2018版高中物理第2章电势能与电势差第1节电场力做功与电势能学案鲁科版选修3-1

小初高试卷类教案类

第1节电场力做功与电势能

学习目标知识脉络

1.知道电场力做功的特点，能用

功的公式W＝qEd求解相关问

题．(重点)

2．了解电势能的概念．(难点)

3．知道电场力做功与电势能变

化的关系．(重点)

电场力做功的特点

[先填空]

1．公式

W＝qEd，适用于匀强电场．

2．特点

静电力移动电荷所做的功，只与始末位置有关，而与电荷的路径无关．

[再判断]

1．电场力对正电荷一定做正功，对负电荷一定做负功．(×)

2．只有在匀强电场中移动电荷时，电场力做功才与路径无关，此结论在非匀强电场中

不成立．(×)

3．W＝qEd求电场力的功，适用于任何电场．(×)

[后思考]

一电荷在某电场中运动了一周又回到出发点，电场力对该电荷做功吗？

【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．

[合作探讨]

如图211所示，在场强为E的匀强电场中有相距为L的A、B两点，AB连线与电场线

的夹角为θ.

K12分别是小学初中高中

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图211

探讨1：将一电荷量为q的正电荷分别沿路径AB、路径ACB、路径ADB移动该电荷，电

场力做功的关系？

【提示】相等．

探讨2：电场力做功的特点？

【提示】电场力做功的大小与路径无关，只与初末位置有关．

[核心点击]

电场力做功正负的判断

1．根据电场力和位移方向的夹角判断，此法常用于匀强电场中恒定电场力做功情况的

判断．夹角为锐角电场力做正功，夹角为钝角电场力做负功．

2．根据电场力和瞬时速度方向的夹角判断，此法常用于判断曲线运动中电场力变化的

做功情况，夹角是锐角时电场力做正功，夹角是钝角时电场力做负功，电场力和瞬时速度方

向垂直时电场力不做功．

1．如图212所示，A、B是一条电场线上的两点，一带正电的点电荷沿电场线从A点

运动到B点，在这个过程中，关于电场力做功的说法正确的是()

图212

A．电场力做正功

B．电场力做负功

C．电场力不做功

D．电场力先做正功后做负功

【解析】正电荷的受力方向与电场线方向相同，则从A到B电场力做正功．选项A

正确．

【答案】A

2．如图213所示，在场强为E的水平匀强电场中，一根长为l的绝缘杆，两端分别

固定着电荷量为＋q和－q的小球(大小不计)．现让绝缘杆绕中点O逆时针转动α角，则转

动过程中两个带电小球克服电场力做功为多少？

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图213

l

【解析】电场力对带正电小球做功为W＝－qE·(1－cosα)．电场力对带负电小球

12

l

做功为W＝－qE·(1－cosα)．转动过程中电场力对两小球做的总功为W＝W＋W＝－

2212

qEl(1－cosα)，即两个带电小球克服电场力做功为qEl(1－cosα)．

【答案】qEl(1－cosα)

在应用公式W＝qEd计算电场力做的功时，必须满足的条件是：

电荷处在匀强电场中；

公式W＝qEd中的d是沿电场线方向上的两点间的距离.

电势能

[先填空]

1．定义

电荷在电场中某点的电势能等于把电荷从该点移到选定的参考点的过程中电场力所做

的功．用E表示．

p

2．电势能的变化与电场力做功的关系

关系式：W＝E－E＝－ΔE

ABpApBpAB

3．电势能的相对性

电势能是相对于参考点而言的，选取不同的参考点，电荷在电场中同一点的电势能的值

不同．

4．电势能变化的绝对性

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电场中两点间的电势能之差与选取的参考点无关．

[再判断]

1．电势能是相对的，规定不同的零势能点，电荷在电场中某点的电势能不同．(√)

2．无论正、负电荷，只要电场力做正功，电荷的电势能一定减少．(√)

3．负电荷顺着电场线的方向移动，电势能减少．(×)

[后思考]

怎样才能确定电荷在电场中某点的电势能？

【提示】(1)先规定零势能点．

(2)电荷在某点的电势能，等于把它从该点移动到零势能位置时电场力所做的功．

[合作探讨]

我们知道重力做正功时，物体的重力势能减小(如图214甲)，当重力做负功时，物体

的重力势能增大(如图乙)．

甲乙

图214

探讨1：当电场力做正功(或负功)时(如图215)，其电势能又是怎样变化的呢？

图215

【提示】电场力做正功电势能减小，电场力做负功电势能增加．

探讨2：若仅有电场力做功，其动能如何变化？

【提示】仅有电场力时，电场力做正功，动能增加；电场内做负功，动能减小．

[核心点击]

1．电势能的特点

(1)电势能是由电场和电荷共同决定的，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)电势能是标量，有正负但没有方向，其正负表示大小．

(3)电势能是相对的，其大小与选定的参考点有关．确定电荷的电势能，首先应确定参

考点，也就是零势能点的位置．

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2．电势能与重力势能的比较

两种势能电势能重力势能

电场中的电荷具有的势能——重力场中的物体具有的势能

定义

电势能——重力势能

系统性电荷和电场物体和地球

电荷在某点的电势能等于把电物体在某点的重力势能等于把

大小的相对性荷从该点移到零势能位置时电物体从该点移到零势能位置时

场力做的功重力做的功

电场力做的功是电势能变化大重力做的功是重力势能变化大

变化大小的量度小的量度，电场力做的功等于电小的量度，重力做的功等于重力

势能的减少量势能的减少量

做功多少只与始末位置有关，与经过的路径无关，且做的功等于势

对应力做功的特点

能的减少量

3．(多选)一个电荷只在电场力作用下从电场中的A点移到B点时，电场力做了5×10－

6J的功，那么()

A．电荷在B处时将具有5×10－6J的电势能

B．电荷在B处将具有5×10－6J的动能

C．电荷的电势能减少了5×10－6J

D．电荷的动能增加了5×10－6J

【解析】根据电场力做功与电势能变化的关系可知，电场力做正功，电势能减小，选

项C正确；根据动能定理外力(电场力)对物体做的功等于物体动能的变化，电场力对物体做

功为5×10－6J，物体的动能就会增加5×10－6J，故选项D正确．

【答案】CD

4．将带电荷量q＝＋1.0×10－8C的点电荷，从无限远处移到匀强电场中的P点，需克

1

服电场力做功2.0×10－6J，q在P点受到的电场力是2.0×10－5N，方向向右．试求：

1

(1)P点场强的大小和方向；

(2)电荷的电势能在移动过程中如何变化？电荷在P点的电势能是多少？

F2.0×10－5

【解析】(1)E＝＝N/C＝2000N/C，方向向右．

q1.0×10－8

1

(2)无穷远处电势能为零，电荷在由无穷远处移到该点过程中电场力做负功，电势能增

加，在P点的电势能等于该过程中克服电场力做的功E＝W＝2.0×10－6J.

pP∞

【答案】(1)2000N/C向右(2)增加2.0×10－6J

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