第1节 静电力做功与电势能-【金版新学案】2025-2026学年高中物理必修第三册同步课堂高效讲义配套课件(鲁科版)
2026-03-10
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教辅
资源信息
| 学段 | 高中 |
| 学科 | 物理 |
| 教材版本 | 高中物理鲁科版必修 第三册 |
| 年级 | 高二 |
| 章节 | 第1节 静电力做功与电势能 |
| 类型 | 课件 |
| 知识点 | - |
| 使用场景 | 同步教学-新授课 |
| 学年 | 2026-2027 |
| 地区(省份) | 全国 |
| 地区(市) | - |
| 地区(区县) | - |
| 文件格式 | PPTX |
| 文件大小 | 6.45 MB |
| 发布时间 | 2026-03-10 |
| 更新时间 | 2026-03-10 |
| 作者 | 山东正禾大教育科技有限公司 |
| 品牌系列 | 金版新学案·高中同步课堂高效讲义 |
| 审核时间 | 2026-02-23 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/56494037.html |
| 价格 | 3.00储值(1储值=1元) |
| 来源 | 学科网 |
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摘要:
该高中物理课件聚焦“静电力做功与电势能”,系统梳理静电力做功特点(与路径无关)及电势能的概念、变化关系,通过“新知导学-合作探究-跟踪演练”的导入流程,以重力势能类比为支架,衔接前后知识。
其亮点在于紧扣物理观念与科学思维,通过合作探究中不同路径做功分析、类比重力势能理解电势能相对性,结合实例题(如例1转动杆做功计算)深化应用。学生能夯实概念并提升解题能力,教师可借助分层训练资源高效教学。
内容正文:
第1节 静电力做功与电势能
第2章 电势能与电势差
核心素养目标
物理观念 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。
科学思维 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。
科学态度与责任 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。
新知导学 夯实基础
1
合作探究 素能提升
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随堂演练 对点落实
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内容索引
课时测评
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新知导学 夯实基础
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一、静电力做功的特点
1.公式:W=_______,适用于匀强电场。
2.特点:在静电场中移动电荷时,静电力做的功与电荷经过的路径______,与电荷的_________有关。
二、电势能
1.定义:电荷在______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
(1)关系式:WAB=__________=-ΔEpAB。
(2)特点:静电力对电荷做
知识梳理
qEd
始末位置
无关
电场
EpA-EpB
增加
减少
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____________静电力所做的功。
4.电势能的相对性:电势能是相对于____________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________。
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______。
零电势能点
零电势能点
不同的
无关
1.判断正误
(1)静电力对正电荷一定做正功,对负电荷一定做负功。 ( )
(2)静电力做的功W=qEd,适用于任何电场。 ( )
(3)电荷从电场中的A点运动到B点,路径不同,静电力做功的大小就可能不同。 ( )
(4)某点的场强为零,电荷在该点的电势能一定为零。 ( )
(5)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。 ( )
自主检测
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2.链接实景
一个试探电荷在匀强电场中某点由静止释放,它将如何运动?动能将如何变化?(不计重力)是什么能转化为试探电荷的动能?
提示:做初速度为零的匀加速直线运动,动能增大,电势能转化为动能。
合作探究 素能提升
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师生互动
知识点一 电场力做功的分析与计算
(1)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,静电力做的功为多少?若q沿折线AMB从A点移动到B点,静电力做的功为多少?
提示: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|。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|。
(2)若q沿任意曲线从A点移动到B点,静电力做的功为多少?由此可得出什么结论?
提示:根据微分思想可知,W=W1+W2+W3+…=qE(|AB1|+|A1B2|+|A2B3|+…)=qE·|AM|。电荷在匀强电场中沿不同路径由A点移动到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。
1.静电力做功的特点:在电场中移动电荷时,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。
2.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,静电力做正功;夹角为钝角,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。
要点归纳
(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。
3.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。
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,两端分别固定着带有电荷量+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?
