2020春新教材高中物理第2章電勢能與電勢差第1節(jié)靜電力做功與電勢能教案魯科版必修第三冊

1、第2章電勢能與電勢差課標(biāo)要求1 .知道靜電場中的電荷具有電勢能。了解電勢能、電勢和電勢差的含義。 知道勻強電場中電勢差與電場強度的關(guān)系。能分析帶電粒子在電場中的運動情況，能解釋相關(guān)的物理現(xiàn)象。2 .觀察常見電容器， 了解電容器的電容， 觀察電容器的充、放電現(xiàn)象。能舉例說明電容器的應(yīng)用。課前學(xué)習(xí)第1節(jié) 靜電力做功與電勢能物理觀念科學(xué)思維科學(xué)探究1 .知道靜電力做功的特點。2 .知道靜電場中的電荷具有電勢 能。3 .理解電勢能的概念，認(rèn)識電勢 能的相對性。理解電場力做 功與電勢能的 關(guān)系。通過電勢能與重力勢能的對 比，能體會類比與創(chuàng)新在物理 學(xué)研究中的重要性，感悟物理 學(xué)的內(nèi)在之美。核心I ill

2、 芭可些"知F知識點一靜電力做功的特點觀圖助學(xué)兩輛完全相同的小汽車從山腳下的同一地點，沿不同的路徑到山頂，重力做功一樣嗎？1 .靜電力做功：在勻強電場中，靜電力做功W= qE-lcos e。其中e為靜電力方向與位移方向之間的夾角。2 .特點：在靜電場中移動電荷時， 靜電力做的功與電荷的起始位置和終止位置有關(guān),與電荷經(jīng)過的路徑無關(guān)。以上結(jié)論不僅適用于勻強電場，而且也適用于非勻強電場。思考判斷(1)電荷從電場中的 A點運動到B點，路徑不同，靜電力做功的大小就可能不同。(X)(2)正電荷沿著電場線運動，靜電力對正電荷做正功，負(fù)電荷逆著電場線運動，靜電力對負(fù)電荷做正功。（V）知識點二電勢能觀

3、圖助學(xué)甲乙在甲、乙兩圖中，小球均從A點移到B點，甲圖中小球的重力勢能怎樣變化？乙圖中小球電勢能怎樣變化？1 .概念：電荷在電場中具有的勢能。用 b表示。2 .大?。弘姾稍陔妶鲋心滁c的電勢能,等于電荷從該點移到零電勢能點靜電力所做的功。3 .電勢能與電場力做功的關(guān)系： 靜電力做的功等于電勢能的減少量，即Wb= &a EpB=- E日。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的（填“相同”或“不同”）。思考判斷（1）靜電力做功，電勢能一定變化。（V）（2）靜電力做正功，電荷的電勢能減少，靜電力做負(fù)功，電荷的電勢能增加。 （V）（3）正電荷和負(fù)電荷沿

4、著電場線運動，電勢能均減少。（x ）（4）某點的場強為零，電荷在該點的電勢能一定為零。（X）曲線W W+ W+ W+ -= qE（| AB| +|A18| +|AB| + ）= qEx | AM一、/注息：靜電力做功與運動狀態(tài)、路徑無關(guān)。相互作用的物體憑借其位置而具有的能量叫勢能。電勢能零點的規(guī)定：通常把電荷在離場源電荷無限遠(yuǎn)處或把電荷在大地表面上的電勢能規(guī)定為零。核心探究 i 1! 1111 II ! Ill III 要破獲心翌點 II Hi核心要點靜電力做功的特點觀察探究 如圖所示，一帶電荷量為 q的正電荷在勻強電場中從 A點運動到B點，已知直角邊 BC AC的長度分別為a、bo(1)若電

