2.1 静电力做功与电势能 课件—2026-2027学年高二上学期物理鲁科版必修第三册

2.1静电力做功与电势能 学习目标、重难点 1 新课讲解 3 新课导入 2 课堂练习 4 教考衔接 5 课堂小结 6 目录 【学习目标】 物理观念：理解静电力做功与路径无关的特点；掌握电势能的概念及其与静电力做功的关系。 科学思维：运用类比重力场的方法建构电势能概念；通过功能关系分析能量转化过程。 科学探究：推导静电力做功特点并验证其与路径无关；经历从力学功到电场能的概念迁移过程。 科学态度与责任：体会守恒思想在电磁学中的延续；培养严谨推理、尊重物理规律的科学态度。 【学习重难点】 重点： 静电力做功与路径无关的结论；电势能变化量与静电力做功的定量关系。 难点： 理解电势能的相对性与系统性；正确判断静电力做功正负与电势能增减的对应关系。 【新课导入】 攀岩者若要登上陡峭的山峰，不 仅需要熟练的攀岩技巧，还需要过人 的体力。当攀岩者向上攀爬时，重力 做负功，其重力势能增大；下降时， 重力做正功，其重力势能减小。 【新课导入】 电荷在静电力作用下运动时，静 电力做功了吗？电荷在电场中有势能 吗？如果有，这种势能与重力势能有 何相似之处？这种势能的变化与静电 力做功又有何关系？通过本章的学 习，我们将知晓这些问题的答案 【新课导入】 一个正电荷在匀强电场中只受到静电力F的作用，它在电场中由A点运动到B点时， 静电力做了正功WAB。由动能定理可知，该电荷的动能增加了WAB。根据能量守恒定律，动能增加就意味着有某种形式的能量在减少。 E A B F 是一种什么形式的能量在减少呢？ 【新课讲解】 一、静电力做功的特点 M E A B θ + q F 问题1：将正的检验电荷q从A沿直线移至B，求电场力的功？ W = F·|AB| cosθ = q E·|AM| 【新课讲解】 问题2：将正的检验电荷q从A沿折线移至B，求电场力的功？ 对AM: W1 = q E ·|AM| 对MB: W2 = 0 对全程: W = W1 + W2= q E·|AM| M E A B θ + + q F 【新课讲解】 问题3：将正的检验电荷q从A沿曲线移至B，求电场力的功？ W = W1 + W2 + W3 +… = q E·|AM| W1 = q E ·x1 W2 = q E ·x2 W3 = q E ·x3 … … … … x1 + x2 + x3 +…=? M ө E A B + q F E A B + q F + q F + q F + q F M x1 x2 x3 Q P F Δd 【新课讲解】 (对于非匀强电场也适用) 这与什么力做功相似呢？ 重力做功 结论：在匀强电场中移动电荷时，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。 结论 【新课讲解】 二、电势能 重力势能的特点: （1）与路径无关，由初末位置的高度差来决定。 （2）重力做功与重力势能变化的关系： 重力势能是相对的，须选定零势能参考面。 重力做正功，重力势能减少 重力做负功，重力势能增加 知识回顾 【新课讲解】 功和能量的变化密切相关。重力做功对应着重力势能的变化，那么，静电力做功又对应着哪种形式的能量变化呢？ 类 比 推 理： 【新课讲解】 重力与高度差有关的mgh叫作重力势能，那电场有没有跟高度差有关的“电场势能” 试探电荷q由A运动到B： 某物体m由高度A下降到高度B ΔEk ΔEp 思考：如何确定试探电荷在A点所具有的电势能？ 电势能的概念 ↑ ↓ ΔEk ΔEp ↑ ↓ 【新课讲解】 某点的电场势能 某点的重力势能 某点的势能 匀强的场 中心场 由于静电力做功与移动路径无关，电荷在电场中也具有势能，这种势能称为电势能 【新课讲解】 正电荷从A点移到B点时，静电力做正功，电荷的电势能减少。 正电荷从B点移到A点时，静电力做负功，即电荷克服静电力做功，电荷的电势能增加。 把正电荷从A点移到B + 把正电荷从B点移到A WAB=EpA-EpB + 【新课讲解】 电场力做功和电势能的关系 （1）当WAB>0，则EpA>EpB，表明电场力做正功，电势能减小； （2）当WAB<0，则EpA<EpB，表明电场力做负功，电势能增加。 WAB=EpA-EpB WAB=-ΔEp=-（EpB-EpA）=EpA-EpB 【新课讲解】 电势能的特点 电势能是相对的，具体数值与零势能面的选取有关； 电势能为电荷和对它作用的电场组成的系统共有。 电势能是标量。 通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为0 多远算“无限远” 呢？ 