高中物理-第2章第1節(jié)-電場力做功與電勢能課件-魯科版選修3-1

第1節(jié)

電場力做功與電勢能1精品溫故知新2精品1．重力做功有什么特點(diǎn)？重力做功與重力勢能的變化有怎樣的關(guān)系？答案：重力做功只與初未位置的豎直高度有關(guān)，與移動的路徑無關(guān)．重力做正功、重力勢能減少，重力做負(fù)功，重力勢能增加，重力做多少功，重力勢能就變化多少．精彩回眸3精品2．如圖2－1－1所示，A、B是一條電場線上的兩點(diǎn)，一帶正電的點(diǎn)電荷沿電場線從A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)，在這個(gè)過程中，關(guān)于電場力做功的說法正確的是 (

)A．電場力做正功B．電場力做負(fù)功C．電場力不做功D．電場力先做正功后做負(fù)功圖2-1-14精品解析：正電荷受力方向與電場線方向相同，由功的公式W＝F·lcosα可知正電荷從A到B，電場力做正功．答案：A5精品一、電場力做功的特點(diǎn)1．勻強(qiáng)電場中：如圖2－1－2所示，電荷運(yùn)動時(shí)無論沿路徑AB、ACB還是沿任意曲線由A點(diǎn)移動到B點(diǎn)，電場力對電荷做的功W＝_____.新知梳理qEd圖2-1-26精品2．在任何電場中：電場力做功與____無關(guān)，只與_________有關(guān)，可見電場力做功與_____做功相似．二、電勢能1．定義：電荷在_____中具有的勢能．2．功能關(guān)系：電場力做的功等于電勢能_____________，用公式表示___________.路徑初末位置重力電場變化量W＝－ΔEp的負(fù)值7精品3．電勢能的確定：(1)先確定零電勢能位置．(2)通常把電荷在離場源電荷________的電勢能規(guī)定為零，或把電荷在大地表面上的電勢能規(guī)定為零，電荷在某點(diǎn)的電勢能，等于電場力把它從該點(diǎn)移動到________位置時(shí)所做的功．電勢能是相對的．無窮遠(yuǎn)處零電勢能8精品4．在正點(diǎn)電荷Q形成的電場中，A、B兩點(diǎn)的電荷qA、qB具有的電勢能分別等于將qA、qB由A、B兩點(diǎn)沿任意路徑移到_______電場力做的功(如圖2－1－3)．即EpA＝WA0，EpB＝WB0.Ep＝0圖2-1-39精品合作探究10精品1．電場力做功的推導(dǎo)試探電荷q在電場強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場中沿幾條不同路徑從A點(diǎn)移動到B點(diǎn)，求電場力對電荷所做的功．(1)q沿直線從A移往B，電場力F＝qE，電場力與位移的夾角始終為θ，如圖2－1－4甲所示．W＝F·|AB|cosθ＝qE·|AM|.電場力做功有什么特點(diǎn)？11精品(2)q沿折線AMB從A點(diǎn)移往B點(diǎn)，如圖2－1－4甲所示．在線段AM上電場力做功W1＝qE·|AM|，在線段MB上，W2＝0.W＝W1＋W2＝qE·|AM|.利用微元法化曲為直.圖2-1-4甲乙12精品(3)q沿任意曲線ANB，從A點(diǎn)移動到B點(diǎn)，如圖2－1－4乙所示，與電場力平行的短折線的長度之和等于|AM|，W＝qE·|AM|.2．電場力做功的特點(diǎn)在勻強(qiáng)電場中移動電荷時(shí)，電場力做的功與電荷的起始位置和終止位置有關(guān)，但與電荷經(jīng)過的路徑無關(guān)．溫馨提示：電場力做功的特點(diǎn)是以勻強(qiáng)電場為例推導(dǎo)出來的，也適用于非勻強(qiáng)電場．溫馨提示：電場力做功的特點(diǎn)是以勻強(qiáng)電場為例推導(dǎo)出來的，也適用于非勻強(qiáng)電場．13精品1．如圖2－1－5所示，在場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場中有相距為L的A、B兩點(diǎn)，連線AB與電場線的夾角為θ，將一電荷量為q的正電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，若沿直線AB移動圖2-1-5該電荷，電場力做功W1＝________；若沿路徑ACB移動該電荷，電場力做的功W2＝________；14精品若沿曲線ADB移動該電荷，電場力做的功W3＝________.由此可知，電荷在電場中移動時(shí)，電場力做功的特點(diǎn)是_______________________________________________________________________________________________________________________.解題流程：15精品解析：在勻強(qiáng)電場中，電荷受到的電場力是恒力，可以直接由功的定義式求功．直線AB、折線ACB、曲線ADB在電場線方向上的投影都是BC＝Lcosθ，電場力為恒力qE，因此電荷沿三條路徑由A到B，做的功均為qELcosθ，電場力做功的特點(diǎn)是與路徑無關(guān)，只與始末位置有關(guān)．答案：qELcosθ

