(讲义)第2章 第1节 静电力做功与电势能-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理必修第三册(鲁科版2019)

第1节　静电力做功与电势能 学习任务 1．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，能解释相关的现象。 2．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。 3．通过用类比的方法探究静电力做功的特点与电势能变化的关系，提高探究科学规律的能力。 4．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。 知识点一　静电力做功的特点 1．公式 在匀强电场中，静电力做的功W＝qEd。 2．特点 静电力移动电荷所做的功，只与电荷的初、末位置有关，而与电荷的运动路径无关。 　静电力做功与路径无关，与电荷的始末位置有关。这个结论对于一切静电场都适用。 1．思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)静电力做的功W＝qEd适用于任何电场。 (×) (2)静电力对正电荷一定做正功，对负电荷一定做负功。 (×) (3)电场中有M、N两点，沿不同路径把同一电荷从M点移到N点，静电力做功不同。 (×) 知识点二　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 关系式：WAB＝EpA－EpB＝－ΔEpAB。 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。在实际应用中，通常将由电荷在大地表面或在离场源电荷无穷远处的电势能规定为零。 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。 　静电力做多少正功，电势能就减少多少，与其他力做了多少功无关。 2．思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)电场中有M、N两点，把电荷从M点移到N点的过程中，静电力对电荷做负功，M点的场强比N点的场强大。 (×) (2)某电场中，带电物体在A点具有的电势能EpA＝5 J，在B点具有的电势能EpB＝－8 J，则有EpA＞EpB。 (√) 3．填空 在电场中，把电荷量为4×10－9 C的正点电荷从A点移到B点，克服静电力做功6×10－8 J，则电荷的电势能增加了6×10－8_J。 如图所示，试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中， (1)若沿直线从A移动到B，静电力做的功为多少？ (2)若沿折射AMB从A点移动到B点，静电力做的功是多少？ (3)若沿任意曲线从A点移动到B点，静电力做的功是多少？ 提示：(1)W＝qE·|AM|　(2)W＝qE·|AM|　(3)W＝qE·|AM| 考点1　静电力做功的特点 1．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。 2．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。 【典例1】　如图所示，在电场强度为E＝1×104 N/C、方向水平向右的匀强电场中，用一根长L＝1 m的绝缘细杆(质量不计)固定一个质量为m＝0.2 kg、电荷量为q＝5×10－6 C、带正电的小球。细杆可绕轴O在竖直平面内自由转动。现将杆由水平位置A轻轻释放，在小球运动到最低点B的过程中(g取10 m/s2)，问： (1)静电力对小球做功W电为多少？小球电势能如何变化？ (2)小球在最低点的动能EkB为多少？ [解析]　(1)静电力做功仅与初、末位置有关 W电＝qEL＝5×10－6×1×104×1 J＝5×10－2 J 电场力做正功，小球电势能减少。 (2)由动能定理得mgL＋W电＝EkB－0 所以EkB＝0.2×10×1 J＋5×10－2 J＝2.05 J。 [答案]　(1)5×10－2 J　电势能减少　(2)2.05 J (1)利用公式W＝qEd求功只适用于匀强电场。 (2)非匀强电场中可用W＝qEd定性分析。 1．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