5、荷沿直線 AB運動，電場力做了多少功？是正功還是負(fù)功?(2)若電荷沿折線ACBi1動，電場力做了多少功？是正功還是負(fù)功?ADB1動，電場力(3)由以上兩種情況可以總結(jié)出電場力做功有何特點？試猜想電荷沿曲線做了多少功？ 是正功還是負(fù)功?答案qEa正功(2) qEa正功(3)電場力做功與路徑無關(guān)，只與始末位置有關(guān)，若電荷沿曲線ADB!動，電場力做的功 W= qEa 正功探究歸納(1)在勻強電場中，靜電力做的功為W= qEd,其中d為沿電場線方向的位移。(2)靜電力和瞬時速度方向的夾角為銳角時靜電力做正功，夾角為鈍角時做負(fù)功。注意 判斷靜電力方向時要注意正負(fù)電荷。試題案例例1如圖所示的勻強電場中，有

6、 a、b、c三點，dab =5 cm , dbc=12 cm,其中ab沿電場 方向，bc和電場方向成60角。一個電荷量為 q = 4xio 8 c的正電荷從a移到b時電場力 做的功為W= 1.2X107 J,求：(1)勻強電場的電場強度 E的大小;(2)電荷從a移到c,電場力做的功 W。解析 (1)從a至iJ b,正電荷受到的電場力Fi= qE電場力做的功W= Fidab=qEdb則E=Wqdab1.2 X 10 74X10 8X5X10 2V/m = 60 V/m(2)由于電場力做功與路徑無關(guān)，所以把電荷從 a移到c做的功 W= W+ WC,把電荷從b移 至|J c,電場力做的功 VbC =

7、 qE- dbc - cos 60 ° =4X 10 8X60X 12X 10 2x0.5 J =1.44 X 10 7 J ,故 W= W+ Wc=1.2 X10 7 J +1.44 X 10 7 J =2.64 X 10 7 J 。答案 (1)60 V/m (2)2.64 X 10 7 J針對訓(xùn)練1如圖所示，一本!絕緣桿長l,兩端分別帶有等量異種電荷，電荷量均為 Q桿處于紙面內(nèi)時，勻強電場的方向與桿的夾角”=60。若場弓雖為E,使桿繞桿中點 O沿順時針方向轉(zhuǎn)過60角，電場力一共做了多少功?解析 正電荷受到的電場力沿場強方向，負(fù)電荷受到的電場力沿場強反方向，因此桿順時針 轉(zhuǎn)動，電場

8、力對正、負(fù)電荷都做正功，所以電場力一共做功11W= 2QE- 2l (1 cos 60 )= 2QElo答案2qei核心要點電勢能要點D3納1 .電勢能的性質(zhì)(1)系統(tǒng)性：電勢能是由電場和電荷共同決定的，是屬于電荷和電場所共有的，我們習(xí)慣上 說成電荷的電勢能。(2)相對性：電勢能是相對的，其大小與選定的零電勢能點有關(guān)。確定電荷的電勢能，首先 應(yīng)確定零勢能點的位置。(3)標(biāo)量性：電勢能是標(biāo)量，有正負(fù)但沒有方向。電勢能為正值表示電勢能大于零電勢能點 的電勢能，電勢能為負(fù)值表示電勢能小于零電勢能點的電勢能。2 .靜電力做功與電勢能變化的關(guān)系VAB= E)a靜電力做正功，電勢能減少 靜電力做負(fù)功，電勢

9、能增加試題案例例2將帶電荷量為6X106C的負(fù)電荷從電場中的 A點移到B點，克服靜電力做了 3X105 J的功，再從B移到C,靜電力做了 1.2X10-5 J的功，則：(1)電荷從A移到B,再從B移到C的過程中電勢能改變了多少？(2)如果規(guī)定A點的電勢能為零，則該電荷在B點和C點的電勢能分別為多少？(3)如果規(guī)定B點的電勢能為零，則該電荷在A點和C點的電勢能分別為多少？解析 (1) WC= WB+Wc= (3X 10 5+ 1.2 X 10 5) J = 1.8X10 5 J?？梢婋妱菽茉黾恿?.8 x 10-5 J。(2)如果規(guī)定A點的電勢能為零，由公式WB= Ea Sb得該電荷在 B點的電

