2.1 静电力做功与电势能（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年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 核心素养 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 1.知道静电力做功的特点。 2．了解电势能的内涵，认识电势能的相对性。 3．知道静电力做功与电势能变化的关系 1.了解类比思想在理解静电力做功和电势能变化关系中的应用。 2．利用相对性思维理解电势能 通过用类比的方法探究静电力做功的特点及与电势能变化的关系 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 [对应学生用书P26] 知识点一 静电力做功的特点❶ 1.静电力做功：在匀强电场中，静电力做功W＝qEd❷。 2．特点：在匀强电场中移动试探电荷时，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．只要电荷在电场中移动，静电力一定做功。(　×　) 2．电荷从静电场中的A点运动到B点，路径不同，静电力做功的大小就不同。(　×　) 3．正电荷沿着电场线运动，静电力对正电荷做正功，负电荷逆着电场线运动，静电力对负电荷做正功。(　√　) 知识点二 电势能 1.概念：电荷在电场中具有的势能，用Ep表示。 2．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。 3．电势能与静电力做功的关系❸：静电力做的功等于电势能的减小量，即WAB＝EpA－EpB＝－ΔEp。 4．电势能的相对性❹：选择不同的零电势能点，电荷在电场中同一点的电势能的值是不同的。 1．静电力对电荷做功的过程，就是电荷电势能变化的过程。(　√　) 2．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。(　√　) 3．正电荷和负电荷沿着电场线运动，电势能均减少。(　×　),批注❶：静电力做功的特点与重力做功的特点类似。 批注❷：d是沿电场线移动的距离。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 批注❸：电势能的变化特点与重力势能的变化特点类似。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。 批注❹：零电势能点的选取是任意的，但通常选取大地或无穷远处为零电势能点。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 [对应学生用书P27] 探究点一　静电力做功的特点　(运动观念之形成) ►情境探究 如图所示，一个电荷量为q的正电荷在匀强电场中从A点运动到B点，已知直角边BC、AC的长度分别为a、b。 (1)若电荷沿直线AB运动，电场力做了多少功？是正功还是负功？ (2)若电荷沿折线ACB运动，电场力做了多少功？是正功还是负功？ (3)由以上两种情况可以总结出电场力做功有何特点？试猜想电荷沿曲线ADB运动，电场力做了多少功？是正功还是负功？ 提示：(1)qEa，正功。 (2)qEa，正功。 (3)电场力做功与路径无关，只与电荷的始末位置有关，若电荷沿曲线ADB运动，电场力做的功W3＝qEa，正功。 ►探究归纳 1．在匀强电场中，静电力做的功为W＝qEd。 2．静电力和瞬时速度方向的夹角为锐角时静电力做正功，夹角为钝角时做负功。 注意：判断静电力方向时要注意电荷正负。 ►对点例练 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，两端分别固定着电荷量为＋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？ 答案：qEl(1－cos α) 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)。 [练1]关于静电力做功，下列说法正确的是(　　) A．电荷沿不同路径从电场中A点运动到B点，静电力做功可能不同 B．电荷从电场中A点出发，最后又回到A点，静电力做功为零 C．电荷在电场中沿着电场线运动，所受静电力对电荷一定做正功 D．电荷在电场中运动，所受静电力对电荷做功，能量守恒定律不再成立 B　解析：静电力做功和电荷运动路径无关，故A错误；静电力做功只和电荷的初、末位置有关，所以电荷从某点出发又回到了该点，静电力做功为零，故B正确；正电荷沿电场线的反方向运动，负电荷沿电场线方向运动，静电力都对电荷做负功，故C错误；电荷在电场中运动虽然有静电力做功，但是电荷的电势能和其他形式的能之间的转化满足能量守恒定律，故D错误。 判断静电力做正功还是做负功的方法 (1)根据静电力方向和位移方向的夹角判断。此方法常用于匀强电场中恒定电场力做功的判断。夹角为锐角做正功，夹角为钝角做负功，夹角为直角不做功。 (2)根据静电力方向和瞬时速度方向的夹角判断。此方法常用于曲线运动中变化静电力做功的判断。夹角为锐角做正功，夹角为钝角做负功，夹角为直角不做功。 