思路点拨:
答案:qEl(1-cos α)
例1
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)。
针对练.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=1.2×10-7 J,求:
(1)匀强电场的电场强度的大小E;
答案:60 N/C
从a到b静电力做的功W1=qEdab
所以E= N/C=60 N/C。
(2)电荷从b移到c,静电力所做的功W2。
答案:1.44×10-7 J
把电荷从b移到c,静电力做的功
W2=qE·dbc·cos 60˚=4×10-8×60×12×10-2×0.5 J=1.44×10-7 J。
师生互动
知识点二 电势能的理解与计算
如图,一个正电荷只在电场力作用下由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。
1.电势能的特性
要点归纳
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
2.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,做负功则增大
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
将带电荷量为6×10-6 C的负电荷从电场中的A点移到B点,克服静电力做了3×10-5 J的功,再从B移到C,静电力做了1.2×10-5 J的功,则:
(1)电荷从A移到B,再从B移到C的过程中电势能改变了多少?
答案:增加了1.8×10-5 J
例2
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,则该电荷在B点和C点的电势能分别为多少?
答案:3×10-5 J 1.8×10-5 J
如果规定A点的电势能为零,由公式WAB=EpA-EpB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点和C点的电势能分别为多少?
答案:-3×10-5 J -1.2×10-5 J
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。
针对练1.(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<。下列叙述正确的是
A.若把一正点电荷从M点沿直线移到N点,则静电力对
该电荷做正功,电势能减少
B.若把一正点电荷从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.若把一负点电荷从M点沿直线移到N点,则静电力对该电荷做正功,电势能减少
D.若把一负点电荷从M点沿直线移到N点,再从N点沿不同路径移回到M点,则该电荷电势能不变
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在正点电荷形成的电场中,正电荷受到的静电力沿电场
线方向,从M点移到N点,静电力做正功,电势能减少,
A正确,B错误;在正点电荷形成的电场中,负点电荷受
到的静电力与电场线方向相反,负点电荷从M点移到N点,静电力做负功,电势能增加,C错误;把一负点电荷从M点沿直线移到N点,再从N点沿不同路径移回到M点,静电力做的总功为零,电势能不变,D正确。
针对练2.将带电荷量q1=+1.0×10-8 C的点电荷,从无限远处移到匀强电场中的P点,需克服静电力做功2.0×10-6 J,q1在P点受到的静电力是2.0×10-5 N,方向向右。试求:
(1)P点场强的大小和方向;
答案:2 000 N/C 方向向右
E= N/C=2 000 N/C,方向向右。
(2)电荷的电势能在移动过程中如何变化?电荷在P点的电势能是多少?
答案:增加 2.0×10-6 J
无穷远处电势能为零,电荷在由无穷远处移到该点过程中静电力做负功,电势能增加,在P点的电势能等于该过程中克服静电力做的功Ep=WP∞=2.0×10-6 J。
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随堂演练 对点落实
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1.(多选)如图所示,在直角三角形ABC中,∠C=30˚,D为斜边AC的中点,在顶点A处有一点电荷+Q,试探电荷q由B移至C电场力做功W1,由B移至D电场力做功W2,由D移至C电场力做功W3,关于W1、W2、W3的关系,下列说法正确的是
A.W1=W2+W3 B.W1=W2
C.W1=W3 D.W2=W1+W3
根据电场力做功的特点,试探电荷由B移至C电场力做功与由B先经过D再移至C电场力做功相等,即W1=W2+W3,A正确,D错误;若以A点为圆心、以AB为半径画圆,则D在圆周上,将试探电荷由B点移至D点时,电荷的电势能不变,即电场力不做功,W2=0,C正确,B错误。
