资料简介
第2章第1节 静电力做功与电势能
内容索引0102基础落实•必备知识全过关重难探究•能力素养全提升03学以致用•随堂检测全达标
课标要求1.知道静电力做功的特点。(物理观念)2.知道静电场中的电荷具有电势能。理解电势能的概念,认识电势能的相对性。(物理观念)3.理解静电力做功与电势能的关系,能对相关问题进行分析推理并获得结论。(科学思维)
基础落实•必备知识全过关
一、静电力做功的特点在匀强电场中移动试探电荷时,静电力做功与无关,与电荷的有关。可以证明这个结论对于一切静电场都适用。想一想一电荷在某电场中运动了一周又回到出发点,静电力对该电荷做功吗?路径始末位置提示不做功。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。
二、电势能1.概念:电荷在中具有的势能。用Ep表示。2.大小:电荷在中某点的电势能,等于电荷从该点移动到零电势能点所做的功。3.电势能与静电力做功的关系:做的功等于电势能的,即WAB=EpA-EpB。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(选填“相同”或“不同”)的。电场电场静电力静电力减小量不同
易错辨析判一判(1)只有在带电体只受静电力作用的条件下,静电力做功才与路径无关。()(2)负电荷沿电场线方向移动时,静电力做负功,电势能增加。()(3)某电场中,带电物体在A点具有的电势能EpA=5J,在B点具有的电势能EpB=-8J,则EpA>EpB。()(4)静电力做功,电势能一定变化。()(5)选择不同的零电势能点,电荷在电场中的同一点的电势能的值一定相同。()×无论带电体受不受其他力,静电力对带电体所做的功均与路径无关。√√√×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的。
即学即用练一练1.如图所示,A、B、C为电场中同一电场线上的三点。设电荷在电场中只受静电力作用,则下列说法正确的是()A.若在C点无初速度地释放正电荷,则正电荷向B点运动,电势能减少B.若在C点无初速度地释放正电荷,则正电荷向A点运动,电势能增加C.若在C点无初速度地释放负电荷,则负电荷向A点运动,电势能增加D.若在C点无初速度地释放负电荷,则负电荷向B点运动,电势能减少
答案A解析若在C点无初速度地释放正电荷,正电荷所受电场力方向向右,则正电荷向B点运动,电场力做正功,电势能减少;若在C点无初速度地释放负电荷,负电荷所受电场力方向向左,则负电荷向A点运动,电场力做正功,电势能减少。
2.一电荷只在静电力作用下从电场中的A点移到B点的过程中,静电力做了5×10-6J的正功,那么()A.电荷的电势能减少了5×10-6JB.电荷的动能减少了5×10-6JC.电荷在B处时具有5×10-6J的电势能D.电荷在B处时具有5×10-6J的动能答案A解析根据静电力做功的多少,只能判断Ep和Ek的变化量,不能确定Ep和Ek的大小,C、D错误;静电力做正功,电势能减少,动能增加,A正确,B错误。
重难探究•能力素养全提升
探究一静电力做功的特点[情境探究]如图所示,一所带电荷量为q的正电荷在匀强电场中从A点运动到B点,已知直角边BC、AC的长度分别为a、b,直角边BC与电场线平行。(1)若正电荷沿直线AB运动,静电力做了多少功?是正功还是负功?(2)若正电荷沿折线ACB运动,静电力做了多少功?是正功还是负功?(3)由以上两种情况可以总结出静电力做功有何特点?试猜想正电荷沿曲线ADB运动,静电力做了多少功?是正功还是负功?
