高中物理 2.1 电场力做功与电势差课件 鲁科版选修31.ppt

第2章电势能与电势差 第1节电场力做功与电势能 第2章电势能与电势差 学习目标1 知道电场力做功的特点和电势能的定义 2 理解电场力做功与电势能变化的关系 3 了解类比方法在物理学中的应用 学会运用其研究物理问题 第2章电势能与电势差 一 电场力做功的特点1 在匀强电场中 电场力做的功为w qed 其中d为电荷的始末位置 的距离 2 在电场中移动电荷时 电场力做功与 无关 只与 有关 沿场强方向 路径 始末位置 二 电势能1 定义电荷在电场中某点的电势能等于把电荷从这点移到选定的 的过程中电场力所做的功 参考点 减少 增加 3 电势能的相对性电势能是相对于 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是 4 电势能变化的绝对性电场中两点间的电势能之差与选取的 无关 参考点 不同的 参考点 1 对电场力做功的特点的理解 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 电场力做功的特点不变 电场力做功的理解 2 电场力做功正负的判断 1 若电场力是恒力 当电场力方向与电荷位移方向夹角为锐角时 电场力做正功 夹角为钝角时电场力做负功 夹角为直角时电场力不做功 2 若电场力是变力 当电场力方向与电荷运动方向夹角为锐角时 电场力做正功 夹角为钝角时 电场力做负功 3 电场力做功的计算方法 1 用功的定义来计算 由功的公式w fscos 来计算 此公式只适用于匀强电场 又可变形为w qes 式中e为匀强电场的电场强度 s为电荷在电场方向上的位移 2 用电势能的变化来计算 wab epa epb 3 用动能定理来计算 w电场力 w非电场力 ek 如图所示 一根绝缘杆长l 两端分别带有等量异种电荷 电荷量为q 杆处于纸面内时 匀强电场的方向与杆的方向成角度 60 若场强为e 使杆沿顺时针方向转过60 角时 电场力一共做了多少功 思路探究 判断电场力做功正 负的方法是什么 如何计算总功 名师归纳匀强电场中电场力做的功等于电场力与沿场强方向位移的乘积 电场力方向和位移方向相同 电场力做正功 相反做负功 1 如图所示 是以 q为圆心的一组同心圆 虚线 电场中有a b c d四点 现将一带正电荷q的点电荷由a点沿不同的路径移动到d点 沿路径 静电力做功为w1 沿路径 静电力做功为w2 沿路径 静电力做功为w3 则 a w2w3 w1d 因不知道 q的具体数值 故无法作出判断 b 解析 因为电场力做功只与始末位置有关 而与电荷运动路径无关 故沿三条路径由a移到d的过程中 电场力做功相等 选项b正确 电势能的理解 1 电势能的大小 1 计算方法 电荷在某点的电势能等于把它从该点移到零电势能位置时电场力所做的功 2 决定因素 电场和电荷 电量和电性 2 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 我们习惯上叫做电荷的电势能 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 3 电势能和重力势能的对比 电场中的电荷具有的势能 重力场中的物体具有的势能 电荷和电场 物体和地球 电荷在某点的电势能等于把电荷从该点移到零势能位置时静电力做的功 物体在某点的重力势能等于把物体从该点移到零势能位置时重力做的功 电场力做的功是电势能变化大小的量度 静电力做的功等于电势能的减少量 重力做的功是重力势能变化大小的量度 重力做的功等于重力势能的减少量 做功多少只与始末位置有关 与经过的路径无关 且功等于势能的减少量 特别提醒 1 电荷在电场中某点的电势能的大小与零电势点的选取有关 具有相对性 但电荷在某两点之间的电势能之差与零电势点的选取无关 具有绝对性 2 通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为零 或把电荷在大地表面上的电势能规定为零 3 静电力做的功只能决定电势能的变化量 而不能决定电荷的电势能的数值 有一带电荷量为q 3 10 6c的点电荷 从电场中的a点移动到b点时 克服电场力做功为6 10 4j 从b点移动到c点时电场力做功9 10 4j 则 1 以b点为零电势能点 电荷在a点时的电势能epa是多少 2 如果选c点为零电势能点 则电荷在a点时的电势能epa又是多少 解析 1 以b点为零电势能点 电荷由a点移动到b点的过程中 电场力做功 6 10 4j 即wab 6 10 4j 由wab epa epb epb 0j epa wab 6 10 4j 得电荷在a点的电势能为 6 10 4j 2 以c点为零电势能点 根据wab epa epb wbc epb epc 得wac wab wbc 因为电荷从a点移动到c点电场力做功为3 10 4j 又wac epa epc 所以电荷在a点的电势能为3 10 4j 答案 1 6 10 4j 2 3 10 4j 规律总结对电势能的大小wab epa epb的应用应把握以下两点 1 规定b点为参考点 即b点的电势能为零 epb 0 则epa wab 2 wab epa epb既适用于匀强电场 也适用于非匀强电场 既适用于正电荷 也适用于负电荷 2 如图所示 匀强电场中带电荷量为 q的电荷从b运动到a 电场力做功wba 1 6 10 3j a点定为零势能点 问 1 b点的电势能为多少 2 若将电荷改为带电荷量为q的负电荷 其他条件不变 b点的电势能又为多少 解析 1 wba epb epa 又epa 0 所以epb wba 1 6 10 3j 2 改为负电荷后 因电场力反向 所以有 wba wba 1 6 10 3j wba epb epa 所以epb 1 6 10 3j 答案 1 1 6 10 3j 2 1 6 10 3j 比较电势能大小的方法1 做功判断法 无论正 负电荷 电场力做正功 电荷从电势能较大的地方移向电势能较小的地方 反之 如果电荷克服电场力做功 那么电荷将从电势能较小的地方移向电势能较大的地方 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 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 范例 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 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的正确说法有 a 放上 q时 它们的电势能epa epb epcb 放上 q时 它们的电势能epaepb epcd 放上 q时 它们的电势能epa epb epc ad 思路点拨 解此题的关键有两点 1 电场力做功与电势能的变化关系 2 电荷在