10、勢能為 ®B= EaWB= 0-Wb= 3X10 5 J。同理，C點的電勢能為良=Ba- W= 0 W= 1.8 x 10 5 J o(3)如果規(guī)定B點的電勢能為零，則該電荷在A點的電勢能為5E>A = E>B + Wb= 0+ Wb= - 3X10 J OC點的電勢能為 &C' = &b' Wh 0Wh-1.2 X10 5 J o答案 (1)增加了 1.8X10 5J (2)3 X10 5 J 1.8X10 5J(3) -3X 10 5 J 1.2 X 10 5 J方法凝煉電勢能大小的判斷方法判斷角度判斷方法依據(jù)靜電力做功無論正、負(fù)電荷，

11、靜電力做正功，電勢能就減??；靜電力做負(fù)功，電 勢能就增大依據(jù)電場線方向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。負(fù)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，電勢能逐漸減小針對訓(xùn)練2如圖所示，A、R C為電場中同一電場線上的三點。設(shè)電荷在電場中只受電場力作用，則下列說法正確的是 ()A C ftA.若在C點無初速度地釋放正電荷，則正電荷向B運動，電勢能減少B.若在C點無初速度地釋放正電荷，則正電荷向A運動，電勢能增加C.若在C點無初速度地釋放負(fù)電荷，則負(fù)電荷向A運動，電勢能增加D.若在C點無初速度地釋放負(fù)電荷，則負(fù)電荷向B

12、運動，電勢能減少解析 若在C點無初速度地釋放正電荷，正電荷所受電場力向右， 則正電荷向B運動，電場力做正功，電勢能減少；若在C點無初速度地釋放負(fù)電荷，負(fù)電荷所受電場力向左，則負(fù)電荷向A運動，電場力做正功，電勢能減少。答案 A針對訓(xùn)練3（多選）如圖所示，在點電荷電場中的一條電場線上依次有A B C三點，分別把電荷量為+ q和一q的點電荷依次放在這三點上，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時，它們的電勢能 EpA>E）B>E）cB.放上+ q時，它們的電勢能 Ea<Epb<EpcC.放上一q時，它們的電勢能 EpA>E3B>E3CD.

13、放上一q時，它們的電勢能 Epa<E3b<Eoc解析 對正電荷從 A經(jīng)B移到C,電場力做正功，電勢能減少，故EpA>EpB>&c,對負(fù)電荷從 A經(jīng)B至C,電場力做負(fù)功，電勢能增加，故EpA<EpB<EpCo答案 AD學(xué)習(xí) i平價 1111!應(yīng)憒源堂燈聚 | 一，“ ： | | I1 .（靜電力做功的特點）（多選）下列說法正確的是（）A.電荷從電場中的 A點運動到B點，路徑不同，靜電力做功的大小就可能不同B.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C.正電荷沿著電場線運動，靜電力對正電荷做正功，負(fù)電荷逆著電場線運動，

14、靜電力對負(fù)電荷做正功D.電荷在電場中運動，因為靜電力可能對電荷做功，所以能量守恒定律在電場中并不成立解析 靜電力做功和電荷運動路徑無關(guān)，故A錯誤；靜電力做功只和電荷的初、末位置有關(guān)，所以電荷從某點出發(fā)又回到了該點，靜電力做功為零，故B正確；正電荷沿電場線的方向運動，則正電荷受到的靜電力方向和電荷的運動方向相同，故靜電力對正電荷做正功，同理，負(fù)電荷逆著電場線的方向運動，靜電力對負(fù)電荷做正功，故C正確；電荷在電場中運動雖然有靜電力做功，但是電荷的電勢能和其他形式的能之間的轉(zhuǎn)化滿足能量守恒定律，故D錯誤。答案 BC2 .（對電勢能的理解）（多選）一電子飛經(jīng)電場中 A B兩點，電子在A點的電勢能為4.

