高二物理电场力做功与电势能 知识精讲 鲁教版

高二物理电场力做功与电势能 知识精讲 鲁教版 高二物理电场力做功与电势能 知识精讲 鲁教版 一. 本周教学: 电场力做功与电势能 (一) 1. 电场力做功的特点 在电场中移动电荷时，电场力做的功与路径无关，只与始末位置有关。 在匀强电场中，电场力做的功为W,qEd，其中d为沿电场线方向的位移。 2. 电势能 (1)概念:电荷在电场中某点的电势能等于把电荷从这点移到选定的参考点电场力所做的功。 (2)电势能是相对的，电势能的大小与所选的零电势能点有关。 (3)电场力做功与电荷电势能变化的关系:电场力做正功时，电荷的电势能减少;电场力做负功时，电荷的电势能增加。电场力对电荷做的功量度了电荷电势能的减少量，所以电场力的功是电荷电势能改变的量度。 (二)方法点拨 1. 电势能的大小、正负的判定方法 (1)做功判断法 无论正、负电荷，电场力做正功，电荷将从电势能较大的地方移向电势能较小的地方。反之，如果电荷克服电场力做功，那么电荷将从电势能较小的地方移向电势能较大的地方。 (2)电场线法 正电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐减小，逆着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大。 负电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大;逆着电场线的方向移动时，电势能逐渐减小。 2. 对电势能的进一步了解 (1)电势能由电场和电荷共同决定，属于电场和电荷系统所共有的，我们常习惯说成电场中的电荷所具有的。 (2)电势能是一个相对量，其数值与零电势能的选择有关，因此确定电荷的电势能首先确定参考点，也就是零电势能位置。 当场源电荷为有限的大小时，在无穷远处，电场实际上已经减小为零，通常规定无穷远处的场强为零，电荷的电势能为零，由于地球是一个大导体，大地又可以看作与无穷远处相连接，因此，通常认为接地的带电体的电势能为零，当然也可规定某个特定的地方为零势能点，这要根据解题的方便而定。 (3)电势能是标量，有正负，但无方向。电势能的正负仅表示大小，正值表示高于零电势能，负值表示低于零电势能。 (三)疑难辨析 1. 电场力做功与电势能变化的关系 (1)电场力做功与电势能的变化相联系。 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。 (2)电场力做功的值等于电势能的变化量的值。 用心 爱心 专心 电场力做正功W，电势能一定减少W;电场力做负功W，电势能一定增加W。 2. 易错易混点 (1)在电场中的同一点，正、负电荷所具有的电势能正、负号正好相反。 (2)电荷在移动过程中电场力做功为零，那么电荷的电势能一定没有变化。 【典型例题】 例1. (2002?上海)如图所示，在场强为E的匀强电场中有相距为l的A、B两点，连线AB与电场线的夹角为θ，将一电荷量为q的正电荷从A点移到B点。若沿直线AB移动该电荷，电场力做的功W,__________;若沿路径ACB移动该电荷，电场力做的功W,12__________;若沿曲线ADB移动该电荷，电场力做的功W,__________。由此可知，电荷3 在电场中移动时，电场力做功的特点是__________。 WFs,cos, 解析:由功的定义式可得，电场力所做的功等于电场力与电荷在电场力方 scos,向的分位移的乘积。由图可以看出无论电荷沿哪个路径移动，电场力的方向总是水平 lcos,向左的，电场力方向的分位移都是，所以电场力做的功都是，即电场力做功qElcos,的特点是与路径无关，只与初末位置有关。 :;;;与路径无关，只与初末位置有关。 qElcos,qElcos,qElcos, 5例2. 在场强为4×10V/m的匀强电场中，一质子从A点移动到B点，如图所示。已知AB间的距离为20cm，AB连线与电场线方向成30?