2013-2014学年高中物理鲁科版选修31第2章21电场力做功与电势能

1、第1节 电场力做功与电势能,1知道电场力做功特点和电势能的概念 2理解电场力做功与电势能变化的关系 3了解类比法在物理学中的应用，学会运用类比法研究物理问题，培养自主学习的能力.,qEd,路径,初末位置,重力,电场,变化量的负值,WEp,无穷远处,零电势能,Ep0,一、电场力做功特点的理解和做功正负的判断方法 1对电场力做功特点的理解 (1)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该结论既适用于匀强电场又适用于非匀强电场，即适用于任何静电场 (2)无论带电体在电场中做直线运动还是做曲线运动，无论带电体只受电场力作用还是受多个力作用，无论电场力做正功还是做负功，电场力做功

2、的特点不变,2电场力做功正负的判断 (1)根据电场力和位移的方向夹角判断，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时电场力做正功，夹角为钝角时电场力做负功 (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变化电场力的做功情况，夹角是锐角电场力做正功，夹角是钝角电场力做负功，电场力和瞬时速度方向垂直电场力不做功,(3)根据电势能的变化情况判断，由电场力做功与电势能变化的关系可知：若电势能增加，则电场力做负功；若电势能减小，则电场力做正功 (4)若物体只受静电力作用，可根据动能的变化情况判断，根据动能定理，若物体的动能增加，则电场力做正功；若物体的动能减少，则电场力

3、做负功,二、电场力做功与电势能变化的关系 1电势能的定义 电荷在电场中某点的电势能等于电荷从这点移到选定的参考点的过程中电场力所做的功，电势能用Ep表示 2电势能的大小 类比重力做功与重力势能变化的关系 若规定在B点电势能为0，EpB0，则EpAWAB，即电荷在电场中某点电势能的大小，等于电场力把它从该点移动到零势能位置时所做的功,3电场力做的功与电势能变化的关系 电场力做的功等于电势能变化的负值，WABEAB(EpBEpA)EpAEpB.即电场力做了多少正功，电势能就减少多少；电场力做了多少负功，电势能就增加多少,三、比较电荷在电场中某两点电势能大小的方法 1做功判断法 无论正、负电荷，电场

4、力做正功，电势能就减小，电场力做负功，电势能就增大 2电场线法 正电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐减小；逆着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大 负电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大；逆着电场线的方向移动时，电势能逐渐减小,3由公式Epq判断 设AB，当q0时，qAqB，即EpAEpB.当q0时，qAqB即EpAEpB，可总结为正电荷在电势高的地方电势能大，而负电荷在电势高的地方电势能小 4场源电荷判断法 离场源正电荷越近，试探正电荷的电势能越大，试探负电荷的电势能越小离场源负电荷越近，试探正电荷的电势能越小，试探负电荷的电势能越大,5能量守恒法 只有电场力做功时，电荷的动能和电势

5、能互相转化，由此可由动能的变化确定电势能变化，即只有电场力做功时，动能减少多少，电势能就增加多少，反之，动能增加多少，电势能就减少多少,【典例1】 如图213所示，在静电场中，一个负电荷q受到一个非静电力作用，由A点移动到B点，则下列说法正确的是 ( ),A非静电力和电场力做功之和等于电荷电势能增量和动能增量之和 B非静电力做功等于电势能增量和动能增量之和 C电荷克服电场力做功等于电势能的增量 D非静电力做功和电场力做功之和等于电荷动能的增量 解析 根据动能定理，合外力对电荷所做的功等于电荷动能的增量，对电荷和电场组成的系统而言，非静电力是外力，非静电力对电荷做了多少正功，系统能量(电势能和电

6、荷动能)就增加多少据电场力做功与电势能变化的关系(WFE)，及电场力对电荷做负功，得电荷克服电场力做功等于电荷电势能的增量所以B、C、D对,答案 BCD 借题发挥 功是能量转化的量度，但要理解并区别电场力的功与电势能变化的关系、合外力的功与动能变化的关系(动能定理)，即搞清功与能的变化的对应关系,【变式1】 如果把q1.0108 C的电荷从无穷远处移到电场中的A点，需要克服电场力做功W1.2104 J，那么： (1)q在A点的电势能和A点的电势各是多少？ (2)q在未移入电场前A点的电势是多少？,(2)A点的电势是由电场本身决定的，跟A点是否有电荷存在无关，所以q在移入电场前，A点的电势仍为1

