1.4 电场力的功 电势能 导学案 -2026-2027学年高二上学期物理教科版必修第三册

该高中物理导学案围绕“电场力的功 电势能”展开，引导学生掌握电场力做功与路径无关的特点、电势能概念及电场力做功与电势能变化的关系。通过回顾重力做功、重力势能等旧知，以类比方法搭建学习支架，帮助学生从能量角度认识静电场。 资料融合科学史话与科技前沿，结合情境化课前自测题，引导学生通过类比推理构建知识联系，培养科学思维。拓展思考问题促进质疑创新，助力学生深化物理观念，提升分析解决实际问题的能力，适合引导学生自主预习与教师课堂教学使用。

1.4 电场力的功 电势能 预习提要 1.回顾重力做功与路径无关的特点、重力势能的概念及重力做功与重力势能变化的关系等基础内容，初步认识用类比重力场的方法来研究静电场中能量问题的科学思维方法。 2.阅读课本1.4的内容，自主探究"电场力做功的特点""电势能的概念""电场力做功与电势能变化的关系"等核心知识，初步把握从能量角度认识静电场的思路和要点。 一、温故——回顾旧知 1.当物体的高度发生变化时，重力会对物体做功。对同一物体，重力做功与________无关，只与物体起点和终点的________有关。 2. 重力做正功时，物体的重力势能________（填"增加"或"减少"）；重力做负功时，物体的重力势能________（填"增加"或"减少"）。 3. 电场强度是描述电场性质的物理量，其定义式为 E =______ 。电场强度是（填"矢量"或"标量"），其方向规定为________电荷在该点所受电场力的方向。 4.在匀强电场中，电荷量为 q 的电荷所受电场力的大小为 F =______ ，该力的方向与电场强度方向_________（填"相同"或"相反"，设 q 为正电荷）。 5.真空中两个静止点电荷之间的相互作用力遵循________定律，其表达式为 F = ________，其中静电力常量 k = ________ N·m²/C²。 二、知新——预习新课 6. 在静电场中移动电荷时，电场力做功只与移动电荷的________以及________和________的位置有关，而与电荷移动的________无关。这一结论对________（填"匀强"或"任意"）静电场都适用。 7. 电荷在电场中所具有的势能叫作________，简称________，用符号________表示，其国际单位是________。 8. 电势能是放入电场中的________与________组成的系统共有的，它既与________有关，也与________有关。 9. 设电荷 q 在电场中 A 、 B 两点具有的电势能分别为 和 ，把该电荷从 A 点移到 B 点，电场力所做的功 与电势能变化的关系为： = ________。 10. 电场力做正功时，电荷的电势能________；电场力做负功时，电荷的电势能________。（填"增加"或"减少"） 11. 电势能与重力势能一样具有________性，它的大小与________位置的选择有关。在物理学中，通常取________或________为零电势能的位置。 12. 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。 课前自测 1．如图所示，正方形ABCD四个顶点各固定一个带正电的点电荷，电荷量相等，O是正方形的中心。现将A点的电荷沿OA的延长线向无穷远处移动，则(      ) A.在移动过程中，O点电场强度变小 B.在移动过程中，C点的电荷所受静电力变大 C.在移动过程中，移动的电荷所受静电力做负功 D.当其移动到无穷远处时，O点的电势高于A点 2．在农业生产中，常采用静电喷洒技术提高农药的喷洒效率和附着率。喷洒农药的无人机上安装有静电喷嘴，静电喷嘴内装有一根带电的针，使得农药水珠离开喷嘴时会带有大量电荷（如图）。由于与大地相连的农作物叶子带负电，喷洒出的农药水珠在静电力的作用下被吸附在叶子上，不会被风吹走。在农药水珠被农作物叶子吸附的过程中(      ) A.喷洒出的农药水珠带负电荷 B.电场力对喷洒出的农药水珠做正功 C.喷洒出的农药水珠的电势能增加 D.离农作物叶片越近，农药水珠所受静电力越小 3．如图，矩形ABCD位于匀强电场中，电场方向平行于矩形平面。已知，P是CD的中点。A、B、C的电势分别为8V、6V、4V。用外力将一个电子从A点移动到P点，已知元电荷电量为e，下列说法正确的是(      ) A.该过程中，电子的电势能增加5eV B.该过程中，电子的电势能减少5eV C.该过程中，电场力对电子做正功3eV D.该过程中，电子克服电场力做功3eV 4．如图，一带正电荷的粒子以竖直向上的速度v从P点进入水平向右的匀强电场中，已知粒子所受重力与其所受的电场力大小相等。与在P点相比，粒子运动到最高点时(   ) A.