夹角，求电场力做的功以及质子电势能的变化。 解析:质子从A到B电场力做正功，所做的功与质子所经过的路径无关，可由功的公WFs,cos,式求解。 电场力对质子做的功为: 3,,19514WqEdJJ,,，，，，，,，cos...,16104100211110 2 ,1411110.，J 质子的电势能减少了 ,14,1411110.，J11110.，J 答案:;减少了 例3. (2005?上海)在场强大小为E的匀强电场中，一质量为m，带电荷量为+q的物体以某一初速度沿电场反方向做匀减速直线运动，其加速度大小为0.8qE/m，物体运动s距离时速度变为零，则( ) A. 物体克服电场力做功qEs B. 物体的电势能减少了0.8qEs C. 物体的电势能增加了qEs 用心 爱心 专心 D. 物体的动能减少了0.8qEs 08.qE 解析:由加速度大小可知，带电体除受电场力作用外，还受其他力的作用，a,m 由功能关系可知，物体克服电场做功为。由功能关系可知，动能的减少WEqEs,,,,电电 量为。 ||.,EFsmasqEs,,,,08k合 答案:ACD 例4. 图中实线是一簇未标明方向的由点电荷产生的电场线，虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹，a、b是轨迹上的两点，若带电粒子在运动中只受电场力作用，根据此图可做出正确判断的是( ) A. 带电粒子所带电荷的符号 B. 带电粒子在a、b两点的受力方向 C. 带电粒子在a、b两点的速度何处较大 D. 带电粒子在a、b两点的电势能何处较大 解析:由运动轨迹可以判断出，带电粒子在运动过程中受到静电引力作用，在a、b两点的受力方向分别沿过该点的电场线指向产生电场的源电荷，故B正确。带电粒子在由a运动到b的过程中，由于只受电场力的作用，且电场力对粒子做负功，则带电粒子在b处速度较小，故C正确。由于电场力在粒子由a运动到b的过程中对粒子做负功，则粒子在b处电势能较大，故D正确。在不知电场线方向的前提下，无法判断带电粒子所带电荷的符号，故A不正确。 答案:BCD (五)反馈测试 自主迁移1:某电场中有a、b两点，如果将一个正电荷从a沿直线移到b，电场力做了W的正功，那么以下说法正确的是( ) A. 将该电荷从a沿某曲线移动到b，电场力做的功必大于W B. 将该电荷从b移到a，电场力将做等大的负功 C. 电场线的方向一定是由a到b的直线 D. 电场线的方向一定是由b到a的直线 自主迁移2:两带电小球，电荷量分别为+q和-q，固定在一长度为l的绝缘杆两端，置于电场强度为E的匀强电场中，杆与场强方向平行，其位置如图所示，若此杆绕过O点垂直于杆的轴转过180?，则在此过程中电场力做功为( ) 用心 爱心 专心 A. 0 B. qEl C. 2qEl D. ,qEl ,8 自主迁移3:a、b为电场中的两个点，如果把的负电荷从a点移到b点，qC,,，210 ,7电场力对该电荷做了的正功，则该电荷的电势能( ) 410，J ,7,6 A. 增加了 B. 增加了 410，J210，J ,7,15 C. 减少了 D. 减少了 410，J810，J 自主迁移4:(2003?上海高考题)一负电荷仅受电场力的作用，从电场中的A点运动到B点，在此过程中该电荷做初速度为零的匀加速直线运动，则A、B两点电场强度E、EAB及该电荷在A、B两点的电势能、之间的关系为( ) ,,AB A. B. C. D. EE,EE,,,,,,,ABABABAB 自主迁移5:(2005?天津理综)一带电油滴在匀强电场E中的运动轨迹如图中的虚线所示，电场方向竖直向下。若不计空气阻力，则此带电油滴从a运动到b的过程中，能量变化情况为( ) A. 动能减小 B. 电势能增加 C. 动能和电势能之和减小 D. 重力势能和电势能之和增加 答案:1. B 2. C 3. C 4. AD 5. C 【模拟试题】 1. 