靜電力做功與電勢能高一下學期物理魯科版（2019）必修第三冊

第1節(jié)靜電力做功與電勢能第二章

電勢能與電勢差學習目標1.通過計算在勻強電場中移動電荷靜電力所做的功，認識靜電力做功與路徑無關(guān)的特點。2.了解電荷在電場中的電勢能，知道靜電力做功與電勢能變化的關(guān)系，并能進行相關(guān)計算。3.掌握判斷電勢能大小的方法。我們知道，在攀巖運動中，若攀巖者上升，則重力做負功；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)，與攀巖路徑無關(guān)。那么，電荷在靜電力作用下運動，若靜電力對電荷做功，與重力做功有無相似之處？靜電力做功的特點在電場強度為E

的勻強電場中，若將一個帶正電的試探電荷q

沿電場方向從A

點移動到B

點，移動距離為d，試探電荷受到的靜電力F=qE，求靜電力F

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

+x3

+x4…=?由以上的推導我們發(fā)現(xiàn)了什么?W1

=qE·x1W2=qE·x2W3=qE·x3|AB|W4=qE·x4沿曲線在勻強電場中移動電荷時，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)過的路徑無關(guān)。此結(jié)論對于非勻強電場也適用(1)電荷從電場中的A點運動到了B點，路徑不同，靜電力做功的大小就可能不同。(

)(2)電荷從電場中的某點開始出發(fā)，運動一段時間后，又回到了該點，則靜電力做功為零。(

)(3)正電荷沿著電場線方向運動，靜電力對正電荷做正功；負電荷沿著電場線的反方向運動，靜電力對負電荷做正功。(

)(4)電荷在電場中運動，靜電力做功只與位置有關(guān)，與電荷正、負無關(guān)。(

)×√√×mgqE重力做功對應著重力勢能的變化，那么，靜電力做功又對應著哪種形式的能量變化呢？電勢能Ep1.概念：電荷在電場中具有的勢能，這種勢能稱為電勢能。用Ep表示。2.大小：電荷在電場中某點的電勢能，等于電荷從該點移動到零電勢能點靜電力所做的功。3.電勢能與靜電力做功的關(guān)系：靜電力做的功等于電勢能的減小量，即WAB＝EpA－EpB。4.電勢能的相對性：選擇不同的零電勢能點，電荷在電場中同一點的電勢能的值是不同(填“相同”或“不同”)的。5.電勢能為標量，正負值表示電勢能的大小。(1)分析正電荷只在靜電力作用下從A→B運動和從B→A運動時靜電力做功情況、動能和電勢能的變化.從A→B靜電力做正功，動能增加，電勢能減少從B→A靜電力做負功，動能減少，電勢能增加ABqEWAB＝EpA－EpB＝EpA-0EpA＝WABABqE(2)如果規(guī)定B點為零勢能位置，若電荷從A移動至B靜電力對電荷做功為WAB，則電荷在A點電勢能是多少？在實際應用中，通常將電荷在大地表面的電勢能規(guī)定為零，或者將電荷在離場源電荷無窮遠處的電勢能規(guī)定為零。取無窮遠處為零電勢能點，A、B兩點的電荷qA、qB

的電勢能分別等于將qA、qB由A、B兩點沿任意路徑移到無窮遠處靜電力做的功，即EpA

=WA∞，EpB=WB∞。1.做功判斷法：無論正、負電荷，靜電力做正功，電荷的電勢能減?。混o電力做負功，電荷的電勢能增大。2.能量守恒判斷法：只有靜電力做功時，電荷只有動能和電勢能相互轉(zhuǎn)化，總能量不變。因此，可由動能的變化確定電勢能的變化。即只有靜電力做功時，動能減少多少，電勢能就增加多少；反之，動能增加多少，電勢能就減少多少。3.電場線法：(1)正電荷順著電場線的方向移動時電勢能逐漸減小，逆著電場線的方向移動時電勢能逐漸增大；(2)負電荷順著電場線的方向移動時電勢能逐漸增大，逆著電場線的方向移動時電勢能逐漸減小。電勢能大小的判斷(多選)如圖所示，在正點電荷產(chǎn)生的電場中的一條電場線上依次有A、B、C三點，分別把帶電荷量為＋q和－q的試探點電荷依次放在這三個點上，關(guān)于它們所具有的電勢能，下列說法中正確的是（）A.放上＋q的試探點電荷時，試探點電荷在各點的電勢能大小關(guān)系為EpA＞EpB＞EpCB.放上＋q的試探點電荷時，試探點電荷在各點的電勢能大小關(guān)系為EpA＜EpB＜EpCC.放上－q的試探點電荷時，試探點電荷在各點的電勢能大小關(guān)系為EpA＞EpB＞EpCD.放上－q的試探點電荷時，試探點電荷在各點的電勢能大小關(guān)系為EpA＜EpB＜EpCAD電勢能與重力勢能的對比:兩種勢能電勢能重力勢能定義電場中的電荷具有的勢能——電勢能重力場中的物體具有的勢能——重力勢能系統(tǒng)性電荷和電場物體和地球大小的相對性電荷在某點的電勢能等于把電荷從該點移到零勢能位置時電場力做的功物體在某點的重力勢能等于把物體從該點移到零勢能位置時重力做的功兩種勢能電勢能重力勢能變化大小的量度電場力做的功是電勢能變化大小的量度,電場力做的功等于電勢能的減少量重力做的功是重力勢能變化大小的量度,重力做的功等于重力勢能的減少量對應力做功特點做功多少只與始末位置有關(guān),與經(jīng)過的路徑無關(guān),且功等于勢能的減少量如圖所示，兩塊平行金屬板間距離為4cm，電場強度為5×105N/C。一電子沿電場線從正極板運動到負極板時，靜電力做了多少功？它的電勢能怎樣變化？若規(guī)定負極板為零電勢能點，電子在正極板的電勢能多大？（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。電子從正極板運動到負極板過程中，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，電子的電勢能增大了3.2×10-15J。若規(guī)定負極板為零電勢能點，電子在正極板具有的電勢能Ep=W=-3.2×10-15J負號表示電子在正極板的電勢能比在負極板的電勢能小。如圖是一勻強電場,已知場強E=2×102N/C?，F(xiàn)讓一個電荷量q=4×10-8C的負電荷沿電場方向從M點移到N點,MN間的距離s=30cm。(1)試求:電荷從M點移到N點電勢能的變化。(2)若此電荷從N點移到P點(P點在圖中沒有畫出)電勢能減少4.8×10-6J,試求電場力對電荷做的功。【解析】(1)由題圖可知,負電荷在該電場中所受電場力F方向向左。因此,從M點移到N點,電荷克服電場力做功,電勢能增加,增加的電勢能ΔEp等于電荷克服電場力做的功W。電荷克服電場力做功為W=qEs=4×10-8×2×102×0.3J=2.4×10-6J。即電荷從M點移到N點電勢能增加了2.4×10-6J。(2)電勢能的減少量等于電場力對電荷做的功,即W′=-ΔEp′=4.8×10-6J。