高中物理 第2章 電場(chǎng)與示波器 2.2 研究電場(chǎng)的能的性質(zhì)一學(xué)案 滬科版選修31

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1、2.2研究電場(chǎng)的能的性質(zhì)(一)學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.學(xué)會(huì)探究電場(chǎng)力對(duì)帶電粒子做功的特點(diǎn)，知道電場(chǎng)力做功和路徑無關(guān)(重點(diǎn))2掌握將電場(chǎng)力做功與重力做功進(jìn)行類比的方法，理解電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系，知道電勢(shì)能的相對(duì)性(難點(diǎn))3理解電勢(shì)差的概念，會(huì)用UAB進(jìn)行有關(guān)計(jì)算自 主 預(yù) 習(xí)探 新 知知識(shí)梳理一、研究電場(chǎng)力做功的特點(diǎn)1電場(chǎng)力做功：在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，電場(chǎng)力做功WqELcos .其中為電場(chǎng)力與位移之間的夾角圖2212特點(diǎn)：在電場(chǎng)中移動(dòng)電荷時(shí)，電場(chǎng)力做的功與電荷的起始位置和終止位置有關(guān)，與電荷經(jīng)過的路徑無關(guān)二、研究電場(chǎng)中的功能關(guān)系1電勢(shì)能的概念(1)定義：電荷在電場(chǎng)中具有的勢(shì)能叫作電勢(shì)能(

2、2)大?。弘姾稍陔妶?chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)能等于電荷從這點(diǎn)移動(dòng)到選定的參考點(diǎn)的過程中電場(chǎng)力所做的功(3)相對(duì)性：電荷在電場(chǎng)中具有的電勢(shì)能具有相對(duì)性，規(guī)定了參考點(diǎn)(也就是零電勢(shì)能位置)才有具體值通常取無限遠(yuǎn)處或地球表面的電勢(shì)為零2電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能的關(guān)系(1)公式：WEEpAEpB.(2)電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減少；電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增加三、電勢(shì)差1定義：物理學(xué)中，把叫作電場(chǎng)中A、B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差2定義式：UAB.3單位：國(guó)際單位制中，電勢(shì)差的單位是伏特，符號(hào)是V，1 V1_J/C.4電勢(shì)差是只有大小沒有方向的物理量，是標(biāo)量5物理意義：在電場(chǎng)中如果移動(dòng)1庫(kù)侖正電荷從一點(diǎn)到另一點(diǎn)，電場(chǎng)力所做的功是1焦耳，這

3、兩點(diǎn)間的電勢(shì)差就是1伏特基礎(chǔ)自測(cè)1思考判斷(正確的打“”，錯(cuò)誤的打“”)(1)在非勻強(qiáng)電場(chǎng)中移動(dòng)電荷，電場(chǎng)力做功與路徑有關(guān)()(2)規(guī)定不同的零勢(shì)能點(diǎn)，電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)能都是相同的()(3)電場(chǎng)力對(duì)電荷做正功時(shí)，電勢(shì)能減小()(4)電勢(shì)差UAB等于將電荷q從A點(diǎn)移到B點(diǎn)時(shí)電場(chǎng)力所做的功()(5)電子伏(eV)是能量的單位()(6)電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)差一定為正，電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)差一定為負(fù)()【提示】(1)在任何電場(chǎng)中電場(chǎng)力做功都與路徑無關(guān)(2)電勢(shì)能的大小是相對(duì)的，規(guī)定的零勢(shì)能點(diǎn)不同，電荷的電勢(shì)能不同(4)UAB.(6)電勢(shì)差的正負(fù)與電場(chǎng)力做功的正負(fù)及電荷的正負(fù)都有關(guān)系2電場(chǎng)中有A、B兩

4、點(diǎn)，在將某電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)的過程中，電場(chǎng)力對(duì)該電荷做了正功，則下列說法中正確的是()A該電荷是正電荷，且電勢(shì)能減少B該電荷是負(fù)電荷，且電勢(shì)能增加C該電荷電勢(shì)能增加，但不能判斷是正電荷還是負(fù)電荷D該電荷電勢(shì)能減少，但不能判斷是正電荷還是負(fù)電荷D電場(chǎng)力對(duì)電荷做正功，則電勢(shì)能減少，但不能確定該電荷的正、負(fù)，故D正確3.電場(chǎng)中有A、B兩點(diǎn)，一個(gè)點(diǎn)電荷在A點(diǎn)的電勢(shì)能為1.2108 J，在B點(diǎn)的電勢(shì)能為8.0109 J已知A、B兩點(diǎn)在同一條電場(chǎng)線上，如圖222所示，該點(diǎn)電荷的電荷量為1.0109 C，那么() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：69682055】圖222A該電荷為負(fù)電荷B該電荷為正電荷CA、B兩點(diǎn)的電勢(shì)差UAB

5、4.0 VD把電荷從A移到B，電場(chǎng)力做功為W4.0 JA點(diǎn)電荷在A點(diǎn)的電勢(shì)能大于在B點(diǎn)的電勢(shì)能，從A到B電場(chǎng)力做正功，所以該電荷一定為負(fù)電荷，且WABEpAEpB1.2108 J8.0109 J4.0109 J，故A項(xiàng)正確，B、D項(xiàng)錯(cuò)誤；UABV4.0 V，所以C項(xiàng)錯(cuò)誤合 作 探 究攻 重 難電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化1電場(chǎng)力做功的特點(diǎn)電場(chǎng)力對(duì)電荷所做的功，與電荷的初末位置有關(guān)，與電荷經(jīng)過的路徑無關(guān)(1)在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，電場(chǎng)力做功為WqEL，其中L為電荷沿電場(chǎng)線方向上的位移(2)電場(chǎng)力做功與重力做功相似，只由初末位置決定，移動(dòng)電荷q的過程中電場(chǎng)力做的功是確定值2電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系電場(chǎng)力做功

