靜電力做功與電勢(shì)能高一下學(xué)期物理魯科版（2019）必修第三冊(cè)

第1節(jié)靜電力做功與電勢(shì)能第二章

電勢(shì)能與電勢(shì)差學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過(guò)計(jì)算在勻強(qiáng)電場(chǎng)中移動(dòng)電荷靜電力所做的功，認(rèn)識(shí)靜電力做功與路徑無(wú)關(guān)的特點(diǎn)。2.了解電荷在電場(chǎng)中的電勢(shì)能，知道靜電力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系，并能進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。3.掌握判斷電勢(shì)能大小的方法。我們知道，在攀巖運(yùn)動(dòng)中，若攀巖者上升，則重力做負(fù)功；若攀巖者下降，則重力做正功。重力做功的多少與攀巖者的始末位置有關(guān)，與攀巖路徑無(wú)關(guān)。那么，電荷在靜電力作用下運(yùn)動(dòng)，若靜電力對(duì)電荷做功，與重力做功有無(wú)相似之處？靜電力做功的特點(diǎn)在電場(chǎng)強(qiáng)度為E

的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，若將一個(gè)帶正電的試探電荷q

沿電場(chǎng)方向從A

點(diǎn)移動(dòng)到B

點(diǎn)，移動(dòng)距離為d，試探電荷受到的靜電力F=qE，求靜電力F

對(duì)試探電荷做功。ABE+qFdW1=F·|AB|=qE·d(1)沿直線AB運(yùn)動(dòng)CAB如果不是沿直線運(yùn)動(dòng)呢？(2)沿折線ACB運(yùn)動(dòng)電場(chǎng)力垂直速度，不做功結(jié)論：以上兩種不同路徑中靜電力對(duì)q所做的功一樣全過(guò)程做功W2=qE·|AB|+0=qE·dθE+qFdll′EAB(3)沿任一路徑從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)+qFFFFx1x2x3x4x1+x2

+x3

+x4…=?由以上的推導(dǎo)我們發(fā)現(xiàn)了什么?W1

=qE·x1W2=qE·x2W3=qE·x3|AB|W4=qE·x4沿曲線在勻強(qiáng)電場(chǎng)中移動(dòng)電荷時(shí)，靜電力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(guò)的路徑無(wú)關(guān)。此結(jié)論對(duì)于非勻強(qiáng)電場(chǎng)也適用(1)電荷從電場(chǎng)中的A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到了B點(diǎn)，路徑不同，靜電力做功的大小就可能不同。(

)(2)電荷從電場(chǎng)中的某點(diǎn)開(kāi)始出發(fā)，運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，又回到了該點(diǎn)，則靜電力做功為零。(

)(3)正電荷沿著電場(chǎng)線方向運(yùn)動(dòng)，靜電力對(duì)正電荷做正功；負(fù)電荷沿著電場(chǎng)線的反方向運(yùn)動(dòng)，靜電力對(duì)負(fù)電荷做正功。(

)(4)電荷在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，靜電力做功只與位置有關(guān)，與電荷正、負(fù)無(wú)關(guān)。(

)×√√×mgqE重力做功對(duì)應(yīng)著重力勢(shì)能的變化，那么，靜電力做功又對(duì)應(yīng)著哪種形式的能量變化呢？電勢(shì)能Ep1.概念：電荷在電場(chǎng)中具有的勢(shì)能，這種勢(shì)能稱為電勢(shì)能。用Ep表示。2.大小：電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)能，等于電荷從該點(diǎn)移動(dòng)到零電勢(shì)能點(diǎn)靜電力所做的功。3.電勢(shì)能與靜電力做功的關(guān)系：靜電力做的功等于電勢(shì)能的減小量，即WAB＝EpA－EpB。4.電勢(shì)能的相對(duì)性：選擇不同的零電勢(shì)能點(diǎn)，電荷在電場(chǎng)中同一點(diǎn)的電勢(shì)能的值是不同(填“相同”或“不同”)的。5.電勢(shì)能為標(biāo)量，正負(fù)值表示電勢(shì)能的大小。(1)分析正電荷只在靜電力作用下從A→B運(yùn)動(dòng)和從B→A運(yùn)動(dòng)時(shí)靜電力做功情況、動(dòng)能和電勢(shì)能的變化.從A→B靜電力做正功，動(dòng)能增加，電勢(shì)能減少?gòu)腂→A靜電力做負(fù)功，動(dòng)能減少，電勢(shì)能增加ABqEWAB＝EpA－EpB＝EpA-0EpA＝WABABqE(2)如果規(guī)定B點(diǎn)為零勢(shì)能位置，若電荷從A移動(dòng)至B靜電力對(duì)電荷做功為WAB，則電荷在A點(diǎn)電勢(shì)能是多少？在實(shí)際應(yīng)用中，通常將電荷在大地表面的電勢(shì)能規(guī)定為零，或者將電荷在離場(chǎng)源電荷無(wú)窮遠(yuǎn)處的電勢(shì)能規(guī)定為零。取無(wú)窮遠(yuǎn)處為零電勢(shì)能點(diǎn)，A、B兩點(diǎn)的電荷qA、qB

