1.4 电场力的功 电势能 课件 -2025-2026学年高二上学期物理教科版必修第三册

该高中物理课件围绕“电场力的功与电势能”，系统梳理电场力做功与路径无关的特点、电势能的相对性及标量性，以及电场力做功与电势能变化的关系。通过类比重力做功、情境导学（如不同路径运动做功计算）搭建学习支架，衔接电场强度知识，为电势学习奠基。 其亮点在于以物理观念和科学思维为导向，通过易错辨析（纠正“移动电荷电场力必做功”等误区）、表格化规律总结（电势能系统性、相对性等特点）及典例演练（折线/曲线路径做功分析）深化理解。学生能提升科学推理能力，教师可直接利用结构化内容高效教学。

第一章　静电场 4. 电场力的功　电势能 【学习任务与素养目标】 1.知道电场力做功与路径无关的特点。(物理观念) 2.理解电势能的概念,知道电势能的相对性。(物理观念) 3.理解电场力做功与电势能变化的关系。(科学思维) 基础知识梳理与落实 一、电场力做功的特点 1.在匀强电场中,电场力做的功W=　　　　　。 2.在匀强电场中,电场力做功只与移动电荷的电荷量以及　　　　和 　　　　的位置有关,而与路径无关。  类比重力做功  q0Ed 起点 终点 教材拓展 阅读教材第21页“讨论与交流”,思考一电荷在某电场中运动了一周又回到出发点,电场力对该电荷做功吗? 提示 不做功。由功的定义式可知,电荷运动一周位移为0,故电场力不做功。 二、电势能 1.在静电场中,正电荷从A运动到B的过程中,电场力做正功,电荷的动能　　　　,增加的动能应该是由某种势能转化而来的。这种势能叫作静电势能,简称　　　　　　,用符号　　　　表示。  2.电势能与重力势能一样是标量,没有方向。它的单位也与重力势能相同,在国际单位制中,它的单位是　　　,简称焦,用符号表示为　　。  【要点提示】 电势能是标量,只有大小,没有方向,但有正负。 增加 电势能 Ep 焦耳 J 三、电场力做功与电势能变化的关系 1.WAB=EpA-EpB。把电荷从A点移到B点,如果电场力做正功,电荷的电势能　　　　　;反之,如果电场力做负功,电荷的电势能　　　。  2.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__________　　　　　　　位置电场力所做的功。  类比重力做功与重力势能变化的关系 零电势能 减少 增加 易错辨析 (1)只要电荷在电场中移动,电场力一定做功。(　　) (2)在匀强电场中将同一电荷移动同样的距离,电场力做功相同。(　　) (3)电场力做功与重力做功类似,与初、末位置有关,与路径无关。(　　) (4)电势能是相对的,其大小与规定的电势能零点有关。(　　) × 提示 电荷垂直于电场线移动,电场力不做功。 × 提示 在匀强电场中将同一电荷沿着不同方向移动同样的距离,沿电场线方向移动的距离可能不相同,电场力做功可能不相同。 √ √ (5)电场力做正功,电荷的电势能一定减小。(　　) (6)电荷电势能的变化量与电势能零点的选取有关。(　　) √ × 提示 电荷电势能与电势能零点的选取有关,电荷电势能的变化量与电势能零点的选取无关。 重点难点探究与突破 学习任务一　对电场力做功的理解 情境导学 如图所示,一电荷量为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,直角边BC与电场线平行。 (1)若正电荷沿直线AB运动,电场力做了多少功?是正功还是负功? (2)若正电荷沿折线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?试猜想正电荷沿曲线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,只与始末位置有关,若正电荷沿曲线ADB运动,电场力做的功仍为qEa　正功 规律总结 对电场力做功特点的理解 (1)电场力对电荷所做的功,与电荷的初末位置有关,与电荷经过的路径无关。