1、2.2研究电场的能的性质(一)学 习 目 标知 识 脉 络1.通过探究电场力对带电粒子做功的特点，知道电场力做功和路径无关(重点)2掌握将电场力做功与重力做功进行类比的方法，理解电场力做功与电势能变化的关系，认识电势能的相对性(难点)3理解电势差的概念，会用UAB进行有关计算(重点).电 场 力 做 功 的 特 点 和 功 能 的 关 系1电场力做功的特点如图221所示，电荷沿直线AB、折线ACB、曲线AB运动，电场力做功相同，即电场力做功与电荷的起始位置和终止位置有关，但与经过的路径无关图2212电势能的概念(1)定义：电荷在电场中具有的势能叫做电势能(2)大小：电荷在电场中某点的电势能等于
2、电荷从这点移动到选定的参考点的过程中电场力所做的功(3)相对性：电荷在电场中具有的电势能具有相对性，规定了参考点(也就是电势能零点)才有具体值通常取无穷远处或大地的电势为零3电场力做功与电势能的关系(1)公式：WABEpAEpB.(2)电场力做正功，电势能减少；电场力做负功，电势能增加1在非匀强电场中移动电荷，电场力做功与路径有关()2规定不同的零势能点，电荷在电场中某点的电势能都是相同的()3电场力对电荷做正功时，电势能减小()重力做功与重力势能的变化有什么关系？你能通过类比，得出电场力做功与电势能变化的关系吗？【提示】重力做功电场力做功重力做正功，重力势能减少重力做负功，重力势能增加电场力
3、做正功，电势能减少电场力做负功，电势能增加探讨1：电场力做功和重力做功有什么相似之处？【提示】都与路径无关探讨2：在图221中带电小球沿三种不同的路径由A点到B点的过程中，电势能变化了多少？【提示】电势能变化相等，都是电势能减少了Eqd.1电场力做功的特点电场力对电荷所做的功，与电荷的初末位置有关，与电荷经过的路径无关(1)在匀强电场中，电场力做功为WqEd，其中d为电荷沿电场线方向上的位移(2)电场力做功与重力做功相似，只由初末位置决定，移动电荷q的过程中电场力做的功是确定值2电场力做功与电势能变化的关系电场力做功与重力做功类似，与路径无关，取决于初末位置，类比重力势能引入了电势能的概念电场
4、力做功与电势能变化的关系是电场力做功必然引起电势能的变化(1)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，与其他力是否做功，及做功多少无关(2)电场力做正功，电势能一定减小；电场力做负功，电势能一定增大电场力做功的值等于电势能的变化量，即：WABEpAEpB.1电场中有A、B两点，在将某电荷从A点移到B点的过程中，电场力对该电荷做了正功，则下列说法中正确的是()A该电荷是正电荷，且电势能减少B该电荷是负电荷，且电势能增加C该电荷电势能增加，但不能判断是正电荷还是负电荷D该电荷电势能减少，但不能判断是正电荷还是负电荷【解析】电场力对电荷做正功，则电势能减少，但不能确
5、定该电荷的正、负，故D正确【答案】D2地球表面附近某区域存在大小为150 N/C、方向竖直向下的电场一质量为1.00104 kg、带电荷量为1.00107 C的小球从静止释放，在电场区域内下落10.0 m对此过程，该小球的电势能和动能的改变量分别为(重力加速度大小取9.80 m/s2，忽略空气阻力)()A1.50104 J和9.95103 JB1.50104 J和9.95103 JC1.50104 J和9.65103 JD1.50104 J和9.65103 J【解析】设小球下落的高度为h，则电场力做的功W1qEh1.5104 J，电场力做负功，电势能增加，所以电势能增加1.5104 J；重力做
6、的功W2mgh9.8103 J，合力做的功WW1W29.65103 J，根据动能定理可知EkW9.65103 J，因此D项正确【答案】D3. (多选)如图222是某种静电矿料分选器的原理示意图，带电矿粉经漏斗落入水平匀强电场后，分落在收集板中央的两侧对矿粉分离的过程中，下列表述正确的有()图222A带正电的矿粉落在右侧B电场力对矿粉做正功C带负电的矿粉电势能变大D带正电的矿粉电势能变小【解析】由题图可知，电场方向水平向左，带正电的矿粉所受电场力方向与电场方向相同，所以落在左侧；带负电的矿粉所受电场力方向与电场方向相反，所以落在右侧，选项A错误无论矿粉所带电性如何，矿粉均向所受电场力方向偏转，电