我们说某个电荷的电势能，只是一种简略的说法。 或把电荷在大地表面的电势能规定为0。 【新课讲解】 ①电荷在某点的电势能，等于把它从该点移动到零势能面时静电力所做的功。 E A B 若以A点作为零势能面 则EPA-EPB=WAB 因EPA=0 ，则 EPB= -WAB 如图，若A→B电场力所做功为WAB 若以B点作为零势能面 则 EPA-0=WAB 即EPA=WAB ②选择不同的零势能面，对于同一个带电体在同一点来说电势能大小是不相同的。 电势能的大小 总结： 【课堂检测】 如图所示，A、B、C为电场中同一电场线上的三点。设电荷在电场中只受电场力作用，则下列说法正确的是(　　) A.若在C点无初速度地释放正电荷，则正电荷向 B 运动，电势能减少 B.若在C点无初速度地释放正电荷，则正电荷向A运动，电势能增加 C.若在C点无初速度地释放负电荷，则负电荷向A运动，电势能增加 D.若在C点无初速度地释放负电荷，则负电荷向B运动，电势能减少 A 【课堂检测】 答案：A 解析：若在C点无初速度地释放正电荷，正电荷所受电场力向右，则正电荷向B运动，电场力做正功，电势能减少；若在C点无初速度地释放负电荷，负电荷所受电场力向左，则负电荷向A运动，电场力做正功，电势能减少。 【课堂检测】 (多选)带电粒子以速度v0沿竖直方向垂直进入匀强电场E中，如图所示，经过一段时间后，其速度变为水平方向，大小仍为v0，则一定有(　　) A.电场力大于重力 B.电场力所做的功大于重力所做的功 C.粒子运动的水平位移大小等于竖直位移大小 D.电势能的减少量一定等于重力势能的增加量 CD 【课堂检测】 答案：CD 解析：设粒子运动的水平位移、竖直位移大小分别为L、L′，由 知L＝L′，C正确；由动能定理得qEL－mgL′＝0，故mg＝Eq，A、B错误；又重力势能的增加量为mgL′，电势能的减少量为EqL，故D正确。 【课堂检测】 (多选)如图所示，在点电荷电场中的一条电场线上依次有A、B、C三点，分别把电荷量为＋q和－q的点电荷依次放在这三点上，关于它们所具有的电势能，下列说法中正确的是(　　) A.放上＋q时，它们的电势能EpA>EpB>EpC B.放上＋q时，它们的电势能EpA<EpB<EpC C.放上－q时，它们的电势能EpA>EpB>EpC D.放上－q时，它们的电势能EpA<EpB<EpC AD 【课堂检测】 答案：AD 解析：对正电荷从A经B移到C，电场力做正功，电势能减少，故EpA>EpB>EpC，对负电荷从A经B至C，电场力做负功，电势能增加，故EpA<EpB<EpC。 【教考衔接】 1．如图，将不计重力、电荷量为q带负电的小圆环套在半径为R的光滑绝缘半圆弧上，半圆弧直径两端的M点和N点分别固定电荷量为27Q和64Q的负点电荷.将小圆环从靠近N点处静止释放，小圆环先后经过图上 点和 点，已知 ，则小圆环从 点运动到 点的过程中( ) A.静电力做正功 B.静电力做负功 C.静电力先做正功再做负功 D.静电力先做负功再做正功 【教考衔接】 1．答案：A 解析：由电场叠加知，N点的负点电荷在 点产生的电场的电场强度沿圆弧切线方向分量大小为 点的负点电荷在 点产生的电场的电场强度沿圆弧切线方向分量大小为 ，比较可知， ，故 点沿圆弧切线方向的电场强度斜向右上方；N点的负点电荷在 点产生的电场的电场强度沿圆弧切线方向分量大小 点的负点电荷在 点产生的电场的电场强度沿圆弧切线方向分量大小为 ，比较可知， ，故 点沿圆弧切线方向的电场强度为0，由于小圆环带负电，可知小圆环从 点运动到 点的过程中，静电力做正功，A正确. 【教考衔接】 2．在一些电子显示设备中，让阴极发射的电子束通过适当的非匀强电场，可以使发散的电子束聚集.下列4幅图中带箭头的实线表示电场线，如果用虚线表示电子可能的运动轨迹，其中正确的是(      ) A. B. C. D. 【教考衔接】 2．答案：A 解析：电子运动轨迹的切线方向为速度方向，电子所受静电力方向指向运动轨迹的凹侧且沿电场线切线方向的反方向，作出部分位置处电子所受静电力的示意图. 【课堂总结】 ①静电力做功的特点 在匀强电场中移动电荷时，静电力所做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，与电荷经过的路径无关 ②电势能 （1）电势能的变化量与静电力做功的关系：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. （2）电势能大小的确定：电荷在电场中某点的电势能在数值上等于把它从这点移动到零势能位置过程中静电力所做的功. 与重力做功的规律相同 标量，只有大小，没有方向，但是正负 30 谢谢观看 $