ 思路点拨：　 →→→ 解析：　静电力对带正电的小球做功为 W1＝－qE·(1－cos α)； 静电力对带负电的小球做功为W2＝－qE·(1－cos α)。 转动过程中静电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静电力做功为qEl(1－cos α)。 答案：　qEl(1－cos α) 学生用书第29页 针对练　如图所示的匀强电场中有a、b、c三点，ab＝5 cm，bc＝12 cm，其中ab沿电场方向，bc和电场方向成60°角，一个电荷量为q＝4×10－8 C的正电荷从a移到b时静电力做的功为W1＝1.2×10－7 J，求： (1)匀强电场的电场强度的大小E； (2)电荷从b移到c，静