电势能增加，动能不变 B.电势能减小，动能不变 C.重力势能增加，动能减小 D.重力势能增加，动能增加 5．如图所示，实线是一簇由负点电荷产生的电场线。一带正电的粒子仅在电场力作用下通过电场，图中虚线为粒子的运动轨迹，a、b是轨迹上的两点。下列判断正确的是(   ) A.a点场强小于b点场强 B.a点电势大于b点电势 C.带电粒子从a到b动能减小 D.带电粒子从a到b电势能减小 答案以及解析 一、温故——回顾旧知 1.路径；高度差 2.减少；增加 3.；矢量；正 4.；相同 5.库仑 二、知新——预习新课 6.电荷量；起点；终点；路径；任意 7.静电势能；电势能； ；焦耳（J） 8.电荷；电场；电荷；电场 9. 10.减少；增加 11.相对；零电势能（零势能）；无穷远处；大地 12.零电势能 1．答案：D 解析：A.O是等量同种电荷连线的中点，场强为0，将A处的正点电荷沿OA方向移至无穷远处，O点电场强度变大，故A不符合题意； B.移动过程中，C点场强变小，正电荷所受静电力变小，故B错误； C.A点电场方向沿OA方向，移动过程中，移动电荷所受静电力做正功，故C错误； D.A点电场方向沿OA方向，沿电场线方向电势降低，移动到无穷远处时，O点的电势高于A点电势，故D正确。 故选D。 2．答案：B 解析：A.植物叶片带负电，喷洒出的农药水珠带正电才能被吸附到植物叶片上，故A错误； BC.农药水珠带正电，电场力对其做正功，电势能减少，故C错误，B正确； D.越靠近植物叶片，根据库仑定律可知，静电力越大，故D错误。 故选B。 3．答案：D 解析：CD.根据匀强电场强度与电势差的关系可得 解得D的电势为 P是CD的中点，P点电势为 一个电子从A点移动到P点电场力做功为 可知该过程中，电子克服电场力做功3eV，故C错误，D正确； AB.根据功能关系可知该过程中，电子的电势能增加3eV，故AB错误。 故选D。 4．答案：B 解析：AB.水平方向 设水平位移为x，由运动学公式得 竖直方向 设竖直方向位移为y，当竖直速度减到0时 由运动学公式得 根据动能定理可知 因而动能不变；由于电场力做正功，所以电势能减小，A错误，B正确； CD.带电粒子运动过程中由于重力做负功，故重力势能增大；由于重力做功和电场力做功代数和为0，故动能不变，CD错误。 故选B。 5．答案：C 解析：A.根据电场线的疏密表示电场强度的强弱，可知a点场强大于b点场强，A错误； B.根据顺着电场线方向，电势降低，可知a点电势小于b点电势，B错误； CD.粒子的运动轨迹向左弯曲，粒子受到的电场力沿电场线向左，若粒子从a到b，电场力对粒子做负功，粒子的动能减小，电势能增大，D错误，C正确。 故选C。 反思 一、【科学史话】“保守力”与“势”的渊源 在物理学中，力可以根据其做功的特点进行分类。像重力、静电力这样，做功只与初末位置有关，而与路径无关的力，被称为“保守力”。与之相对，像摩擦力这样做功与路径有关的力，被称为“非保守力”（或耗散力）。 为什么只有保守力才能引入“势能”的概念？ 因为如果力做功与路径有关，物体从A点移动到B点时，力做的功就不确定，我们就无法为A、B两点定义一个确定的“能量差”，也就无法定义该点的“势能”。 “势（Potential）”这个概念最早是由19世纪英国数学家、物理学家乔治·格林（George Green）在研究电磁学时引入的。他敏锐地发现，引力和静电力都具有“做功与路径无关”的优美数学性质，并据此提出了“势函数”的概念。后来，这一思想被广泛发展，不仅成为了经典力学和电磁学的基石，还深刻影响了现代量子力学和广义相对论。学习电势能，实际上是在触摸物理学中最深刻、最优美的“对称性与守恒律”思想。 【科技前沿】微观世界的“超级弹弓”——粒子加速器 在探索微观世界时，科学家需要让带电粒子（如电子、质子）获得极高的能量去撞击靶核，这就需要用到粒子加速器。粒子加速器的核心原理正是 “电场力做功与电势能转化”。 在静电加速器（如范德格拉夫起电机）或直线加速器中，带电粒子在强电场中受到电场力的作用。电场力对粒子做正功，粒子的电势能迅速减少，转化为巨大的动能，从而被加速到接近光速。例如，我国著名的北京正负电子对撞机（BEPC） 和东莞散裂中子源（CSNS），都是利用电场力做功将微观粒子加速到极高能量的“大国重器”。通过这些装置，科学家能够深入探究物质的微观结构，甚至寻找宇宙起源的奥秘。 二、拓展思考（预习反思） 1.如果存在一种电场，其电场力做功与电荷移动的路径有关（类似于摩擦力做功），我们还能在电场中定义“电势能”吗？为什么？ 2.“电势能是放入电场中的电荷与电场组成的系统共有的”。这与我们在必修二中学过的“重力势能是物体与地球组成的系统共有的”有何相似之处？为什么说“势能”不能脱离相互作用而单独归属于某一个物体或电荷？ 学科网（北京）股份有限公司 $