探究点二　电势能的理解与计算　(科学思维之提升) ►情境探究 一个正电荷只在电场力作用下在电场中由A点移动到B点，该电荷的动能和电势能如何变化？ 提示：动能增加，电势能减少。 ►探究归纳 电势能的特性 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 电势能具有相对性，其大小与选定的参考点有关。确定电荷的电势能，首先应确定参考点，也就是零电势能点的位置 标量性 电势能是标量，有正、负但没有方向。电势能为正值表示电势能大于参考点的电势能，电势能为负值表示电势能小于参考点的电势能 ►对点例练 有一带负电的点电荷，从电场中的A点移到B点时，克服电场力做功6×10-4 J。从B点移到C点时，电场力做功9×10-4 J，问： (1)若以A为零电势能点，B、C两点的电势能各为多少？A、C 间的电势能之差为多少？ (2)若以B为零电势能点，A、C两点的电势能各为多少？A、C 间的电势能之差为多少？ 答案：(1)6×10-4 J　－3×10-4 J　3×10-4 J (2)－6×10-4 J　－9×10-4 J　3×10-4 J 解析：(1)从A点移到B点，点电荷克服电场力做功6×10-4 J，电势能增加6×10-4 J，由于A点的电势能为零，故B点电势能为6×10-4 J； 从B点移到C点，电场力做功9×10-4 J，电势能减少9×10-4 J，故C点电势能为－3×10-4 J； A、C间的电势能之差为3×10-4 J。 (2)以B点为零势能点，将点电荷从A点移到B点，电势能增加6×10-4 J，故A点电势能为－6×10-4 J； 从B点移到C点，点电荷电势能减少9×10-4 J，故C点电势能为－9×10-4 J； A、C间的电势能之差为3×10-4 J。 [练2](多选)如图所示，固定在Q点的正点电荷的电场中有M、N两点，已知rMQ<rNQ，则下列叙述正确的是(　　) A．若把一正的点电荷从M点沿直线移到N点，则静电力对该电荷做功，电势能减少 B．若把一正的点电荷从M点沿直线移到N点，则该电荷克服静电力做功，电势能增加 C．若把一负的点电荷从M点沿直线移到N点，则静电力对该电荷做功，电势能减少 D．若把一负的点电荷从M点移到N点，再从N点沿不同路径移回到M点，则该电荷克服静电力做的功等于静电力对该电荷所做的功，电势能不变 AD　解析：把一正的点电荷从M点沿直线移到N点，静电力对电荷做正功，电势能减少，故A正确，B错误；若把负的点电荷从M点沿直线移到N点，静电力对电荷做负功，电势能增大，即该电荷克服静电力做功，故C错误；静电力做功和路径无关，因此负点电荷从M点移到N点，再从N点沿不同路径移回到M点的过程中静电力做功为零，电势能不变，故D正确。 电势能增减的判断方法 做功判断法 无论是正电荷还是负电荷，只要静电力做正功，电荷的电势能一定减小；反之，静电力做负功，电荷的电势能增大 电场线判断法 正电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐减小；逆着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大。负电荷的情况正好相反 电性判断法 同种电荷相距越近，电势能越大，相距越远，电势能越小；异种电荷相距越近，电势能越小，相距越远，电势能越大 探究点三　解决实际问题　(科学态度与责任之落实) [练3](生活情境)(2021·河北高碑店一中高二期末)为研究静电除尘，有人设计了一个盒状容器，如图所示，容器侧面是绝缘的透明有机玻璃，上下底面是金属板。当金属板连接到高压电源正、负两极时，在两金属板间产生匀强电场。现把一定量均匀分布的烟尘颗粒密闭在容器内，颗粒带负电，不考虑烟尘颗粒之间的相互作用和空气阻力，不能忽略烟尘颗粒所受重力。下列说法正确的是(　　) A．烟尘颗粒可能向下运动 B．烟尘颗粒在运动过程中电势能增加 C.两金属板间电场方向向上 D．烟尘颗粒电荷量可能是电子电荷量的2.6倍 A　解析：两金属板间匀强电场方向向下，正电荷受力方向与电场强度方向相同，负电荷受力方向与电场强度方向相反，烟尘颗粒带负电，所受电场力方向向上，但电场力可能小于烟尘颗粒的重力，故烟尘颗粒可能向下运动，A正确，C错误；若烟尘颗粒向下运动，则电场力做负功，烟尘颗粒电势能增加，若烟尘颗粒向上运动，则电场力做正功，烟尘颗粒电势能减小，B错误；任何带电体的电荷量都是元电荷的整数倍，即电子电荷的整数倍，D错误。 [练4](生活情境)(多选)(2021·云南曲靖第二中学高一期末)反天刀是生活在尼罗河的一种鱼类，沿着它身体的长度方向分布着电器官，这些器官能在鱼周围产生电场，如图为反天刀周围的电场线分布示意图，A、B、C为电场中的点，下列说法正确的是(　　) A．头部带负电 B．A点电场强度大于C点电场强度 C.正电荷从B点到C点，其动能变大 D．正电荷从C点向A点运动，其电势能变大 BC　解析：电场线从正电荷到负电荷，由电场线的分布可知，头部带正电，故A错误；电场线的疏密程度表示电场强度大小，而且A点的电场线比C点密，因此A点电场强度大于C点电场强度，故B正确；正电荷从B点到C点，电场力做正功，其电势能变小，动能变大，故C正确；正电荷从C点向A点运动，电场力做正功，其电势能变小，故D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$