7、.2104 V. 答案 (1)1.2104 J 1.2104 V (2)1.2104 V,【典例2】 如图214所示，一个质量为m、带有电荷量为q的小物体，可以在水平轨道Ox上运动，O端有一与轨道垂直的固定墙轨道处于匀强电场中，场强大小为E，方向沿Ox轴正方向，小物体以速度v0从A点沿Ox轨道运动，运动时受到大小不变的摩擦力f的作用，且fqE；设小物体与墙碰撞时不损失机械能，且电荷量保持不变，求它在停止运动前所通过的总路程s.,思路点拨：由题给条件确定物体最终状态及所受各力做功情况，选择合适的规律列式求解,借题发挥 电场力做功与力学知识的综合问题，仍然是力学中牛顿第二定律、动能定理、能量守恒定

8、律的应用，其解题思路和解题步骤与力学中的完全相同，要灵活应用电场力做功与路径无关这一重要特点,【变式2】 如图215所示，实线是一个电场中的电场线，虚线是一个负的试探电荷在这个电场中仅在电场力作用下运动的轨迹，若电荷是从a处运动到b处，以下判断正确的是 ( ) A电荷从a到b加速度减小 B电荷在b处电势能大 C电场方向沿电场线向下 D电荷在b处速度小,解析 由题图可知b处的电场线比a处的电场线密，说明b处的场强大于a处的场强，电荷在b处受到的电场力大于a处的电场力根据牛顿第二定律，试探电荷在b处的加速度大于在a处的加速度，A选项错由图可知，电荷做曲线运动，受到的电场力的方向应沿电场线指向运动轨

9、迹弯曲的方向因为试探电荷带负电，所以电场强度方向沿电场线向上，C选项错误根据试探电荷的位移与所受电场力的夹角大于90，可知电荷由a到b过程中电场力对试探电荷做负功，可判断由a到b过程中电荷的电势能增加，B选项正确又因电场力做功与路径无关，系统的能量守恒，电势能增加则动能减小，即速度减小，D选项正确 答案 BD,A若把一正的点电荷从M点沿直线移到N点，则静电力对该电荷做正功，电势能减小 B若把一正的点电荷从M点沿直线移到N点，则该电荷克服静电力做功，电势能增加 C若把一负的点电荷从M点沿直线移到N点，则静电力对该电荷做正功，电势能减小 D若把一负的点电荷从M点沿直线移到N点，再从N点沿不同路径移

10、回到M点，则该电荷克服静电力做的功等于静电力对该电荷所做的功，电势能不变,解析 由点电荷产生的电场的特点可知，M点的电势高，N点的电势低，所以正电荷从M点到N点，静电力做正功，电势能减小，故A对、B错；负电荷由M点到N点，克服静电力做功，电势能增加，故C错；静电力做功与路径无关，负点电荷又回到M点，则整个过程中静电力不做功，电势能不变，故D对 答案 AD,2如图21虚线7所示为静电场中的等势面1、2、3、4，相邻的等势面之间的电势差相等，其中等势面3的电势为0.一带正电的点电荷在静电力的作用下运动，经过a、b点时的动能分别为26 eV和5 eV.当这一点电荷运动到某一位置其电势能变为8 eV时，它的动能就为( ) A8 eV B15 eV C20 eV D34 eV,解析 设相邻的等势面之间的电势差为U，电荷从a点运动到b点，动能减少，电势能增加，电场力对电荷做负功设电荷电量为q.电场力对物体做功W3qU.根据动能定理有3qUEkbEka，qU7 eV.当点电荷a运动到等势面3时，有2qUEk3Eka Ek3Eka2qU26 eV27 eV12 eV. 电荷在等势面3的总能量 E3Ek3Ep312 eV012 eV.,又电荷在运动过程中，只有电场力对其做功，其动能与电势能之和保持不变，当电荷运动到某一位置时，其电势能为8 eV，总能量为12 eV，其动能为20