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2.某电场区域的电场线如图所示,把一个电子从A点移到B点时
A.电子所受的电场力增大,电子克服电场力做功
B.电子所受的电场力减小,电场力对电子做正功
C.电子所受的电场力增大,电势能减少
D.电子所受的电场力增大,电势能增加
电子从A点向B点移动,电子受力方向与运动方向相同,所以电场力做正功,电势能减少。又因为电场线密处场强大,同时粒子的受力也大,所以电子在B点受力要大于A点。
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3.(多选)一个电荷只在电场力作用下从电场中的A点移到B点时,电场力做了5×10-6 J的功,那么
A.电荷在B处时将具有5×10-6 J的电势能
B.电荷在B处将具有5×10-6 J的动能
C.电荷的电势能减少了5×10-6 J
D.电荷的动能增加了5×10-6 J
根据电场力做功与电势能变化的关系可知,电场力做正功,电势能减小,选项C正确;根据动能定理知,外力(电场力)对物体做的功等于物体动能的变化,电场力对物体做功为5×10-6 J,物体的动能就会增加5×10-6 J,故选项D正确。
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4.如图所示,带等量同种正电荷的绝缘体甲、乙固定在一条水平直线上,两者之间的距离为2s,两者连线的中点为O,若规定O点为零电势能点。虚线为竖直平面内过O点的中垂线,M为中垂线上一点,MO=s。质量为m、电荷量为-q的小球丙从M点由静止释放,释放时受到电场力的大小为F,小球运动到O点的动能为E。已知静电力常量为k,重力加速度大小为g。求:
(1)绝缘体甲的带电量Q;
答案:
甲、乙对小球丙产生的引力大小均为F0=k,所以小球丙受到的电场力大小为2F0cos α=F,可得Q=。
(2)小球丙在M点的电势能Ep。
答案:E-mgs
小球丙从M到O过程中,根据动能定理有WMO+mgs=E,又WMO=Ep-0,可得Ep=E-mgs。
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课时测评
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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
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静电力做的功与电荷的运动路径无关,选项A错误;静电力做的功只与电荷的初、末位置有关,所以电荷从A点出发又回到A点,静电力做的功为零,选项B正确;负电荷沿着电场线的方向运动,静电力对负电荷做负功,选项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,选项D错误。
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2.如图所示,电场中a、b、c三点,ab=bc,则把点电荷+q从a点经b点移到c点的过程中,静电力做功的大小关系有
A.Wab>Wbc B.Wab=Wbc
C.Wab<Wbc D.无法比较
由电场线的疏密可以判断电场强度的大小关系,a点的电场强度最小,c点的电场强度最大。位移相同时,点电荷在bc段受到的平均静电力较大,所以Wab<Wbc,选项C正确。
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3.关于电荷的电势能,下列说法正确的是
A.电荷在电场强度大的地方,电势能一定大
B.电荷在电场强度为零的地方,电势能一定为零
C.只在静电力的作用下,电荷的电势能一定减少
D.只在静电力的作用下,电荷的电势能可能增加,也可能减少
电场强度与电势能无关,电势能具有相对性,可以人为规定零势能面,故A、B错误;只在静电力作用下,若电荷从静止开始运动,静电力做正功,电势能减少,若电荷在静电力作用下在电场中做减速运动,则静电力做负功,电势能增大,故D正确,C错误。
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4.(多选)如图所示,以坐标原点O为圆心,半径为r的圆与坐标轴交于a、b、c、d。在O点固定一个正电荷Q,另外还有一方向与x轴正方向相同,场强大小为E的匀强电场。现把一电荷量为+q的点电荷N在圆上移动,则
A.从a移到c,电场力对点电荷N做功为2qEr
B.从a移到c,电场力对点电荷N不做功
C.从d移到b,电场力对点电荷N做功为2qEr
