(讲义)第1章 4.电场力的功 电势能-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理必修第三册(教科版2019)

4．电场力的功　电势能 学习任务 1．知道电场力做功的特点，知道电势能的概念和电场力做功与电势能变化的关系。 2．掌握电场力做功的特点，会应用电场力做功与电势能的变化关系进行相关问题的计算。 3．通过类比的方法，探究电场力做功与电势能变化的关系。 4．体验电场力做功的探索方法，了解电势能的定义方法，培养正确的科学态度。 一、电场力做功的特点 1．特点：对任意静电场，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。 2．在匀强电场中电场力做功： W＝qEd，d为沿电场线方向的距离。 说明：电场力做功与重力做功情况类似，都与路径无关。 二、电势能 1．概念：电荷在电场中具有的某种势能，叫作静电势能，简称电势能。 2．用符号Ep表示，单位焦耳，简称焦，用符号J表示。 3．标矢性：电势能是标量，没有方向，但有正负。 注意：电势能是放入电场中的电荷与电场组成的系统共有的，与电荷有关，也与电场有关。 三、电场力做功与电势能变化的关系 1．电场力做功与电势能的变化关系： (1)电场力做的功等于电势能的减少量 WAB＝EpA－EpB。 (2)如果电场力做正功，电荷的电势能减少。 (3)如果电场力做负功，电荷的电势能增加。 2．电势能的大小：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。 3．零势能点：通常取无穷远处或大地为零电势能的位置。 注意：电场力做功与电势能的变化是相等关系，与其他力做功无关。 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)在静电场中沿电场线方向移动负电荷时，静电力做正功。 (×) (2)在静电场中电荷运动了一段路程，电场力一定做功。 (×) (3)电场力做功只与始、末位置有关，与路径无关。 (√) (4)在电场中确定的两点间移动电荷量大小相等的正、负电荷时，电势能变化相同。 (×) 2．如图所示，A、B为某电场线上的两点，那么以下结论正确的是(　　) A．把正电荷从A移到B，静电力做正功，电荷的电势能增加 B．把负电荷从A移到B，静电力做负功，电荷的电势能增加 C．把负电荷从A移到B，静电力做正功，电荷的电势能增加 D．不论正电荷还是负电荷，从A到B电势能逐渐降低 B　[正电荷从A移到B，静电力做正功，电势能减少；负电荷从A移到B，静电力做负功，电势能增加，B正确。] 3．如图所示，在一个粗糙水平面上，彼此靠近地放置两个带同种电荷的小物块。由静止释放后，两个物块向相反方向运动，并最终停止。在物块的运动过程中，下列表述正确的是(　　) A．两个物块的电势能逐渐减少 B．物块受到的库仑力不做功 C．两个物块的机械能守恒 D．物块受到的摩擦力始终小于其受到的库仑力 A　[在库仑力作用下，电荷沿库仑力的方向运动，电场力做正功，电势能减少，A对，B错；整个运动过程中，物块的机械能先增加后减少，C错；由题意分析可知，小物块先加速后减速，说明库仑力先是大于摩擦力，后又小于摩擦力，D错。] 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。(1)静电力做的功为多少？(2)若q沿折线AMB从A点移动到B点，静电力做的功为多少？(3)若q沿任意曲线从A点移动到B点，静电力做的功为多少？(4)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|。(2)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|。(3)W＝qE·|AM|。(4)电荷在匀强电场中沿不同路径由A点运动到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。 考点1　电场力做功的特点与电势能 1．电场力做功正、负的判定 (1)若电场力是恒力，当电场力方向与电荷位移方向夹角为锐角时，电场力做正功；夹角为钝角时，电场力做负功；夹角为直角时，电场力不做功。 (2)根据电场力和瞬时速度方向的夹角判断。此法常用于判断曲线运动中变化电场力的做功情况。夹角是锐角时，电场力做正功；夹角是钝角时，电场力做负功；电场力和瞬时速度方向垂直时，电场力不做功。 (3)若物体只受电场力作用，可根据动能的变化情况判断。根据动能定理，若物体的动能增加，则电场力做正功；若物体的动能减少，则电场力做负功。 2．电势能的性质 性质 理解 系统性 电势能是由电场和电荷共同决定的，是属于电荷和电场所共有的，我们习惯上说成电荷的电势能 相对性 电势能是相对的，其大小与选定的电势能为零的参考点有关。确定电荷的电势能，首先应确定参考点 标矢性 电势能是标量，有正负但没有方向 【典例1】　如图所示，在匀强电场中有A、B两点