该结论适用于任何静电场。 (2)无论带电体在电场中做直线运动还是做曲线运动,无论带电体只受电场力作用还是受多个力作用,无论电场力做正功还是做负功,电场力做功的特点不变。 典例剖析 【例题1】 如图所示的匀强电场中,有a、b、c三点,dab=5 cm,dbc=12 cm,其中ab沿电场方向,bc和电场方向成60°角。一电荷量q=4×10-8 C的正电荷从a移到b时电场力做的功W1=1.2×10-7 J,求: (1)匀强电场的电场强度E的大小; (2)电荷从a点移到c点,电场力做的功W2。 答案 (1)60 V/m　(2)2.64×10-7 J 解析 (1)从a点到b点,正电荷受到的电场力F1=qE,电场力做的功 (2)由于电场力做功与路径无关,所以把电荷从a点移到c点做的功W2=W1+Wbc,把电荷从b点移到c点,电场力做的功Wbc=qE·dbc·cos 60°=1.44×10-7 J,故W2=W1+Wbc=2.64×10-7 J。 方法技巧　在匀强电场中,电场力为恒力,电场力做的功可以用W=±qEd来计算,其中d为电荷沿电场线方向上的位移。电场力与位移同向,电场力做正功,反之做负功。 对点演练 1.(多选)下列说法正确的是(　　) A.电荷从电场中的A点运动到B点,路径不同,电场力做功的大小就可能不同 B.电荷从电场中的某点开始出发,运动一段时间 后,又回到了该点,则电场力做功为零 C.正电荷沿着电场线运动,电场力对正电荷做正功,负电荷逆着电场线运动,电场力对负电荷做正功 D.电荷在电场中运动,因为电场力可能对电荷做功,所以能量守恒定律在电场中并不成立 BC 解析 电场力做功和电荷运动路径无关,A错误;电场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,电场力做功为零,B正确;正电荷沿电场线的方向运动,则正电荷受到的电场力方向和电荷的运动方向相同,故电场力对正电荷做正功,同理,负电荷逆着电场线的方向运动,电场力对负电荷做正功,C正确;电荷在电场中运动虽然有电场力做功,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,D错误。 学习任务二　电势能　电场力做功与电势能变化的关系 情境导学 重力对小球做正功,小球的重力势能怎样变化?电场力对小球做正功,小球的电势能怎样变化? 提示 重力做正功,重力势能减小;电场力做正功,电势能减小。 规律总结 1.对电势能的理解 特点 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零点有关。确定电荷的电势能,首先应确定电势能零点 标量性 电势能是标量,有正负但没有方向 2.电场力做功与电势能变化的关系 (1)电场力做的功等于电势能的减少量。表达式:WAB=EpA-EpB。 典例剖析 【例题2】 将电荷量为6×10-6 C的负电荷从电场中的A点移到B点,克服电场力做了3×10-5 J的功,再从B点移到C点,电场力做了1.2×10-5 J的功。 (1)电荷从A点移到B点,再从B点移到C点的过程中电势能改变了多少? (2)如果规定A点的电势能为零,则该电荷在B点和C点的电势能分别为多少? (3)如果规定B点的电势能为零,则该电荷在A点和C点的电势能分别为多少? 答案 (1)增加了1.8×10-5 J　(2)3×10-5 J 1.8×10-5 J　(3)-3×10-5 J　-1.2×10-5 J 解析 (1)WAC=WAB+WBC=(-3×10-5+1.2×10-5) J=-1.8×10-5 J。 可见电势能增加了1.8×10-5 J。 (2)如果规定A点的电势能为零,由公式得该电荷在B点的电势能为EpB=EpA-WAB=0-WAB=3×10-5 J。 