2.1 静电力做功与电势能 课件 (共16张PPT) 高一物理鲁科版（2019）必修三

(共16张PPT)
第二章　电势能与电势差
2.1 静电力做功与电势能
我们知道，在攀岩运动中，若攀岩者上升，则重力做负功；若攀岩者下降，则重力做正功。重力做功的多少与攀岩者的始末位置有关，与攀岩路径无关。
那么，电荷在静电力作用下运动，若静电力对电荷做功，与重力做功有无相似之处？
重力做功
运动路径无关
匀强电场中，电场力与重力相似，
mg
qE
电场力做功是否有相似的特点？
(1)如图丙所示，在电场强度为E的匀强电场中，若将一个带正电的电荷量为q的试探电荷沿电场方向从A点移动到B点，移动距离为d，则静电力做功为多少？
(2)如果将这个试探电荷从A点沿折线ACB移动到B点，则静电力做功为多少？
(3)如果试探电荷沿任一路径从A点移动到B点(如图丙中的曲线表示的路径)，静电力做功又是多少？可得出什么结论。
C
A
B
如果不是沿直线运动呢？
(1)沿直线AB运动
(2)沿折线ACB运动
电场力垂直速度，不做功
结论：
以上两种不同路径中静电力对q所做的功一样
沿直线
W1=F ·|AB|=qE·d
全过程做功 W2=qE ·|AB|+0=qE· d
θ
匀强电场
E
+q
F
d
l
l′
匀强电场
E
A
B
(3)沿任一路径从A点移动到B点
+q
F
F
F
F
x1
x2
x3
x4
x1 + x2 + x3 + x4 …=
由以上的推导我们发现了什么
W1 = qE ·x1
W2 = qE ·x2
W3 = qE ·x3
|AB|
说明静电力做功与路径无关，只与初、末位置有关.
推广：非匀强电场也适用.
W4 = qE ·x4
沿曲线
(1)电荷从电场中的A点运动到了B点，路径不同，静电力做功的大小就可能不同。(　　)
(2)电荷从电场中的某点开始出发，运动一段时间后，又回到了该点，则静电力做功为零。(　　)
(3)正电荷沿着电场线方向运动，静电力对正电荷做正功；负电荷沿着电场线的反方向运动，静电力对负电荷做正功。(　　)
(4)电荷在电场中运动，静电力做功只与位置有关，与电荷正、负无关。
(　　)
×
√
√
×
1.如图所示的匀强电场中，有a、b、c三点，dab＝5 cm，dbc＝12 cm，其中ab沿电场方向，bc和电场方向成60°角。一个电荷量为q＝4×10－8 C的正电荷从a移到b时电场力做的功为W1＝1.2×10－7 J，求：
(1)匀强电场的电场强度E的大小；
答案　 (1) 60 N/C　 (2) 2.64×10－7 J
(2)电荷从a移到c，电场力做的功W2。
一个正电荷在电场中只受到静电力F的作用，它在电场中由A点运动到B点时，静电力做了正功WAB。由动能定理可知，该电荷的动能增加了WAB。
从能量转化的角度思考，物体动能增加了，意味着另外一种形式的能量减少了。类比重力做功与重力势能的关系，这是一种什么形式的能量呢？
电荷只受静电力作用，只有静电力做功，故这种能量变化与静电力做功有关，静电力做功与重力做功特点相似：做功与路径无关，那么这种能就是势能的一种。
电势能Ep
1.概念：电荷在电场中具有的势能，这种势能称为电势能。用Ep表示。
2.大小：电荷在电场中某点的电势能，等于电荷从该点移动到零电势能点静电力所做的功。
3.电势能与静电力做功的关系：静电力做的功等于电势能的减小量，即WAB＝EpA－EpB＝－ΔEp。
4.电势能的相对性：选择不同的零电势能点，电荷在电场中同一点的电势能的值是不同(填“相同”或“不同”)的。
5.电势能为标量，正负值表示电势能的大小。
(1)分析正电荷只在静电力作用下从A→B运动(图甲)和从B→A运动时(图乙)静电力做功情况、动能和电势能的变化.
从A→B静电力做正功，动能增加，电势能减少
从B→A静电力做负功，动能减少，电势能增加
A
B
qE
WAB＝EpA－EpB＝EpA - 0
EpA＝WAB
思考与讨论
mg
A
B
A
B
qE
(2)如果规定B点为零势能位置，若电荷从A移动至B静电力对电荷做功为WAB，则电荷在A点电势能是多少？
2.(多选)如图所示，在正点电荷产生的电场中的一条电场线上依次有A、B、C三点，分别把带电荷量为＋q和－q的试探点电荷依次放在这三个点上，关于它们所具有的电势能，下列说法中正确的是
A.放上＋q的试探点电荷时，试探点电荷在各点的电势能大小关系为EpA＞EpB＞EpC
B.放上＋q的试探点电荷时，试探点电荷在各点的电势能大小关系为EpA＜EpB＜EpC
C.放上－q的试探点电荷时，试探点电荷在各点的电势能大小关系为EpA＞EpB＞EpC
D.放上－q的试探点电荷时，试探点电荷在各点的电势能大小关系为EpA＜EpB＜EpC
√
√
电势能大小的判断
1.做功判断法：无论正、负电荷，静电力做正功，电荷的电势能减小；静电力做负功，电荷的电势能增大。
2.能量守恒判断法：只有静电力做功时，电荷只有动能和电势能相互转化，总能量不变。因此，可由动能的变化确定电势能的变化。即只有静电力做功时，动能减少多少，电势能就增加多少；反之，动能增加多少，电势能就减少多少。
3.电场线法：(1)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；(2)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。
3.将带电荷量为6×10－6 C的负电荷从电场中的A点移到B点，克服静电力做了3×10－5 J的功，再从B移到C，静电力做了1.2×10－5 J的功，则：
(1)电荷从A移到C的整个过程中电势能改变了多少？
答案 (1)电势能增加了1.8×10－5 J。
(2) EpB＝3×10－5 J，EpC＝1.8×10－5 J。
(2)如果规定A点的电势能为零，则该电荷在B点和C点的电势能分别为多少？
(3)如果规定B点的电势能为零，则该电荷在A点和C点的电势能分别为多少？
静电力做功与电势能
静电力做功
电势能
特点：只与初末位置有关与路径无关
计算方法：W=qEdcos θ (θ为力与位移之间的夹角)
定义：电荷在电场中具有的势能
静电力做功与电势能变化的关系： WAB =EpA－EpB
电场力做正功，电势能减小