1.4 电场力的功 电势能 课件 -2023-2024学年高二上学期物理教科版(2019)必修第三册

2023-11-18
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电场力的功 电势能 一个正电荷在匀强电场中只受到静电力F的作用,它在电场中由A点运动到B点时, 静电力做了正功WAB。由动能定理可知,该电荷的动能增加了WAB。根据能量守恒定律,动能增加就意味着有某种形式的能量在减少。 E A B F 是一种什么形式的能量在减少呢? 电场力做功的特点 M E A B θ + q F 问题1:将正的检验电荷q从A沿直线移至B,求电场力的功? W = F·|AB| cosθ = q E·|AM| 思考与探究 问题2:将正的检验电荷q从A沿折线移至B,求电场力的功? 对AM: W1 = q E ·|AM| 对MB: W2 = 0 对全程: W = W1 + W2= q E·|AM| M E A B θ + + q F 问题3:将正的检验电荷q从A沿曲线移至B,求电场力的功? W = W1 + W2 + W3 +… = q E·|AM| W1 = q E ·x1 W2 = q E ·x2 W3 = q E ·x3 … … … … x1 + x2 + x3 +…=? M ө E A B + q F E A B + q F + q F + q F + q F M x1 x2 x3 Q P F Δd (对于非匀强电场也适用) 这与什么力做功相似呢? 重力做功 结论:在匀强电场中移动电荷时,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。 结论 WG=mgh1- mgh2 表达式:重力势能Ep=mgh 重力做的功等于重力势能的减少量 重力做功的特点(A→B) 知识回顾 功和能量的变化密切相关。重力做功对应着重力势能的变化,那么,静电力做功又对应着哪种形式的能量变化呢? 类比推理 电势能 一、电势能 1、电势能:电荷在电场中具有的势能(符号:EP) (由于受到电场力而具有的与位置有关的势能) 2、单位:焦耳(J); 电场力做功和电势能变化关系如何? 3、电势能变化:∆Ep=EpB-EpA 正电荷从A点移到B点时,静电力做正功,电荷的电势能减少。 正电荷从B点移到A点时,静电力做负功,即电荷克服静电力做功,电荷的电势能增加。 把正电荷从A点移到B + 把正电荷从B点移到A - 4 、电场力做功和电势能的关系 (1)当WAB>0,则EpA>EpB,表明电场力做正功,电势能减小; (2)当WAB<0,则EpA<EpB, 表明电场力做负功,电势能增加。 WAB=EpA-EpB 5、电势能的特点 (1)系统性 电势能由电场和电荷共同决定,是电荷和电场组成的系统所共有, 习惯说是电荷具有电势能。 (2)相对性 电势能是相对的,与零电势能面有关。 (3)标量性:电势能是标量 电荷在某点的电势能的正负表示电势能的大小。 通常把电荷在离场源电荷无限远处或大地表面的电势能规定为0。 例题:电场强度为E=3000N/C,AB的连线长度为l=0.1m,正电荷的电荷量为q=1.0×10-9C,正电荷由A运动到B,求电场力做的功。 电势能减少了3×10-7J 例题:电场强度为E=3000N/C,AB的连线长度为l=0.1m,正电荷的电荷量为q=1.0×10-9C,正电荷由A运动到B,设A为零电势能点,求电荷在B点的电势能。 EpA= 0 EpB= -WAB=-3×10-7J 例题:电场强度为E=3000N/C,AB的连线长度为l=0.1m,正电荷的电荷量为q=1.0×10-9C,正电荷由A运动到B,设B为零电势能点,求电荷在A点的电势能。 EpB= 0 EpA= WAB=3×10-7J 物理量 规定电荷在A点的电势能为0 规定电荷在B点的电势能为0 EpA 0 EpA= WAB=3×10-7J EpB EpB= WBA=-3×10-7J 0 电势能的变化量是绝对性 ΔEp = EpB- EpA=-3×10-7J 电荷从A到B电势能的变化量 ΔEp = EpB- EpA=-3×10-7J A B E + 设EPB =0 电荷在某点的电势能,等于把它从该点移到零势能位置时静电力所做的功。 零势能参考点 6、电势能的大小 1、如图所示,正电荷q在匀强电场E中分别沿直线AB、折线AMB运动。已知AB间的距离为l,AM间的距离为d。AM方向平行于电场线,BM方向垂直于电场线。关于静电力做功的值,下列说法正确的是(  ) A.电荷沿直线AB运动时,静电力做功为qEl B.电荷沿直线AB运动时,静电力做功为qEd C.电荷沿折线AMB运动时,静电力做功为0 D.电荷沿折线AMB运动时,静电力做功为qEl 课堂练习 20 B 2、在电场中,把一点电荷从A点移到B点,克服静电力做功为6×10
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