2.1静电力做功与电势能 学案(含答案)
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1、第第 1 节节 静电力做功与电势能静电力做功与电势能 核心 素养 物理观念 科学思维 科学探究 1.知道静电力做功的特点。 2.知道静电场中的电荷具有 电势能。 3.理解电势能的概念,认识电 势能的相对性。 理解电场力 做功与电势 能的关系。 通过电势能与重力势能的 对比, 能体会类比与创新在 物理学研究中的重要性, 感 悟物理学的内在之美。 知识点一 静电力做功的特点 观图助学 两辆完全相同的小汽车从山脚下的同一地点,沿不同的路径到山顶,重力做功一 样吗? 1.静电力做功:在匀强电场中,静电力做功 WqE lcos 。其中 为静电力方向 与位移方向之间的夹角。 2.特点:在静电场中移动电荷时
2、,静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有 关,与电荷经过的路径无关。以上结论不仅适用于匀强电场,而且也适用于非匀 强电场。 思考判断 (1)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。 () (2)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。() 知识点二 电势能 观图助学 在甲、乙两图中,小球均从 A 点移到 B 点,甲图中小球的重力势能怎样变化?乙 图中小球电势能怎样变化? 1.概念:电荷在电场中具有的势能。用 Ep表示。 2.大小:电荷在电场中某点的电势能,等于电荷从该点移到零电势能点静电力所 做的功。 3.
3、电势能与电场力做功的关系:静电力做的功等于电势能的减少量,即 WABEpA EpBEp。 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 是不同的(填“相同”或“不同”)。 思考判断 (1)静电力做功,电势能一定变化。() (2)静电力做正功,电荷的电势能减少,静电力做负功,电荷的电势能增加。() (3)正电荷和负电荷沿着电场线运动,电势能均减少。() (4)某点的场强为零,电荷在该点的电势能一定为零。(), 曲线 WW1W2W3qE(|AB1|A1B2|A2B3|)qE|AM| 注意: 静电力做功与运动状态、路径无关。 相互作用的物体凭借其位置而具有的能量叫势能。
4、电势能零点的规定:通常把电荷在离场源电荷无限远处或把电荷在大地表面上的 电势能规定为零。 核心要点 静电力做功的特点 观察探究 如图所示,一带电荷量为 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。 (1)若电荷沿直线 AB 运动,电场力做了多少功?是正功还是负功? (2)若电荷沿折线 ACB 运动,电场力做了多少功?是正功还是负功? (3)由以上两种情况可以总结出电场力做功有何特点?试猜想电荷沿曲线 ADB 运 动,电场力做了多少功? 是正功还是负功? 答案 (1)qEa 正功 (2)qEa 正功 (3)电场力做功与路径无关,只与始末位置有
5、关,若电荷沿曲线 ADB 运动,电场 力做的功 W3qEa 正功 探究归纳 (1)在匀强电场中,静电力做的功为 WqEd,其中 d 为沿电场线方向的位移。 (2)静电力和瞬时速度方向的夹角为锐角时静电力做正功,夹角为钝角时做负功。 注意 判断静电力方向时要注意正负电荷。 试题案例 例 1 如图所示的匀强电场中,有 a、b、c 三点,dab5 cm,dbc12 cm,其中 ab 沿电场方向,bc 和电场方向成 60 角。一个电荷量为 q410 8 C 的正电荷从 a 移到 b 时电场力做的功为 W11.210 7 J,求: (1)匀强电场的电场强度 E 的大小; (2)电荷从 a 移到 c,电场
6、力做的功 W2。 解析 (1)从 a 到 b,正电荷受到的电场力 F1qE 电场力做的功 W1F1dabqEdab 则 E W1 qdab 1.210 7 410 85102 V/m60 V/m。 (2)由于电场力做功与路径无关,所以把电荷从 a 移到 c 做的功 W2W1Wbc,把 电荷从 b 移到 c,电场力做的功 WbcqE dbc cos 60 410 86012102 0.5 J1.4410 7 J,故 W 2W1Wbc1.210 7 J1.44107 J2.64107 J。 答案 (1)60 V/m (2)2.6410 7 J 针对训练 1 如图所示,一根绝缘杆长 l,两端分别带有
7、等量异种电荷,电荷量均 为 Q,杆处于纸面内时,匀强电场的方向与杆的夹角 60 。若场强为 E,使杆 绕杆中点 O 沿顺时针方向转过 60 角,电场力一共做了多少功? 解析 正电荷受到的电场力沿场强方向,负电荷受到的电场力沿场强反方向,因 此杆顺时针转动,电场力对正、负电荷都做正功,所以电场力一共做功 W2QE 1 2l (1cos 60 ) 1 2QEl。 答案 1 2QEl 核心要点 电势能 要点归纳 1.电势能的性质 (1)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。 (2)相对性:电势能是相对的,其大小与选定的零电势能点有关。确定电荷
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