1、第3课时研究电场的能的性质（一）学 习 目 标思 维 启 迪1.理解静电力做功的特点，会求解有电场力参与的力学问题2理解电势能的概念、电势能变化与电场力做功的关系3理解电势差的概念，知道电势差是描述电场的能的性质的物理量明确电势差、静电力的功、电势能的关系.自身重力做功，一步步地提高了自己的重力势能电子在电场力作用下沿着与电场相反的方向运动时，电场力做功吗？电子在电场中有势能吗？如果有，这个势能与电场力所做的功有什么关系？图2-2-1高山耸立，峭壁嶙峋，攀援者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如图221所示，攀援者克服一、电场力做功的特点1匀强电场中：如图222所示
2、，电荷运动时无论沿路径AB、ACB还是沿任意曲线由A点移动到B点，电场力对电荷做的功W _.知识梳理图2-2-2把点电荷从A点移到B点使点电荷沿ACB移动qEd2在任何电场中：电场力做功与_无关，只与_有关，可见电场力做功与_做功相似二、电势能1定义：电荷在_中具有的势能2在电场中移动电荷，电场力做_时，电荷的_减少，电场力做_时，电荷的_增加，总之，电场力做功等于电势能变化量的相反数，用公式表示_.路径初末位置重力电场正功电势能负功电势能一定WEp3电势能的确定：(1)先确定_位置(2)通常把电荷在离场源电荷_的电势能规定为零，或把电荷在大地表面上的电势能规定为零，电荷在某点的电势能，等于电
3、场力把它从该点移动到_位置时所做的功电势能是相对的4在正点电荷Q形成的电场中，A、B两点的电荷qA、qB具有的电势能分别等于将qA、qB由A、B两点沿任意路径移到_电场力做的功(如图223所示)即EpAWA0，EpBWB0.零电势能无穷远处零电势能Ep0图2-2-3点电荷里活电场中的电势能三、电势差的概念1定义：电场中两点间_的差值，电势差也叫_ 2电场中两点间的电势差与零电势点的选择_ _3公式UABAB，UBA_，可见UAB_.4电势差是_，可以是正值，也可以是负值5电势差的单位是_，符号是_，如果1 C的正电荷在电场中由一点移动到另一点，电场力所做的功为_，这两点间的电势差就是_，即1
4、V _.电压关UBA标量伏特V1 J1 V1 J/C电势无BA四、电场力做功与电势差的关系1WABqUAB，知道了电场中两点的_，就可以计算在这两点间移动电荷时电场力做的功，而不必考虑电场力的大小和方向以及电荷移动的_ 2UAB _是确定电势差常用的公式电势差路径1把两个异种电荷间的距离增大一些，则()A外力做正功，电势能增加B外力做负功，电势能减少C电场力做负功，电势能增加D电场力做负功，电势能减少答案：AC基础自测2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只在电场力的作用下，电荷的电势能一定减少D只在电场力的作
5、用下，电荷的电势能可能增加，也可能减少解析：电荷的电势能与电场强度无直接关系，A、B错误；如果电荷的初速度为零，电荷只在电场力的作用下，电荷将做加速运动，电荷的电势能转化为动能，电势能减少，但如果电荷的初速度不为零，电荷可能在电场力的作用下，先做减速运动，这样电场力对电荷做负功，电荷的动能转化为电势能，电势能增加，所以C错误，D正确答案：D3对UAB1 V的正确理解是()A从A到B移动q C的正电荷，电场力做功1 JB从A到B移动1 C的正电荷，电场力做功1 JC从B到A移动1 C的正电荷，电场力做功1 JD从A到B移动1 C的正电荷，电场力做功1 J答案：B4.两带电小球，电荷量分别为q和q
6、，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224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 ()A0BqElC2qEl DqEl答案：C图2-2-45.如图225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，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W1_；若沿路径ACB移动该电荷，电场力做的功W2_；若沿曲线ADB移动该电荷，电场力做的功W3_.由此可知电荷在电场中移动时，电场力做功的特点是_图2-2-5解析：直线AB，路径ACB，曲线ADB在电场线上的投
7、影BCLcos，因此沿着这三条线由A点运动到B点，电场力做的功都是qELcos.答案：qELcosqELcosqELcos 只与位置有关，与路径无关（1）电场力做功公式：WAB=UABq（适用于一切电场）WEqd(适用于匀强电场，且d为沿着电场线方向的位移)(2)重力做功和电场力做功的异同点如何？电场力做功的特点重力做功电场力做功相似点重力对物体做正功，物体重力势能减少，重力对物体做负功，物体重力势能增加其数值与路径无关，只与始末位置有关电场力对电荷做正功，电荷电势能减少，电场力对电荷做负功，电荷电势能增加其数值与路径无关，只与始末位置有关不同点重力只有引力，正、负功比较容易判断例如，物体上升
