高中物理第一章静电场第4节电势能和电势教学案人教版1

第4节电势能和电势

1.静电力做功与路径无关,只与电荷的初、末位置有关;静电力做的功等于电势能的减少量。

2.电荷在某点的电势能,等于把它从该点移到零势能位置时静电力所做的功。

3.沿电场线方向,电势逐渐降低。

4.电场线跟等势面垂直,并且由电势高的等势面指向电势低的等势面。

5.无论粒子电性如何,当粒子垂直进入匀强电场后,电场力一定做正功。

一、静电力做功的特点

在静电场中移动电荷时,静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关,与电荷经过的路径无关。

二、电势能 1.概念

电荷在静电场中具有的势能。用Ep表示。 2.静电力做功与电势能变化的关系

静电力做的功等于电势能的减少量,WAB=EpA-EpB。 错误!

3.电势能的大小

电荷在某点的电势能,等于把它从这点移动到零势能位置时静电力做的功。

4.零势能位置

电场中规定的电势能为零的位置,通常把离场源电荷无穷远处或大地处的电势能规定为零。

三、电势

1.定义:电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值。

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2.公式:φ=。

3.单位:国际单位制中,电势的单位是伏特,符号是V,1 V=1 J/C。 4.特点

(1)相对性:电场中各点电势的高低,与所选取的零电势的位置有关,一般情况下取无穷远或地球为零电势位置。

(2)标矢性:电势是标量,只有大小,没有方向,但有正负。 5.与电场线关系:沿电场线方向电势逐渐降低。 四、等势面 1.定义

电场中电势大小相同的各点构成的面叫做等势面。 2.等势面与电场线的关系 (1)电场线跟等势面垂直。

(2)电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面。

Epq

1.自主思考——判一判

(1)只要电荷在电场中移动,电场力一定做功。(×)

(2)电场力做功与重力做功类似,与初末位置有关,与路径无关。(√) (3)电势有正、负,是矢量。(×)

(4)在匀强电场中沿电场线方向,电势降低最快。(√) (5)等势面上,不仅各点电势相同,电场强度也一定相同。(×)

(6)电势能是相对的,规定不同的零势能点,电荷在电场中某点的电势能不同。(√) 2.合作探究——议一议

(1)一电荷在某电场中运动了一周又回到出发点,电场力对该电荷做功吗?

提示:不做功。由功的定义式可知,电荷运动一周位移为0,故电场力一定不做功。 (2)电势能与重力势能类似,也有正负,其正负有何意义?

提示:电势能为正值时,表明电荷在该处电势能大于零;当电势能为负值时,表明电荷在该处电势能比零小。

(3)为何说当电荷沿等势面移动时,电场力不做功?

提示:由于电场线与等势面垂直,即电荷所受的电场力与等势面垂直,即当电荷沿等势面移动时,电场力方向始终与速度方向垂直,电场力不做功。

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对电场力做功的理解

1.匀强电场中电场力做功的计算

W=qELcos θ,其中θ为电场力与位移间夹角。

2.电场力做功的正负判断

(1)根据电场力和位移方向的夹角判断:夹角为锐角,电场力做正功;夹角为钝角,电场力做负功;电场力和位移方向垂直时不做功。此法常用于匀强电场中恒定电场力做功情况的判断。

(2)根据电场力和瞬时速度方向的夹角判断:夹角为锐角时,电场力做正功;夹角为钝角时,电场力做负功;电场力和瞬时速度方向垂直时不做功。此法常用于判断曲线运动中变化电场力的做功情况。

(3)根据电势能的变化情况判断:若电势能增加,则电场力做负功;若电势能减小,则电场力做正功。

(4)若物体只受电场力作用,可根据动能的变化情况判断:若物体的动能增加,则电场力做正功;若物体的动能减少,则电场力做负功。

1.如图1-4-1所示,在匀强电场中有A、B两点,将一电荷量为q的正电荷从A点移到

B点,第一次沿直线AB移动该电荷,电场力做功为W1;第二次沿路径ACB移动该电荷,电

场力做功为W2;第三次沿曲线AB移动该电荷,电场力做功为W3,则( )

图1-4-1

A.W1>W2 C.W1=W3

B.W3<W2 D.W1<W3

解析:选C 电场力做功只与开始和结束位置有关,与路径无关。因此选项C正确。 2.(多选)下列说法正确的是( )

A.电荷从电场中的A点运动到B点,每次经过的路径不同,电场力做的功可能不同 B.电荷从电场中的某点开始出发,运动一段路径后,又回到了该点,则电场力做功为零

C.正电荷沿着电场线运动,电场力对正电荷做正功,负电荷逆着电场线运动,电场力对负电荷做正功

D.电荷在电场中运动,因为有电场力对电荷做功,所以能量守恒定律在电场中不成立

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解析:选BC 电场力做的功和电荷的运动路径无关,所以选项A错误;电场力做功只和电荷的初末位置有关,所以电荷从某点出发又回到了该点,电场力做功为零,选项B正确;正电荷沿电场线的方向运动,则正电荷受到的电场力和电荷的位移方向相同,故电场力对正电荷做正功,同理,负电荷逆着电场线的方向运动,电场力对负电荷做正功,选项C正确;电荷在电场中运动,虽然有电场力做功,但是电荷的电势能和其他形式的能间的转化满足能量守恒定律,选项D错误。

3.在场强为4×10 V/m的匀强电场中,一质子从A点移动到B点,如图1-4-2所示。已知AB间距离为20 cm,AB连线与电场线成30°角,求电场力做的功。

5

图1-4-2

解析:在匀强电场中电场力为F=qE 沿电场力方向的位移为lcosθ

电场力对质子做的功为W=qElcos θ=1.6×10J。

答案:1.1×10

对电势能的理解

1.电势能的特性 系统性 电势能是由电场和电荷共同决定的,是属于电荷和电场所共有的,我们习惯上说成电荷的电势能 电势能是相对的,其大小与选定的参考点有关。确定电荷的电势能,首先应确定参考点,也就是零势能点的位置 电势能是标量,有正负但没有方向。电势能为正值表示电势能大于参考点的电势能,电势能为负值表示电势能小于参考点的电势能 -14

-19

×4×10×0.2×

5

3-14

J=1.1×10 2

J

相对性 标量性 2.电势能增减的判断方法 做功 无论正、负电荷,只要电场力做正功,电荷的电势能一定减小;反之,4 / 14

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