15、8 X 1017 J ,動能為3.2 X 10 17 J ,由A點到B點靜電力做功為1.6X10T7 J ,如果電子只受靜電力作用，則（）A.電子在B點的動能為4.8 X10 17 JB.電子在B點的動能為1.6X10-7 J17C.電子在B點的電勢能為3.2X10 JD.電子在B點的電勢能為 6.4 X 10 17 J解析 電子由A點到B點靜電力做功為1.6X10T7 J ,即電子從 A點到B點電勢能減少 1.6 X10 17 J ,則在B點的電勢能為3.2 X 10 17 J ,電子只受靜電力，則電子的電勢能和 動能之和不變，在 A點有E= Ek+Ep=3.2 X10 17 J +4.8

16、X10 17 J =8X10 17 J ，在 B 點的動能 Ek' = E E,' =8X10 17 J -3.2X10 17 J =4.8 X10 17 J，故A、C正確，日 D錯誤。答案 AC 3.（靜電力做功與電勢能的關(guān)系 ）（多選）如圖所示，實線表示電場線，虛線表示帶電粒子在電場中運動的軌跡。若帶電粒子僅受電場力作用，運動方向由M® N,以下說法正確的是（）A.粒子帶負(fù)電C.粒子的電勢能增加B.粒子帶正電D.粒子的電勢能減少解析 根據(jù)運動軌跡與受力關(guān)系，帶電粒子受到的電場力與電場方向一致，故粒子帶正電,A錯誤，B正確；粒子運動過程中，電場力方向與速度方向的夾角

17、小于 正功，粒子的電勢能減少，C錯誤，D正確。90。，所以電場力做答案 BDI學(xué)習(xí)小結(jié)I靜電力做功特點定義山外葩卜 黑點的業(yè)外能 一g,W.抨Elt/J假功可電解能的英系四、,-3目學(xué)業(yè)質(zhì)量達(dá)標(biāo)素養(yǎng)提升基礎(chǔ)過關(guān)1.（多選）光滑絕緣水平面上有兩個帶等量異種電荷的小球 A、B,小球A通過絕緣輕彈簧與 豎直墻相連，如圖所示。讓小球B在外力F作用下緩慢向右移動，移動中兩小球的電荷量不 變，則下列對兩小球和彈簧組成的系統(tǒng)的分析正確的是 （ ）A.外力F對系統(tǒng)做正功，彈性勢能增大B.外力F對系統(tǒng)做正功，彈性勢能減小C.靜電力做正功，電勢能減小D.靜電力做負(fù)功，電勢能增大解析在小球B向右移動的過程中，外力對

18、系統(tǒng)做正功，兩球間距離增大，它們之間的靜電 力減小，因此彈簧的伸長量減小， 彈性勢能減小，故A錯誤，B正確；由于兩球間距離增大，靜電力做負(fù)功，系統(tǒng)的電勢能增大，故 C錯誤，D正確。答案 BD2.一個電荷只在電場力作用下從電場中的A點移到B點的過程中，電場力做了5X10 6J的正功，那么（）A.電荷的電勢能減少了 5X 10 6 JB.電荷的動能減少了 5X 10 6 JC.電荷在B處時具有5X10-6 J的電勢能D.電荷在B處時具有5X10 6 J的動能解析 據(jù)電場力做功的多少，只能判斷&和以的變化量，不能確定 b和E的大小，故C D錯誤；電場力做正功，電勢能減少，動能增加，故 A正確

19、，B錯誤。答案 A3 .如圖所示，一帶負(fù)電粒子以某速度進入水平向右的勻強電場中，在電場力作用下形成圖中所示的運動軌跡。M和N是軌跡上的兩點，其中 M點在軌跡的最右點。不計重力，下列表述 正確的是（）A.粒子在M點的速率最大B.粒子所受電場力沿電場方向C.粒子在電場中的加速度不變D.粒子在電場中的電勢能始終在增加解析 粒子帶負(fù)電，所受電場力沿電場反方向，在接近M點的過程中電場力做負(fù)功，離開 M點的過程中電場力做正功，所以在M點粒子的速率應(yīng)該最小，A、B錯誤；粒子在勻強電場中運動，所受電場力不變，加速度不變，C正確；因為動能先減小后增加，所以電勢能先增加后減小，D錯誤。答案 C4 .（多選）在真空