D.从d移到b,电场力对点电荷N不做功
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从a移到c,点电荷Q产生的电场对点电荷N不做功,在匀强电场中,电场力对点电荷N也不做功,故A错误,B正确;从d移到b,点电荷Q产生的电场对点电荷N不做功,匀强电场对点电荷N做功为W=qE·2r=2qEr,所以电场力做功为2qEr,故C正确,D错误。
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5.(多选)如图,直线上有O、a、b、c四点,ab间的距离与bc间的距离相等。在O点处固定正点电荷,若一带负电的粒子仅在静电力作用下先从c点运动到b点,再从b点运动到a点,则
A.两过程中静电力做的功相等
B.前一过程中静电力做的功大于后一过程中静电力做的功
C.前一过程中,粒子电势能不断减小
D.后一过程中,粒子动能不断增加
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因O点处的点电荷带正电,则场强方向由a指向c,带负电的粒子从c向a运动,静电力做正功,已知ab=bc,因ab间场强大于bc间场强,由W=qEl定性分析,Wcb<Wba,故A、B错误;粒子从c点运动到b点,再从b点运动到a点的过程中,静电力一直做正功,粒子电势能不断减小,动能不断增加,故C、D正确。
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6.(多选)下列说法正确的是
A.当两正点电荷相互靠近时,它们的电势能增大
B.当两负点电荷相互靠近时,它们的电势能增大
C.一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时,它们的电势能减小
D.一个正电荷与另一个负电荷相互靠近时,它们的电势能增大
同种电荷相互排斥,同种电荷相互靠近时克服电场力做功,它们的电势能增大,故A、B正确;异种电荷相互吸引,异种电荷相互靠近时电场力做正功,它们的电势能减小,故C正确,D错误。
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7.如图所示,图甲是某电场中的一条电场线,a、b是这条线上的两点,一负电荷只受电场力作用,沿电场线从a运动到b,在这个过程中,电荷的速度-时间图像如图乙所示,比较a、b两点场强大小Ea、Eb和负电荷具有的电势能Epa、Epb,有
A.Ea>Eb、Epa<Epb
B.Ea=Eb、Epa>Epb
C.Ea<Eb、Epa>Epb
D.Ea=Eb、Epa<Epb
由v -t图像知负电荷速度均匀减小,电场力做负功,动能减小,电势能增加,即Epa<Epb。因加速度恒定,受电场力不变,应为匀强电场,Ea=Eb,D正确。
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8.(多选)如图甲为科研人员使用透射电子显微镜观察生物样品的情景,电子显微镜是利用电场控制电子运动的,镜中电场的电场线分布如图乙所示,虚线为一个电子在此电场中运动轨迹,若电子从A运动到B,则此运动过程中
A.电子的动能不断增大
B.电子受到的电场力的功率越来越小
C.电子在A点电势能为正,在B点电势
能为负
D.电子在B点速度大小变化比在A点速度大小变化快
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电场力对电子一直做正功,则动能越来越大,故A正
确;电子受到的电场力在增大,速度在增大,电场力
与速度的夹角减小,因此电场力的功率越来越大,故
B错误;由于没有确定零电势能点,因此无法确定电子
在A、B两点电势能正负,故C错误;电子速度大小变化快慢,取决于加速度沿轨迹切线方向的分加速度大小,即取决于电场力沿轨迹切线方向的分力大小,由题图可知,在B点电场力比在A点电场力大,在B点电场力与轨迹切线的夹角小于在A点电场力与轨迹切线的夹角,则在B点电场力沿轨迹切线方向的分力大于在A点电场力沿轨迹切线方向的分力,故电子在B点速度大小变化比在A点速度大小变化快,故D正确。故选AD。
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9.(多选)如图所示,带正电的点电荷固定于Q点,电子在库仑力作用下,做以Q为焦点的椭圆运动。M、P、N为椭圆上的三点,P点是轨道上离Q最近的点。电子在从M点到达N点的过程中
A.速率先增大后减小 B.速率先减小后增大
C.电势能先减小后增大 D.电势能先增大后减小
根据点电荷Q的电场线分布情况可知,电子由M到N的运动轨迹为:先向Q靠近,此时,电场力做正功,电势能减小,速率增大;再远离Q,此时,电场力做负功,电势能增大,速率减小。故选项A、C正确。