qELcosθ

qELcosθ電場力做功與路徑無關(guān)，只與始末位置有關(guān)16精品電場力做功與電勢能變化有怎樣的關(guān)系？1．電勢能的定義電荷在電場中某點(diǎn)的電勢能等于電荷從這點(diǎn)移到選定的參考點(diǎn)的過程中電場力所做的功，電勢能用Ep表示．2．電勢能的大小類比重力做功與重力勢能變化的關(guān)系．17精品若規(guī)定在B點(diǎn)電勢能為0，EpB＝0，則EpA＝WAB，即電荷在電場中某點(diǎn)電勢能的大小，等于電場力把它從該點(diǎn)移動到零勢能位置時(shí)所做的功．3．電場力做的功與電勢能變化的關(guān)系電場力做的功等于電勢能變化的負(fù)值，WAB＝－ΔEAB＝－(EpB－EpA)＝EpA－EpB.即電場力做了多少正功，電勢能就減少多少；電場力做了多少負(fù)功，電勢能就增加多少．18精品2.如圖2－1－6所示，實(shí)線是一個(gè)電場中的電場線，虛線是一個(gè)負(fù)的試探電荷在這個(gè)電場中僅在電場力作用下運(yùn)動的軌跡，若電荷是從a處運(yùn)動到b處，以下判斷正確的是

(

)A．電荷從a到b加速度減小B．電荷在b處電勢能大C．電場方向沿電場線向下D．電荷在b處速度小圖2-1-619精品解析：由題圖可知b處的電場線比a處的電場線密，說明b處的場強(qiáng)大于a處的場強(qiáng)，電荷在b處受到的電場力大于a處的電場力．根據(jù)牛頓第二定律，試探電荷在b處的加速度大于在a處的加速度，A選項(xiàng)錯(cuò)．由圖可知，電荷做曲線運(yùn)動，受到的電場力的方向應(yīng)沿電場線指向運(yùn)動軌跡彎曲的方向．因?yàn)樵囂诫姾蓭ж?fù)電，所以電場強(qiáng)度方向沿電場線向上，C選項(xiàng)錯(cuò)誤．根據(jù)試探電荷的位移與所受電場力的夾角大于90°，可知電荷由a到b過程中電場力對試20精品探電荷做負(fù)功，可判斷由a到b過程中電荷的電勢能增加，B選項(xiàng)正確．又因電場力做功與路徑無關(guān)，系統(tǒng)的能量守恒，電勢能增加則動能減小，即速度減小，D選項(xiàng)正確．答案：BD21精品典例精析22精品【例1】如圖2－1－7所示，電荷的電荷量為＋q，場強(qiáng)為E，AB間距為d，分別求點(diǎn)電荷沿圖中三條路徑從A運(yùn)動到B時(shí)，電場力對它所做的功．思路點(diǎn)撥：在勻強(qiáng)電場中，電場力為恒力，可根據(jù)恒力做功的公式W＝F·scosα計(jì)算功．電場力做功與電勢能的變化圖2-1-723精品解析：當(dāng)電荷沿AB連線運(yùn)動到B時(shí)，W＝qEd，當(dāng)電荷沿ACB運(yùn)動到B時(shí)，W＝FLcosθ＋FL′cos90°＝qEd，當(dāng)電荷沿ADB運(yùn)動到B時(shí)，W＝FL1cosα＋FL2cosβ＝qEd.答案：均為qEd反思領(lǐng)悟：解決電場力做功問題，要注意題目設(shè)置的情景，若為恒力且物體做直線運(yùn)動，可直接根據(jù)功的定義計(jì)算．24精品如圖2－1－8所示，空間有一水平勻強(qiáng)電場，在豎直平面內(nèi)有初速度為v0的帶電微粒，沿圖中虛線由A運(yùn)動至B，其能量變化情況是 (