要点提示(1)qEa正功(2)qEa正功(3)静电力做功与路径无关,只与始末位置有关,若正电荷沿曲线ADB运动,静电力做的功仍为qEa正功
[知识归纳]对静电力做功特点的理解(1)静电力对电荷所做的功,与电荷的始末位置有关,与电荷经过的路径无关。该结论适用于任何静电场。(2)无论带电体在电场中做直线运动还是做曲线运动,无论带电体只受静电力作用还是受多个力作用,无论静电力做正功还是做负功,静电力做功的特点不变。
[应用体验]典例1如图所示的匀强电场中,有a、b、c三点,dab=5cm,dbc=12cm,其中ab沿电场方向,bc和电场方向成60°角。一电荷量q=4×10-8C的正电荷从a移到b时静电力做的功W1=1.2×10-7J,求:(1)匀强电场的电场强度E的大小;(2)电荷从a点移到c点,静电力做的功W2。
解析(1)从a点到b点,正电荷受到的静电力F1=qE,静电力做的功(2)由于静电力做功与路径无关,所以把电荷从a点移到c点做的功W2=W1+Wbc,把电荷从b点移到c点,电场力做的功Wbc=qE·dbc·cos60°=1.44×10-7J,故W2=W1+Wbc=2.64×10-7J。答案(1)60V/m(2)2.64×10-7J
规律方法在匀强电场中,静电力为恒力,静电力做的功可以用W=±qEd来计算,其中d为电荷沿电场线方向上的位移。静电力与位移同向,静电力做正功,反之做负功。
针对训练1(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,路径不同,静电力做功的大小就可能不同B.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C.正电荷沿着电场线运动,静电力对正电荷做正功,负电荷逆着电场线运动,静电力对负电荷做正功D.电荷在电场中运动,因为静电力可能对电荷做功,所以能量守恒定律在电场中并不成立
答案BC解析静电力做功和电荷运动路径无关,A错误;静电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,静电力做功为零,B正确;正电荷沿电场线的方向运动,则正电荷受到的静电力方向和电荷的运动方向相同,故静电力对正电荷做正功,同理,负电荷逆着电场线的方向运动,静电力对负电荷做正功,C正确;电荷在电场中运动虽然有静电力做功,但是电荷的电势能和其他形式的能之间的转化满足能量守恒定律,D错误。
探究二电势能[情境探究]重力对小球做正功,小球的重力势能怎样变化?静电力对小球做正功,小球的电势能怎样变化?要点提示重力做正功,重力势能减小;静电力做正功,电势能减小。
[知识归纳]1.静电力做功与电势能变化的关系2.对电势能的理解特点理解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相对性电势能是相对的,其大小与选定的电势能为零的参考点有关。确定电荷的电势能,首先应确定零电势能点标量性电势能是标量,有正负但没有方向
[应用体验]典例2将所带电荷量为6×10-6C的负电荷从电场中的A点移到B点,克服静电力做了3×10-5J的功,再从B点移到C点,静电力做了1.2×10-5J的功。(1)负电荷从A点移到B点,再从B点移到C点的过程中电势能改变了多少;(2)如果规定A点的电势能为零,则该负电荷在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,则该负电荷在A点和C点的电势能分别为多少?
解析(1)WAC=WAB+WBC=(-3×10-5+1.2×10-5)J=-1.8×10-5J。电势能增加了1.8×10-5J。(2)如果规定A点的电势能为零,由公式WAB=EpA-EpB得该负电荷在B点的电势能EpB=EpA-WAB=0-WAB=3×10-5J。同理,在C点的电势能EpC=EpA-WAC=0-WAC=1.8×10-5J。(3)如果规定B点的电势能为零,则该负电荷在A点的电势能EpA'=EpB'+WAB=0+WAB=-3×10-5J。在C点的电势能EpC'=EpB'-WBC=0-WBC=-1.2×10-5J。答案(1)增加了1.8×10-5J(2)3×10-5J1.8×10-5J(3)-3×10-5J-1.2×10-5J
规律方法电势能大小的判断方法判断角度判断方法依据静电力做功无论正、负电荷,静电力做正功,电势能就减少;静电力做负功,电势能就增加依据电场线方向正电荷顺着电场线的方向移动时,电势能逐渐减少,逆着电场线的方向移动时,电势能逐渐增加;负电荷顺着电场线的方向移动时,电势能逐渐增加,逆着电场线的方向移动时,电势能逐渐减少
针对训练2(多选)如图所示,在点电荷电场中的一条电场线上依次有A、B、C三点,分别把所带电荷量为+q和-q的点电荷依次放在这三点上,关于它们所具有的电势能,下列说法正确的是()A.放上+q时,它们所具有的电势能EpA>EpB>EpCB.放上+q时,它们所具有的电势能EpAEpCD.放上-q时,它们所具有的电势能EpAEpC,负电荷从A点经B点至C点,静电力做负功,电势能增加,故EpA
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