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10.(多选)在电场强度大小为E的匀强电场中,一质量为m、带电荷量为+q的物体从A点开始以某一初速度沿电场反方向做匀减速直线运动,其加速度的大小为,物体运动距离l到达B时速度变为零。下列说法正确的是
A.物体克服电场力做功qEl
B.物体的电势能减少了qEl
C.物体的电势能增加了qEl
D.若选A点的电势能为零,则物体在B点的电势能为qEl
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物体所受电场力方向与运动方向相反,所以电场力做负功,即克服电场力做功W=qEl,选项A正确;由于电场力做负功,电势能增加,电场力做了多少负功,电势能就增加多少,所以电势能增加了qEl,选项B错误,C正确;由WAB=EpA-EpB可知,当选A点的电势能为零时,EpB=-WAB=qEl,选项D正确。
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11.(多选)某静电场中x轴上电场强度E随x变化的关系如图所示,设x轴正方向为电场强度的正方向。一带电荷量大小为q的粒子从坐标原点O沿x轴正方向运动,结果粒子运动到x=3x0处恰好速度变为零。假设粒子仅受电场力作用,E0和x0已知,则
A.粒子可能带负电
B.粒子在O点时的动能为
C.粒子运动到2x0时的动能为
D.粒子沿x轴正方向运动过程中电势能先减小后增大
√
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如果粒子带负电,粒子在电场中先做减速运动后
做加速运动,因此粒子在x=3x0处的速度不可能为
零,则粒子一定带正电,故A错误;对粒子运动的
全程根据动能定理得qE0·2x0=0-Ek0,
可得粒子在O点时的动能为Ek0=,故B正确;粒子从开始到2x0的过程,由动能定理得E0·x0=Ek-Ek0,解得Ek=qE0x0,故C错误;粒子沿x轴正方向运动的过程中,电场力先做正功后做负功,因此电势能先减小后增大,故D正确。故选BD。
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12.地球表面附近某区域存在大小为150 N/C、方向竖直向下的电场。一质量为1.00×10-4 kg、带电荷量为-1.00×10-7 C的小球从静止释放,在电场区域内下落10.0 m。对此过程,该小球的电势能和动能的改变量分别为(重力加速度大小取9.80 m/s2,忽略空气阻力)
A.-1.50×10-4 J和9.95×10-3 J
B.1.50×10-4 J和9.95×10-3 J
C.-1.50×10-4 J和9.65×10-3 J
D.1.50×10-4 J和9.65×10-3 J
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对带电小球进行受力分析,考虑到忽略空气的阻力,小球受到向下的重力和向上的电场力,下落10.0 m时,小球克服电场力做功,小球的电势能增大,ΔEp=qEh=150×1.00×10-7×10.0 J=1.50×10-4 J;根据动能定理可知小球下落10.0 m时的动能的改变量为ΔEk=WG-WE=mgh-qEh=1.00×10-4×9.8×10.0 J-1.50×10-4 J=9.65×10-3 J,所以选项D正确。
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13.(12分)如图,匀强电场中带电荷量为+q的电荷从B运动到A,电场力做功WE=1.6×10-3 J(A点定为零势能位置),问:
(1)+q在B点的电势能为多少?
答案:1.6×10-3 J
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电荷从B向A运动,当电荷带正电时,电荷受力与运动方向相同,电场力做正功,电势能减少。
因为WE=1.6×10-3 J,
所以ΔEp=-1.6×10-3 J;
又因为EA=0,
所以B点的电势能为EB=1.6×10-3 J。
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(2)若将电荷改为带电荷量为q的负电荷,其他条件不变,-q在B点的电势能又为多少?
答案:-1.6×10-3 J
当电荷带负电时,电荷受力与运动方向相反,电场力做负功,电势能增加。
因为WE=-1.6×10-3 J,
所以ΔEp=1.6×10-3 J;
又因为EA=0,
所以EB=-1.6×10-3 J。
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第2章 电势能与电势差
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