2012新课标同步导学物理[沪科版]课件：选修3-1第2章 2．2　研究电场的能的性质(一)

(共44张PPT)
2.2　研究电场的能的性质(一)
高山耸立，峭壁嶙峋，攀援者(如下图所示)若要登上陡峭的山峰，不仅需要熟练的攀援技巧，而且需要过人的体力．攀援者克服重力做功，也一步步地提高了自己的重力势能．
电子在静电力作用下沿着与电场强度相反的方向运动时，静电力做功吗？电子在电场中有势能吗？如果有，这个势能与静电力所做的功有什么关系？
1．经典表述
电荷在电场中移动时，电场力对电荷做功，电场力对电荷所做的功跟移动电荷的路径无关，只和初末位置有关．
2．公式形式
WE＝qEL
式中L为电荷沿电场方向的位移．
3．适用条件
公式WE＝qEL只适用于匀强电场；但电场力做功跟移动电荷的路径无关，适用任何静电场．
4．应用技巧
电场力与重力类似都是保守力，凡是保守力都有一个特点，即保守力对物体做功与移动物体的路径无关．
1．基本定义
电荷在电场中具有的势能叫做电势能．
2．要点剖析
(1)电势能的相对性：电荷在电场中某点的势能是相对于电势能为零的点或面来说的，这点与重力势能相对零势面而言相似．
(2)电势能的正、负：电势能是标量，无方向，但有正、负之分．
(3)电势能的变化由电场力做功来衡量，与其他力是否做功无关．只要电场力对电荷做负功，电荷的电势能就增加，电场力做正功，电荷的电势能就减小，且WAB＝EPA－EPB.
3．思维拓展
(1)电势能的大小
和计算重力势能一样，必须取参考点，也就是说，电势能的数值是相对于参考位置来说的．所谓参考位置，就是电势能为零的位置，参考位置的选取是人为的，通常取无限远处或大地为参考点．
设电荷在电场中某点A的电势能为EPA，移到参考点O电场力做功为WAO，则：WAO＝EPA－EPO，规定O为参考点时，就有EPO＝0，所以EPA＝WAO.
电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移动到零势能位置时所做的功．
上式告诉我们，电荷在电场中某点的电势能的大小等于把电荷从该点移到电势能为零的点，电场力所做的功．
(2)电荷具有电势能大小的判断方法
①场源电荷判断法：
a．场源电荷为正，离场源电荷越近，正试探电荷电势能越大，负试探电荷电势能越小；
b．场源电荷为负，离场源电荷越近，正试探电荷电势能越小，负试探电荷电势能越大．
②电场线法：
a．正电荷顺着电场线方向移动，电势能逐渐减小，逆着电场线方向移动，电势能逐渐增大；
b．负电荷顺着电场线方向移动，电势能逐渐增大，逆着电场线方向移动，电势能逐渐减小．
③做功正负判断法：
无论正、负电荷在什么样的电场中，只要电场力做正功，电荷的电势能一定减小，电场力做负功，即电荷克服电场力做功，电荷的电势能一定增大．
1.电势能是相对的，只有规定了零势能点才能确定电荷在电场中其他各点的电势能．
2．在电场中沿相同的方向移动正电荷和负电荷，电势能的变化是相反的．
4．易误警示
重力势能和电势能的比较
重力势能 电势能
①重力做功与路径无关，只与始末位置有关，引出了重力势能 ①电场力做功与路径无关，只与始末位置有关，引出了电势能
②重力做功是重力势能转化为其他形式的能的量度 ②电场力做功是电势能转化为其他形式的能的量度
③WAB＝mghA－mghB ③WAB＝EPA－EPB
④重力势能的数值具有相对性，可以是正值，也可以是负值 ④电势能的数值具有相对性，可以是正值，也可以是负值
(4)电势差是标量，有正负，电势差的正负表示电场中两点电势的高低．
(5)在电压为1伏的两点间移动电子时电场力所做的功叫做1电子伏特(1 eV)，即
1 eV＝1 e×1 V＝1.6×10－19 C×1 V＝1.6×10－19 J
它是人们在研究原子、原子核、基本粒子等微观现象时常用的能量单位．
a．带入正、负号运算，其符号规则为：若带电体带有正电荷，则q取正值；若为负电荷，则q取负值．若φA>φB，则UAB为正值；若φA<φB，则UAB为负值．若利用W＝qUAB计算出W为正值，则表示电场力做正功；若W为负值，则表示克服电场力做功．
b．用绝对值运算，即W＝|q|·|UAB|，这样只能计算出电场力做功的大小，要想知道电场力作正功还是做负功，还需利用力学知识进行判断．
(3)电场力做功与电势能改变的关系
电场力对电荷做正功，电势能减少，电场力对电荷做负功，电势能增加，且电势能的改变量等于电场力做功的多少，即
W＝－ΔE.