20、中A B兩點分別放置等量異種電荷， 在電場中通過 A、B兩點的豎直平面內(nèi) 對稱位置取一個正方形路徑 abcd,如圖所示，現(xiàn)將一電子沿 abcd移動一周，則下列判斷中正確的是（）6A.由a- b電場力做正功，電子的電勢能減小B.由b-c電場對電子先做負(fù)功，后做正功，總功為零C.由c- d電子的電勢能一直增加D.由d-a電子的電勢能先減小后增加，電勢能變化量為零解析 由a-b電場力做負(fù)功，A項錯誤；由b-c電場力先做負(fù)功，后做正功，但總功為零, B項正確；由c一d,電場力一直做正功，電勢能一直減少， C項錯誤；由d一a,電場力先做 正功，后做負(fù)功，總功為零，則電勢能的變化為零，D項正確。答案 BD

21、5 .（多選）帶電粒子以速度 vo沿豎直方向垂直進入勻強電場E中，如圖所示，經(jīng)過一段時間后，其速度變?yōu)樗椒较颍笮∪詾閂o,則一定有（）A.電場力大于重力B.電場力所做的功大于重力所做的功C.粒子運動的水平位移大小等于豎直位移大小D.電勢能的減少量一定等于重力勢能的增加量Vo ,.,解析 設(shè)粒子運動的水平位移、豎直位移大小分別為L、L，由s = ,t知L= L，C正確;由動能定理得qEL mgL =0,故mg= Eq, A B錯誤；又重力勢能的增加量為mgL ,電勢能的減少量為 EqL,故D正確。答案 CD6 .一帶電小球在從電場中的a點運動到b點的過程中，重力做功 W= 3 J ,克服空氣

22、阻力做功W= 0.5 J,小球的動能增加量 AEk= 1 Jo求在此過程中帶電小球的電勢能變化了多少？ 解析 根據(jù)動能定理可得 Wfe+VGf-W= A Ek所以 Wfe=AE W+ W= 1 J -3 J +0.5 J =-1.5 J即電場力對小球做了 1.5 J的負(fù)功，所以帶電小球的電勢能增加了1.5 J。答案增加了 1.5 J能力提升7 .（多選）在電場強度大小為 E的勻強電場中，一質(zhì)量為m帶電荷量為+ q的物體從A點開0.8 qE始以某一初速度沿電場反方向做勻減速直線運動，其加速度的大小為m-,物體運動距離i到b時速度變?yōu)榱?。下列說法正確的是（）A.物體克服電場力做功 qEl8 .物體

23、的電勢能減少了 qElC.物體的電勢能增加了 qElD.若選A點的電勢能為零，則物體在B點的電勢能為qEl解析 物體所受電場力方向與運動方向相反，所以電場力做負(fù)功，即克服電場力做功W=qEl,選項A正確；由于電場力做負(fù)功，電勢能增加，電場力做了多少負(fù)功，電勢能就增加多少，所以電勢能增加了qEl,選項B錯誤，選項C正確；由 WB=彳4可知，當(dāng)選 A點的電勢能為零時，巳=Wb= qEl,選項D正確。答案 ACD8.地球表面附近某區(qū)域存在大小為150 N/C、方向豎直向下的電場。 一質(zhì)量為1.00X10-4kg、帶電荷量為1.00 X 10 7 C的小球從靜止釋放，在電場區(qū)域內(nèi)下落10.0 m。對此

24、過程，該小球的電勢能和動能的改變量分別為（重力加速度大小取 9.80 m/s 2,忽略空氣阻力）（）A. 1.50 X 10 4 J 和 9.95 X 10 3 JB.1.50 X 10 4J 和 9.95 X 10 3JC. 1.50 X 10 4 J 和 9.65 X 10 3 JD.1.50 X 10 4 J 和 9.65 X 10 3J解析 對帶電小球進行受力分析，考慮到忽略空氣的阻力，小球受到向下的重力和向上的電場力，下落10.0 m時，小球克服電場力做功， 小球的電勢能增大，AEp=Eqh= 150X 1.00 X 10 7X10.0 J =1.50 X10 4J ；根據(jù)動能定理可知小球下落10.0 m時的動能的改變量為A&=W W= mgh- Eqh= 1.00 x 10 4x 9.8 x 10.0 J 1.50 X 10 4 J =9