电场中有A、B两点，把某点电荷从A点移到B点的过程中，电场力对该电荷做了负功，则下列说法正确的是( ) A. 该电荷是正电荷，且电势能减少 B. 该电荷是正电荷，且电势能增加 C. 该电荷是负电荷，且电势能增加 D. 电荷的电势能增加，但不能判断是正电荷还是负电荷 2. 电场中有A、B两点，把电荷从A点移到B点的过程中，电场力对电荷做正功，则( ) A. 电荷的电势能减少 B. 电荷的电势能增加 C. A点的场强比B点大 D. A点的场强比B点小 3. 关于电场中电荷电势能的大小，下列说法正确的是( ) A. 在电场强度越大的地方，电荷的电势能也越大 B. 正电荷沿电场线方向移动，电势能一定增大 C. 负电荷沿电场线方向移动，电势能一定增大 用心 爱心 专心 D. 电荷沿电场线方向移动，电势能一定减小 4. 如图所示，在等量正点电荷形成的电场中，它们连线的中垂线ab上，有一电子，从静止开始由a运动到b的过程中(a、b相对O点对称)，下列说法正确的是( ) A. 电子的电势能始终增加 B. 电子的电势能始终减小 C. 电子的电势能先减少后增加 D. 电子的电势能先增加后减少 5. 如图所示，实线表示电场线，一个负电荷q由a点飞入图示的电场后，沿abc运动，并 ,5从c点飞出电场。已知q由a运动到b动能减少了，由b运动到c动能增加了310，J ,5，忽略重力，则从a到c电荷的电势能改变了________J。 4510.，J 6. 带电物体克服电场力做功时( ) A. 电荷的动能一定增大 B. 电荷的动能一定减小 C. 电荷一定从电势能大处移到电势能小处 D. 电荷可能从电势能小处移到电势能大处 7. 如图所示，空间有一水平匀强电场，在竖直平面内有初速度为v的带电微粒，沿图中0 虚线由A运动到B，其能量变化情况是( ) A. 动能减少，重力势能增加，电势能减少 B. 动能减少，重力势能增加，电势能增加 C. 动能不变，重力势能增加，电势能减少 D. 动能增加，重力势能增加，电势能减少 8. (2004?全国理综)如图所示，一绝缘细杆的两端各固定着一个小球，两个小球带有等量异号的电荷，处于匀强电场中，电场方向如图中箭头所示。开始时，细杆与电场方向垂直，即在图中I所示的位置，接着使细杆绕其中心转过90?，到达图中II所示的位置，最后，使细杆移到图中III所示的位置。以W表示细杆由位置I到位置II过程中电场力对两小1 球所做的功，W表示细杆由位置II到位置III过程中电场力对两小球所做的功，则( ) 2 用心 爱心 专心 A. W,0，W?0 B. W,0，W,0 1212 C. W?0，W,0 D. W?0，W?0 121249. 如图所示，在场强E,10N/C的水平匀强电场中，有一根长l,15cm的细线，一端固 ,6定在O点，另一端系一个质量m,3g，带电荷量的小球，当细线处于水平位qC,，210 置时，小球从静止开始释放，则小球到达最低点B时的速度是多大, 用心 爱心 专心 [参考答案] 1. D 2. A 3. C 4. C -55. -1.5x10J 6. D 7. B 8. C 9. 1m/s 【励志故事】 手指与智力 不少人注意到，世界上获得诺贝尔奖的科学家，大多会弹钢琴，所以，一些父母在孩子的早期教育中，都会加进练琴这一内容。美国一位人才专家研究诺贝尔奖获得者的平均年龄时发现，理化两科获奖者的平均年龄大大低于其他领域的获奖者。 原因可能是多方面的，但其中有一点就是理化两科动手多、思维操作频繁，从而促进智力的发展。 越来越多的学者认为，世界上的女性智力之所以高于男性，与女性手工劳作较多，尤其与厨房有关。因此美国一位专家指出，如果想培养视野开阔、头脑聪明的孩子，必须使他锻炼手指。手指多活动，刺激脑髓中的手指活动中心，就能促使其智力提高。 英国一学者指出，人的手不相同，其思维方式也不同，如手指强健发达、手形方正的人，思维精确而持久;手指骨节突出，拇指、手掌都很大的人擅长逻辑思维;手指柔和纤细的人，则以形象思维见长。 用心 爱心 专心