的電勢(shì)能分別等于將qA、qB由A、B兩點(diǎn)沿任意路徑移到無(wú)窮遠(yuǎn)處?kù)o電力做的功，即EpA

=WA∞，EpB=WB∞。1.做功判斷法：無(wú)論正、負(fù)電荷，靜電力做正功，電荷的電勢(shì)能減?。混o電力做負(fù)功，電荷的電勢(shì)能增大。2.能量守恒判斷法：只有靜電力做功時(shí)，電荷只有動(dòng)能和電勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，總能量不變。因此，可由動(dòng)能的變化確定電勢(shì)能的變化。即只有靜電力做功時(shí)，動(dòng)能減少多少，電勢(shì)能就增加多少；反之，動(dòng)能增加多少，電勢(shì)能就減少多少。3.電場(chǎng)線法：(1)正電荷順著電場(chǎng)線的方向移動(dòng)時(shí)電勢(shì)能逐漸減小，逆著電場(chǎng)線的方向移動(dòng)時(shí)電勢(shì)能逐漸增大；(2)負(fù)電荷順著電場(chǎng)線的方向移動(dòng)時(shí)電勢(shì)能逐漸增大，逆著電場(chǎng)線的方向移動(dòng)時(shí)電勢(shì)能逐漸減小。電勢(shì)能大小的判斷(多選)如圖所示，在正點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)中的一條電場(chǎng)線上依次有A、B、C三點(diǎn)，分別把帶電荷量為＋q和－q的試探點(diǎn)電荷依次放在這三個(gè)點(diǎn)上，關(guān)于它們所具有的電勢(shì)能，下列說(shuō)法中正確的是（）A.放上＋q的試探點(diǎn)電荷時(shí)，試探點(diǎn)電荷在各點(diǎn)的電勢(shì)能大小關(guān)系為EpA＞EpB＞EpCB.放上＋q的試探點(diǎn)電荷時(shí)，試探點(diǎn)電荷在各點(diǎn)的電勢(shì)能大小關(guān)系為EpA＜EpB＜EpCC.放上－q的試探點(diǎn)電荷時(shí)，試探點(diǎn)電荷在各點(diǎn)的電勢(shì)能大小關(guān)系為EpA＞EpB＞EpCD.放上－q的試探點(diǎn)電荷時(shí)，試探點(diǎn)電荷在各點(diǎn)的電勢(shì)能大小關(guān)系為EpA＜EpB＜EpCAD電勢(shì)能與重力勢(shì)能的對(duì)比:兩種勢(shì)能電勢(shì)能重力勢(shì)能定義電場(chǎng)中的電荷具有的勢(shì)能——電勢(shì)能重力場(chǎng)中的物體具有的勢(shì)能——重力勢(shì)能系統(tǒng)性電荷和電場(chǎng)物體和地球大小的相對(duì)性電荷在某點(diǎn)的電勢(shì)能等于把電荷從該點(diǎn)移到零勢(shì)能位置時(shí)電場(chǎng)力做的功物體在某點(diǎn)的重力勢(shì)能等于把物體從該點(diǎn)移到零勢(shì)能位置時(shí)重力做的功兩種勢(shì)能電勢(shì)能重力勢(shì)能變化大小的量度電場(chǎng)力做的功是電勢(shì)能變化大小的量度,電場(chǎng)力做的功等于電勢(shì)能的減少量重力做的功是重力勢(shì)能變化大小的量度,重力做的功等于重力勢(shì)能的減少量對(duì)應(yīng)力做功特點(diǎn)做功多少只與始末位置有關(guān),與經(jīng)過(guò)的路徑無(wú)關(guān),且功等于勢(shì)能的減少量如圖所示，兩塊平行金屬板間距離為4cm，電場(chǎng)強(qiáng)度為5×105N/C。一電子沿電場(chǎng)線從正極板運(yùn)動(dòng)到負(fù)極板時(shí)，靜電力做了多少功？它的電勢(shì)能怎樣變化？若規(guī)定負(fù)極板為零電勢(shì)能點(diǎn)，電子在正極板的電勢(shì)能多大？（電子電荷量的大小為1.60×10-19

C）解：已知E

=5×105N/C，q=1.60×10-19

C，d=0.04m。電子從正極板運(yùn)動(dòng)到負(fù)極板過(guò)程中，所受靜電力方向與位移方向相反，靜電力做的功

W=qEdcos180°=-1.60×10-19×5×105×0.04J=-3.2×10-15J所以，電子的電勢(shì)能增大了3.2×10-15J。若規(guī)定負(fù)極板為零電勢(shì)能點(diǎn)，電子在正極板具有的電勢(shì)能Ep=W=-3.2×10-15J負(fù)號(hào)表示電子在正極板的電勢(shì)能比在負(fù)極板的電勢(shì)能小。如圖是一勻強(qiáng)電場(chǎng),已知場(chǎng)強(qiáng)E=2×102N/C?，F(xiàn)讓一個(gè)電荷量q=4×10-8C的負(fù)電荷沿電場(chǎng)方向從M點(diǎn)移到N點(diǎn),MN間的距離s=30cm。(1)試求:電荷從M點(diǎn)移到N點(diǎn)電勢(shì)能的變化。(2)若此電荷從N點(diǎn)移到P點(diǎn)(P點(diǎn)在圖中沒(méi)有畫(huà)出)電勢(shì)能減少4.8×10-6J,試求電場(chǎng)力對(duì)電荷做的功。【解析】(1)由題圖可知,負(fù)電荷在該電場(chǎng)中所受電場(chǎng)力F方向向左。因此,從M點(diǎn)移到N點(diǎn),電荷克服電場(chǎng)力做功,電勢(shì)能增加,增加的電勢(shì)能ΔEp等于電荷克服電場(chǎng)力做的功W。電荷克服電場(chǎng)力做功為W=qEs=4×10-8×2×102×0.3J=2.4×10-6J。即電荷從M點(diǎn)移到N點(diǎn)電勢(shì)能增加了2.4×10-6J。(2)電勢(shì)能的減少量等于電場(chǎng)力對(duì)電荷做的功,即W′=-ΔEp′=4.8×10-6J。