同理,C点的电势能为EpC=EpA-WAC=0-WAC=1.8×10-5 J。 (3)如果规定B点的电势能为零,则该电荷在A点的电势能为EpA'=EpB'+WAB=0+WAB=-3×10-5 J。 C点的电势能为EpC'=EpB'-WBC=0-WBC=-1.2×10-5 J。 方法技巧　求解电势能变化的两条思路 (1)利用ΔEpAB=EpB-EpA ,即电荷从A到B的电势能变化等于末位置与初位置的电势能之差。 (2)利用WAB= EpA-EpB,即ΔEpAB=-WAB,电荷从A到B的电势能变化等于从初位置到末位置电场力做功的负值。 对点演练 2.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,克服电场力做功6×10-8 J,下列说法正确的是(　　) A.电荷在B点具有的电势能是6×10-8 J B.电荷在B点具有的电势能是-6×10-8 J C.电荷的电势能增加了6×10-8 J D.电荷的电势能减少了6×10-8 J C 解析 点电荷在电场中某点的电势能具有相对性,只有确定了电势能零点,电荷在B点的电势能才是确定的数值,A、B错误;由于点电荷从A点移到B点的过程中是克服电场力做功6×10-8 J,故点电荷电势能增加了6×10-8 J,C正确,D错误。 即学即用检测与提升 1 2 3 1.(电场力做功与电势能的关系)如图所示,A、B为一对等量正点电荷连线上的两点(其中B为中点),C点为连线中垂线上的一点。今将一个电荷量为q的负点电荷自A沿直线移到B点再沿直线移到C点,关于此过程,下列说法正确的是(　　) A.负点电荷自A点沿直线移到B点,电势能逐渐减小 B.负点电荷自A点沿直线移到B点,电势能逐渐增大 C.负点电荷自B点沿直线移到C点,电势能逐渐减小 D.负点电荷在A点的电势能与在C点的电势能相同 B 1 2 3 解析 由于B点是等量正点电荷连线上的中点,所以B点的电场强度为零,负点电荷自A点沿直线移到B点,所受电场力方向水平向左,所以电场力做负功,电势能逐渐增大,A错误,B正确;负点电荷自B点沿直线移到C点,所受电场力方向与运动方向相反,电场力做负功,故电势能逐渐增大,C错误;由于负点电荷自A点沿直线移到B点,再沿直线到C点,电场力一直做负功,电势能一直在增大,所以负点电荷在A点的电势能小于在C点的电势能,D错误。 1 2 3 B 2.(电势能)(2025北京阶段练习)如图所示,MN是一负点电荷产生的电场中的一条电场线,某一带正电的粒子(不计重力)从a点沿虚线运动到b点并经过这条电场线。下列判断正确的是(　　) A.粒子从a点运动到b点的过程中动能逐渐减小 B.粒子在a点的电势能大于在b点的电势能 C.负点电荷一定位于M的左侧 D.粒子在a点的加速度大于在b点的加速度 1 2 3 解析 根据带正电粒子运动过程中受到的电场力指向运动轨迹的凹侧,可判断出电场线的方向由M指向N,则负点电荷在N点或N点的右侧,故C错误;粒子从a点运动到b点的过程中,电场力做正功,动能逐渐增大,电势能逐渐减小,则粒子在a点的电势能大于在b点的电势能,故A错误,B正确;由于a点离负点电荷距离较远,故粒子在a点受到的电场力小于在b点受到的电场力,粒子在a点的加速度小于在b点的加速度,故D错误。 1 3 2 3.(电场力做功的计算)如图所示,在匀强电场中,将一电荷量为2×10-4 C的负电荷由A点移到B点,其电势能增加了0.2 J,已知A、B两点间距离为2 cm,两点连线与电场方向成60°角,求电荷由A移到B的过程中,电场力所做的功WAB。 答案 -0.2 J 解析 负电荷由A移到B的过程中,负电荷的电势能增加了ΔE=0.2 J,所以这个过程中电场力对负电荷所做的功WAB=-ΔE=-0.2 J。 W1=F1dab=qEdab。则E= V/m=60 V/m。 (2) $