7、场力均做正功，选项B正确电势能均变小，选项C错误，选项D正确【答案】BD电场中的功能关系(1)电场力做功对应电势能的变化本题中电场力做负功，电势能增加(2)重力做功只对应重力势能的变化(3)合外力做功对应动能的变化.2题中动能的变化量等于重力和电场力做功的代数和电 势 差1定义：物理学中，把叫做电场中A、B两点间的电势差2定义式：UAB.3单位：国际单位制中，电势差的单位是伏特，符号是V,1 V1 J/C.4电势差是只有大小没有方向的物理量，是标量5物理意义：在电场中如果移动1库仑正电荷从一点到另一点，电场力所做的功是1焦耳，这两点间的电势差就是1伏特1电势差UAB等于将电荷q从A点移到B点时
8、电场力所做的功()2若UAB0，说明AB，但无法判断A、B的正负()3电场力做正功，电势差一定为正，电场力做负功，电势差一定为负()(1)电势差和零势能点的选取有没有关系？(2)电场中A、B两点间UAB和UBA是否相同？【提示】(1)电势差是绝对的，与零势能点的选取无关(2)不同，UABUBA.如图223所示，带电荷量为q5.0108 C的点电荷从A点移至B点，克服静电力做功3.0106 J外力F做功5.0106 J.图223探讨1：电荷q从A点移至B点的过程中，电势能变化了多少？【提示】电势能增加了3.0106 J.探讨2：A、B两点的电势差UAB多大？【提示】UAB V60 V.1公式UA
9、B的理解(1)UAB是电势差的定义式UAB决定于电场本身，与试探电荷q在电场中做功情况无关(2)UAB中，WAB为q从初位置A移动到末位置B静电力做的功，WAB可为正值，也可为负值，q为电荷所带电荷量，正电荷取正值，负电荷取负值(3)由UAB可以看出，UAB在数值上等于单位正电荷由A点移到B点时电场力所做的功WAB.2应用公式WABqUAB应注意的问题(1)公式WABqUAB，既适用于匀强电场，也适用于非匀强电场(2)三个物理量都是标量，但都有正负，在计算时会涉及正、负号的问题在实际应用中对符号的处理有两种方法：计算时将各物理量的正、负号代入直接参与运算，得出的结果是正是负一目了然计算时各物理
10、量均代入绝对值，不涉及正负号，计算完成后再判断出结果是正还是负4一个带正电的质点，电量q2.0109 C，在静电场中由a点移到b点，在这过程中，除电场力外，其他力做的功为6.0105 J，质点的动能增加了8.0105 J，则a、b两点间的电势差Uab为()A3104 VB1104 VC4104 VD7104 V【解析】由动能定理，外力对物体做功的代数和等于物体动能的增量，得电场力对物体做的功W8.0105 J6.0105 J2.0105 J由WqUab得：Uab1.0104 V.【答案】B5电场中有A、B两点，一个点电荷在A点的电势能为1.2108J，在B点的电势能为8.0109J.已知A、B
11、两点在同一条电场线上，如图224所示，该点电荷的电荷量为1.0109C，那么() 【导学号：29682009】图224A该电荷为负电荷B该电荷为正电荷CA、B两点的电势差UAB4.0 VD把电荷从A移到B，电场力做功为W4.0 J【解析】点电荷在A点的电势能大于在B点的电势能，从A到B电场力做正功，所以该电荷一定为负电荷，且WABEpAEpB1.2108J8.0109J4.0109J，故A项正确，B、D项错误；UABV4.0 V，所以C项错误【答案】A6在电场中把一个电荷量为6106C的负电荷从A点移到B点，克服电场力做功3105J，再将电荷从B点移到C点，电场力做功1.2105J，求A与B、B与C、A与C间的电势差. 【导学号：29682010】【解析】电荷从A移到B时，克服电场力做功，表示电场力做负功，因此WAB3105 J，电荷从B移到C，WBC1.2105 J.根据电荷移动时电场力做的功和电势差的关系得：UAB V5 VUBC V2 VUACUABUBC5 V(2 V)3 V.【答案】5 V2 V3 V