)圖2-1-8A．動能減少，重力勢能增加，電勢能減少B．動能減少，重力勢能增加，電勢能增加C．動能不變，重力勢能增加，電勢能減少D．動能增加，重力勢能增加，電勢能減少25精品解析：A項(xiàng)，微粒沿直線運(yùn)動，受到的電場力水平向左，合力與v0反向，由A→B電場力做負(fù)功，電勢能增加，故A錯(cuò)．B項(xiàng)，重力、電場力都做負(fù)功，重力勢能、電勢能都增加，動能減少，故B對．C項(xiàng)，合外力與v0反向，對粒子做負(fù)功，動能減少，故C錯(cuò)．D項(xiàng)，合外力做負(fù)功、動能減少、電場力做負(fù)功、電勢能增加，故D錯(cuò)．答案為B.答案：B26精品【例2】如圖2－1－9所示，一個(gè)質(zhì)量為m、帶有電荷量為－q的小物體，可以在水平軌道Ox上運(yùn)動，O端有一與軌道垂直的固定墻．軌道處于勻強(qiáng)電場中，場強(qiáng)大小為E，方向沿Ox軸正方向，小物體以速度v0從A點(diǎn)沿Ox軌道運(yùn)動，運(yùn)動時(shí)受到大小不變的摩擦力f的作用，且f<qE；電場力做功與力學(xué)知識的綜合應(yīng)用圖2-1-9設(shè)小物體與墻碰撞時(shí)不損失機(jī)械能，且電荷量保持不變，求它在停止運(yùn)動前所通過的總路程s.27精品思路點(diǎn)撥：由題給條件確定物體最終狀態(tài)及所受各力做功情況，選擇合適的規(guī)律列式求解．28精品方法二：用能量守恒定律解．設(shè)小物塊共走過路程s，克服摩擦力做功的值為fs，這也就是轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能的能量．29精品答案：(2qEx0＋mv02)/(2f)反思領(lǐng)悟：電場力做功與力學(xué)知識的綜合問題，仍然是力學(xué)中牛頓第二定律、動能定理、能量守恒定律的應(yīng)用，其解題思路和解題步驟與力學(xué)中的完全相同，要靈活應(yīng)用電場力做功與路徑無關(guān)這一重要特點(diǎn)．30精品如圖2－1－10所示，A、B兩點(diǎn)各放一電荷量均為Q的等量異種電荷，有一豎直放置的光滑絕緣細(xì)桿在兩電荷連線的垂直平分線上，a、b、c是桿上的三點(diǎn)，且ab＝bc＝l，b、c關(guān)于兩電荷連線對稱．質(zhì)量為m、帶正電荷q的小環(huán)套在細(xì)桿上，自a點(diǎn)由靜止釋放，則 (

)圖2-1-1031精品C．小環(huán)從b到c速度可能先減小后增大D．小環(huán)做勻加速直線運(yùn)動解析：中垂線上各點(diǎn)的合場強(qiáng)均為水平向右，與環(huán)的運(yùn)動方向垂直不做功，故小環(huán)做自由落體運(yùn)動．答案：AD32精品電勢能與重力勢能的類比創(chuàng)新拓展靜電場重力場電場中的電荷具有勢能——電勢能重力場中的物體具有勢能——重力勢能電場中同一位置上不同電量電荷的電勢能不同重力場中同一位置上不同質(zhì)量物體的重力勢能不同在電場力作用下移動電荷，即電場力做正功時(shí)，電勢能減少外力克服電場力作用移動電荷，即電場力做負(fù)功時(shí)，電勢能增加在重力作用下移動物體，即重力做正功時(shí)，重力勢能減少外力克服重力作用移動物體，即重力做負(fù)功時(shí)，重力勢能增加33精品【例3】有兩個(gè)完全相同的金屬球A，B，B球固定在絕緣地板上，A球在離B球?yàn)镠的正上方由靜止釋放下落，與B球發(fā)生對心碰后回跳的高度為h，設(shè)碰撞中無機(jī)械能損失，空氣阻力不計(jì) (

)A．若A，B球帶等量同種電荷，則h>HB．若A，B球帶等量同種電荷，則