2017-2018学年沪科版高中物理选修3-1第2章电场与示波器2.2研究电场的能的性质一学案

2.2　研究电场的能的性质(一)

 

1．电场力做功的特点

如图2­2­1所示，电荷沿直线AB、折线ACB、曲线AB运动，电场力做功相同，即电场力做功与电荷的起始位置和终止位置有关，但与经过的路径无关．

图2­2­1

2．电势能的概念

(1)定义：电荷在电场中具有的势能叫做电势能．

(2)大小：电荷在电场中某点的电势能等于电荷从这点移动到选定的参考点的过程中电场力所做的功．

(3)相对性：电荷在电场中具有的电势能具有相对性，规定了参考点(也就是电势能零点)才有具体值．通常取无穷远处或大地的电势为零．

3．电场力做功与电势能的关系

(1)公式：WAB＝EpA－EpB.

(2)电场力做正功，电势能减少；电场力做负功，电势能增加．

1．在非匀强电场中移动电荷，电场力做功与路径有关．(×)

2．规定不同的零势能点，电荷在电场中某点的电势能都是相同的．(×)

3．电场力对电荷做正功时，电势能减小．(√)

重力做功与重力势能的变化有什么关系？你能通过类比，得出电场力做功与电势能变化的关系吗？

【提示】　

探讨1：电场力做功和重力做功有什么相似之处？

【提示】　都与路径无关．

探讨2：在图2­2­1中带电小球沿三种不同的路径由A点到B点的过程中，电势能变化了多少？

【提示】　电势能变化相等，都是电势能减少了Eqd.

1．电场力做功的特点

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．

(1)在匀强电场中，电场力做功为W＝qEd，其中d为电荷沿电场线方向上的位移．

(2)电场力做功与重力做功相似，只由初末位置决定，移动电荷q的过程中电场力做的功是确定值．

2．电场力做功与电势能变化的关系

电场力做功与重力做功类似，与路径无关，取决于初末位置，类比重力势能引入了电势能的概念．电场力做功与电势能变化的关系是电场力做功必然引起电势能的变化．

(1)电场力做功一定伴随着电势能的变化，电势能的变化只有通过电场力做功才能实现，与其他力是否做功，及做功多少无关．

(2)电场力做正功，电势能一定减小；电场力做负功，电势能一定增大．电场力做功的值等于电势能的变化量，即：WAB＝EpA－EpB.

1．电场中有A、B两点，在将某电荷从A点移到B点的过程中，电场力对该电荷做了正功，则下列说法中正确的是(　　)

A．该电荷是正电荷，且电势能减少

B．该电荷是负电荷，且电势能增加

C．该电荷电势能增加，但不能判断是正电荷还是负电荷

D．该电荷电势能减少，但不能判断是正电荷还是负电荷

【解析】　电场力对电荷做正功，则电势能减少，但不能确定该电荷的正、负，故D正确．

【答案】　D

2．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

【解析】　设小球下落的高度为h，则电场力做的功W1＝－qEh＝－1.5×10－4 J，电场力做负功，电势能增加，所以电势能增加1.5×10－4 J；重力做的功W2＝mgh＝9.8×10－3 J，合力做的功W＝W1＋W2＝9.65×10－3 J，根据动能定理可知ΔEk＝W＝9.65×10－3 J，因此D项正确．

【答案】　D

3. (多选)如图2­2­2是某种静电矿料分选器的原理示意图，带电矿粉经漏斗落入水平匀强电场后，分落在收集板中央的两侧．对矿粉分离的过程中，下列表述正确的有(　　)

图2­2­2

A．带正电的矿粉落在右侧

B．电场力对矿粉做正功

C．带负电的矿粉电势能变大