内容正文:
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