在电场中把q＝2×10－9 C的正电荷从A移到B时电场力做了1.5×10－7 J正功，再把这个正电荷从B移到C时电场力做了4×10－7 J负功．A、B间，B、C间，A、C间的电势差各是多大？
【答案】　75 V　－200 V　－125 V
已知电场力做功求两点间的电势差时，将功W和电荷量q的值连同其符号代入公式中将使运算更加简捷，这样可把电势差连同符号一并求出．
1.关于电势差与电场力做功的说法中，正确的是(　　)
A．电势差的大小由电场力在两点间移动电荷做的功和电荷的电荷量决定
B．电场力在两点间移动电荷做功的多少由两点间的电势差和该电荷的电荷量决定
C．电势差是矢量，电场力做的功是标量
D．电场中两点间的电势差等于电场力做功
【解析】　电势差的大小由电场本身的因素决定，与移动电荷的电荷量及移动电荷所做的功无关，A项错．由WAB＝qUAB知，B项对．电势差、电场力做的功都是标量，C项错．电场中两点间的电势差等于单位电荷从一点移到另一点电场力所做的功，D项错．因此正确答案为B项．
【答案】　B
【解析】　由等量异种电荷的电场线分布特点可知，两电荷连线中垂线上的场强方向均相同，所以从a到b过程中，电场力方向不变，A错；又电场力方向始终与中垂线垂直，故电场力不做功，动能不变，电势能不变；由b到c的过程中，由库仑定律可知电场力逐渐增大，B错；因电场力方向指向正电荷，电场力做正功，故动能增加，电势能减小，D正确、C错误．
【答案】　D
在两个等量异种电荷的连线上，场强在连线中点处最小；在中垂线上，连线与中垂线的交点处场强最大，方向与中垂线垂直．电场力做正功，动能增加，而电势能减小；电场力做负功，动能减小，而电势能增加．
有人认为电场力做正功，动能增加，电势能也同时增加，这是错误的认识．要注意电场力做功与动能的关系是依据动能定理，而电场力做功和电势能变化关系与重力做功跟重力势能变化关系相同．
【解析】　由静止释放后，两带电小物块带同种电荷，所以库仑力对它们均做正功，故电势能都减小，A对、B错；两小物块运动过程中，因摩擦力和电场力分别做功，发生机械能和其他能量的相互转化，故机械能不守恒，C错；因最终停止，故D错．
【答案】　A
1．在匀强电场中，电场力做的功为：W＝qE·d，其中d为沿 方向的位移．
2．在电场中移动电荷时，静电力做的功与 无关，只与 有关．
3．静电力做功与电势能的关系
(1)静电力做的功等于电势能的 ，表达式为：
WAB＝ .
(2)电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移到 位置时所做的功．
电场线
路径
初末位置
减少量
EPA－EPB
零电势能
4．零势能位置的规定
(1)通常把电荷在离场源电荷 的电势能规定为零，或把电荷在 的电势能规定为零．
(2)同一个电荷在同一位置的电势能与 面的选择有关，因此电势能是相对的．
5．电势差
(1)定义：电荷q在电场中由一点A移动到另一点B时，电场力所做的功WAB与 q的比值，叫做A、B两点间的电势差，用UAB表示，UAB＝ .
无穷远
零电势能
大地
电荷量
(2)电势差的物理意义：电势差反映了电场本身的性质，电势差UAB跟电荷量q ，跟电场中A、B的位置 ；电势差在数值上等于 由A点移动到B点电场力所做的功．
(3)电势差的单位是 ，简称伏，符号是V,1 V＝1 J/C.
(4)电压：电势差也叫做 ．
无关
有关
单位正电荷
伏特
电压
1．(考查点：电场力做功与电势能的关系)两个带异种电荷的物体间距离增大一些时(　　)
A．电场力做正功，电势能增加
B．电场力做负功，电势能增加
C．电场力做正功，电势能减少
D．电场力做负功，电势能减少
【答案】　B
2．(考查点：电势能的大小)下列关于电荷的电势能的说法正确的是(　　)
A．电荷在电场强度大的地方，电势能一定大
B．电荷在电场强度为零的地方，电势能一定为零
C．只在静电力的作用下，电荷的电势能一定减少
D．只在静电力的作用下，电荷的电势能可能增加，也可能减少
【解析】　电势能的大小与电场强度无关，故A、B错；静电力做正功，电势能减少；静电力做负功，电势能增大，故C错D对．
【答案】　D
3．(考查点：电场力做功与电势能的关系)质量为m1＝2 kg的带电绝缘球A，在光滑水平面上，从无限远处以初速度10 m/s，向另一个固定在水平面上带同号电荷的绝缘球B靠近，B球的质量为m2＝3 kg，在它们相距到最近时，A球的动能和电势能分别是(　　)
A．0　0　　　　　　　　　 B．0　100 J
C．100 J　0 D．100 J　100 J
【答案】　B
C．无论带电粒子是正电荷还是负电荷，电场力都做正功，带电粒子的电势能一定会减小
D．若带电粒子释放时初速度不为零，则电场力可能做负功，带电粒子的电势能可能增加
【答案】　CD
【解析】　由图可知b处的电场线比a处的电场线密，说明b处的场强大于a处的场强，电荷在b处受到的电场力大于a处的电场力．根据牛顿第二定律，试探电荷在b处的加速度大于在a处的加速度，A选项错．由图可知，电荷做曲线运动，受到的电场力的方向应沿电场线指向运动轨迹的凹侧．因为试探电荷带负电，所以电场强度方向沿电场线向上，C选项不正确．根据试探电荷的位移与所受电场力的夹角大于90°，可知电荷由a到b过程中电场力对试探电荷做负功，可判断由a到b过程中电荷的电势能增加，B选项正确，又因电场力做功与路径无关，系统的能量守恒，电势能增加则动能减小，故D错．
【答案】　B
练考题、验能力、轻巧夺冠