8、，重力做负功由于存在两种电荷，电场力做功和重力做功有很大差异例如：在同一电场中沿同一方向移动正电荷与移动负电荷，电荷电势能的变化是相反的，电场力做功的正负也是相反的应用由重力做功的特点引入重力势能由电场力做功的特点引入了电势能【例1】如图226所示，在沿水平方向的匀强电场中有一固定点O，用一根长度为l0.40 m的绝缘细线把质量为m0.20 kg、带有正电荷的金属小球悬挂在O点，小球静止在B点时细线与竖直方向的夹角为37.现将小球拉至位置A使细线水平后由静止释放，求：图2-2-6(1)小球运动通过最低点C时的速度大小；(2)小球通过最低点C时细线对小球的拉力大小(g取10 m/s2，sin37
9、0.60，cos370.80)【题后反思】电场做功与重力做功一样与路径无关，只取决于始末位置将电荷量为3108 C的负点电荷从静电场中的A点移动到B点的过程中，电场力做功为1.5107 J，在将该点电荷从B点移到C点的过程中，克服电场力做功为9108 J，由此可以知道电场中A、C两点间的电势差为_V.答案：2 V(1)根据电场线的方向判断正电荷沿着电场线的方向移动时，电势能减小；逆着电场线的方向移动时，电势能增大负电荷沿着电场线的方向移动时，电势能增大；逆着电场线方向移动时，电势能减小(2)根据与场源电荷的距离判断距正场源电荷越近时，正试探电荷的电势能越大；负试探电荷的电势能越小电场力做功与电
10、势能距负场源电荷越远时，正试探电荷的电势能越大；负试探电荷的电势能越小(3)根据电场力做功判断无论正、负电荷，是否为匀强电场，电场力做正功，电荷的电势能减小；反之，电荷克服电场力做功，电荷的电势能增加如果电荷在移动过程中电场力做功为零，电荷的电势能一定不变(4)电势能的理解电荷在电场中某点的电势能等于由零电势能点移到该点时，克服电场力所做的功电荷的电势能与零电势能点的选取有关，但电荷在某两点之间的电势能差与零电势能点的选取无关电势能与重力势能的类比：静电场重力场电场中的电荷具有势能电势能重力场中的物体具有势能重力势能电场中同一位置上不同电荷量电荷的电势能不同重力场中同一位置上不同质量物体的重力
11、势能不同在电场力作用下移动电荷，即电场力做正功时，势能减少外力克服电场力作用移动电荷，即电场力做负功时，电势能增加在重力作用下移动物体，即重力做正功时，重力势能减少外力克服重力作用移动物体，即重力做负功时，重力势能增加【例2】如图227所示，在点电荷电场中的一条电场线上依次有A，B，C三点，分别把q和q的试探电荷依次放在三点上，关于它们所具有的电势能，下列说法中正确的是 ()图2-2-7A放上q时，它们的电势能EpAEpBEpCB放上q时，它们的电势能EpAEpBEpCC放上q时，它们的电势能EpAEpBEpCD放上q时，它们的电势能EpAEpBEpC解析：为了比较电荷在不同位置上电势能的大小
12、，只需根据电荷在这些位置间移动时电场力做的功来判断，放上q时，电荷从位置ABC，都是电场力做功，电势能应减小，可见EpAEpBEpC.放上q时，电荷从位置ABC，外力需克服电场力做功，电荷的电势能应增大，即EpAEpBEpC.故正确答案为A、D.答案：AD【题后反思】电场力做正功，电势能减少，电场力做负功，电势能增加，只要能判定出电场力对电荷做功的正负，就可以判断出电势能的增加还是减少一个点电荷从电场中的a点移到b点，其电势能变小，则 ()Aa，b两点的场强一定相等B该点电荷所受电场力一定做正功C该点电荷一定沿电场线方向运动D作用于该点电荷的电场力与移动方向总是保持垂直解析：电荷的电势能大小与
13、场强无关，电势能的变化与电场力做功密切相关，A错；电场力做正功，电势能减小，B正确正电荷沿电场线方向运动做正功，负电荷与之相反，C错点电荷从电场中的a点移到b点，电场力做正功，D错故正确答案为B.答案：B电场力做功与电势差关系(4)WABqUAB，适用于任何电场电场力做的功WAB与移动电荷q的路径无关只与初、末位置的电势差有关【例3】在电场中把一个电荷量为6106 C的负电荷从A点移到B点，克服电场力做功3105 J，再将电荷从B点移到C点，电场力做功1.2105 J，求A点与B点，B点与C点，A点与C点间的电势差解析：这是一个直接应用电势差的定义计算的题目，解题的关键是注意电场力的功、电荷、电势能正、负值之间的关系如果把这三个量及其正、负符号都代入，结果是统一的答案：UAB5 VUBC2 VUAC3 V解：根据电场力做功与电势差的关系得：把质量为m4.0106 kg，带电荷量为q1.0104 C的粒子，在电场中的A点由静止释放当它运动到B点时，电场力对它做功W1.251017eV，则A、B两点间电势差为多少？粒子到B点时的速度为多少？答案：200 V1102 m/s
