高中物理第2章电场与示波器2.2研究电场的能的性质（一）学案沪科版选修3_1

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1、2.2　研究电场的能的性质(一)学习目标重点难点1．记住电场力做功和路径无关。2．掌握静电力做功与电势能变化的关系，知道电势能的相对性。3．会用UAB＝进行有关的计算。重点：电场力做功的特点，电场力做功与电势能改变的关系，电势差的概念及定义式。难点：电势差的定义UAB＝的理解。1．研究电场力做功的特点在匀强电场中任意两点间移动电荷时，电场力做的功为W＝qEL，L为两点沿电场方向的距离。因此在任意静电场中，电场力对电荷所做的功跟移动电荷的路径无关。预习交流1如下图所示，匀强电场E中有一绝缘棒长为L，棒两端分别有正、负电荷A、B，带电荷量均为q，问：若要将这两

2、个电荷颠倒一下位置，电场力做功为多少？答案：颠倒两电荷位置，电荷在力的方向上都有位移。又电场力做功与路径无关，只由初末位置来决定，所以对A，WEA＝EqL，电场力方向与位移方向相同，电场力做正功；对B，WEB＝EqL，电场力方向与位移方向也相同，电场力做正功，所以WE＝WEA＋WEB＝2EqL。2．研究电荷在电场中的功能关系(1)电势能①定义：电荷在电场中具有的势能叫做电势能。②大小：电荷在电场中某点的电势能等于电荷从这点移动到选定的参考点的过程中电场力所做的功。③相对性：电荷在电场中具有的电势能具有相对性，规定了参考点(也就是电势能零点)才有具体值。通常

3、取无穷远处或大地的电势能为零。(2)电场力做功与电势能的关系电荷在电场中从A点移动到B点的过程中，电场力所做的功等于电势能的减少量，用公式表示为：WE＝EpA－EpB，若电场力对电荷做正功，则电势能一定减少，电场力做负功时，电势能一定增加。预习交流2一质量为1g的带正电小球，在某竖直方向的电场中，由静止释放，当小球下落10m时，速度为10m/s，求电场力对小球做的功及小球的电势能如何变化？(取g＝10m/s2)答案：电场力对小球做了0.05J的负功，小球的电势能增加了0.05J。解析：对小球进行受力分析，它受到重力和竖直方向的电场力(方向未知可假设向下)，

4、则二力均对小球做功，根据动能定理有WG＋WE＝mv2，WE＝mv2－mgh＝－0.05J。3．电势差(1)定义：物理学中，把电荷从A点移动到B点的过程中电场力所做的功WAB与被移动的电荷的电荷量q的比值叫做A、B两点间的电势差。(2)公式：UAB＝。(3)单位：在国际单位制中电势差的单位是伏特，符号为V,1V＝1J/C。(4)电势差是只有大小的物理量。预习交流3在一次雷雨闪电中，两块云间的电势差约为109V，从一块云移到另一块云的电荷量约为30C。那么这次闪电中放出的能量是多少？答案：E放＝qU＝30×109J＝3×1010J。一、电场力做功的特点如图所示

5、，让试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中沿几条不同的路径从A点移动到B点，求静电力对电荷所做的功。分析三种情况下的做功数据结果，结合具体的问题情景，归纳出相关的物理规律。答案：(1)q沿直线从A移往B，静电力F＝qE，静电力与位移的夹角始终为θ，如图甲所示。W＝F·

6、AB

7、cosθ＝qE·

8、AM

9、。(2)q沿折线AMB从A点移往B点，在线段AM上静电力做功W1＝qE·

10、AM

11、，在线段MB上，W2＝0。W＝W1＋W2＝qE·

12、AM

13、。(3)q沿任意曲线ANB，从A点移动到B点，如图所示，与静电力平行的短折线的长度之和等于

14、AM

15、，W＝qE·

16、AM

17、。结论：静

18、电力对电荷所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。　　如图所示，在场强为E的匀强电场中有相距为L的A、B两点，连线AB与电场线的夹角为θ，将一电荷量为q的正电荷从A点移到B点，若沿直线AB移动该电荷，电场力做的功W1＝________；若沿路径ACB移动该电荷，电场力做的功W2＝________；若沿曲线ADB移动该电荷，电场力做功W3＝________。由此可知电荷在电场中移动时，电场力做功的特点是____________________________________________________________________

19、____。答案：qELcosθ　qELcosθ　qELcosθ　电场力做功的大小与路径无关，与始末位置有关解析：路径AB、ACB、曲线ADB在电场线方向上的投影都是BC＝Lcosθ，因此沿这三条路径电荷由A运动到B，电场力做的功都是qELcosθ，因此电场力做功的特点是：与路径无关，与始末位置有关。(1)静电力对电荷所做的功与电荷的初位置和末位置有关，而与电荷经过的路径无关，这一点与重力做功的情况相似。(2)在只有电场力做功的情况下，电场力做功不改变带电粒子的动能和电势能的总和。(3)静电力做功的特点不仅适用于匀强电场，而且适用于任何电场。二、电荷在电场中

20、的功能关系重力做功对应着重力势能的变化，类似地，静电力做功也对应着