6、與重力做功類似，與路徑無關(guān)，取決于初末位置，類比重力勢(shì)能引入了電勢(shì)能的概念電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系是電場(chǎng)力做功必然引起電勢(shì)能的變化(1)電場(chǎng)力做功一定伴隨著電勢(shì)能的變化，電勢(shì)能的變化只有通過電場(chǎng)力做功才能實(shí)現(xiàn)，與其他力是否做功及做功多少無關(guān)(2)電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能一定減??；電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能一定增大電場(chǎng)力做功的值等于電勢(shì)能的變化量，即：WABEpAEpB.(多選)帶電粒子以速度v0沿豎直方向垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)E中，如圖223所示，經(jīng)過一段時(shí)間后，其速度變?yōu)樗椒较?，大小仍為v0，則一定有()圖223A電場(chǎng)力大于重力B電場(chǎng)力所做的功大于重力所做的功C粒子運(yùn)動(dòng)的水平位移大小等于豎直位移大小D

7、電勢(shì)能的減小量一定等于重力勢(shì)能的增大量思路點(diǎn)撥：帶電粒子運(yùn)動(dòng)過程中，涉及重力和電場(chǎng)力做功重力做負(fù)功使重力勢(shì)能增加，電場(chǎng)力做正功使電勢(shì)能減少CD設(shè)粒子運(yùn)動(dòng)的水平位移、豎直位移大小分別為L(zhǎng)、L，由st知LL，C對(duì)由動(dòng)能定理得：qELmgL0，故mgEq，A、B錯(cuò)又重力勢(shì)能的增加量為mgL，電勢(shì)能的減小量為EqL，故D對(duì)電場(chǎng)中的功能關(guān)系(1)電場(chǎng)力做功對(duì)應(yīng)電勢(shì)能的變化例題中電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減少(2)重力做功只對(duì)應(yīng)重力勢(shì)能的變化(3)合外力做功對(duì)應(yīng)動(dòng)能的變化例題中動(dòng)能的變化量等于重力和電場(chǎng)力做功的代數(shù)和針對(duì)訓(xùn)練1地球表面附近某區(qū)域存在大小為150 N/C、方向豎直向下的電場(chǎng)一質(zhì)量為1.00104

8、kg、帶電荷量為1.00107 C的小球從靜止釋放，在電場(chǎng)區(qū)域內(nèi)下落10.0 m對(duì)此過程，該小球的電勢(shì)能和動(dòng)能的改變量分別為(重力加速度大小取9.80 m/s2，忽略空氣阻力)()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：69682056】A1.50104 J和9.95103 JB1.50104 J和9.95103 JC1.50104 J和9.65103 JD1.50104 J和9.65103 JD設(shè)小球下落的高度為h，則電場(chǎng)力做的功W1qEh1.5104 J，電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增加，所以電勢(shì)能增加1.5104 J；重力做的功W2mgh9.8103 J，合力做的功WW1W29.65103 J，根據(jù)動(dòng)能定理可知EkW9.65

9、103 J，因此D項(xiàng)正確2. (多選)如圖224是某種靜電礦料分選器的原理示意圖，帶電礦粉經(jīng)漏斗落入水平勻強(qiáng)電場(chǎng)后，分落在收集板中央的兩側(cè)對(duì)礦粉分離的過程中，下列表述正確的有()圖224A帶正電的礦粉落在右側(cè)B電場(chǎng)力對(duì)礦粉做正功C帶負(fù)電的礦粉電勢(shì)能變大D帶正電的礦粉電勢(shì)能變小BD由題圖可知，電場(chǎng)方向水平向左，帶正電的礦粉所受電場(chǎng)力方向與電場(chǎng)方向相同，所以落在左側(cè)；帶負(fù)電的礦粉所受電場(chǎng)力方向與電場(chǎng)方向相反，所以落在右側(cè)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤無論礦粉所帶電性如何，礦粉均向所受電場(chǎng)力方向偏轉(zhuǎn)，電場(chǎng)力均做正功，選項(xiàng)B正確電勢(shì)能均變小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確電勢(shì)差的理解和應(yīng)用1電勢(shì)差與電勢(shì)能的比較電勢(shì)差UAB電勢(shì)

10、能Ep反映電場(chǎng)的能的性質(zhì)的物理量電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)所具有的電勢(shì)能電場(chǎng)中兩點(diǎn)間的電勢(shì)差，只跟電場(chǎng)本身有關(guān)，跟點(diǎn)電荷q無關(guān)電勢(shì)能大小是由點(diǎn)電荷電量q和該點(diǎn)電勢(shì)共同決定的電勢(shì)差與零勢(shì)能點(diǎn)的選取無關(guān)，與電場(chǎng)和A、B兩點(diǎn)位置有關(guān)，跟電荷無關(guān)對(duì)于正點(diǎn)電荷，電勢(shì)能的正負(fù)跟電勢(shì)的正負(fù)相同；對(duì)于負(fù)點(diǎn)電荷，電勢(shì)能的正負(fù)跟電勢(shì)的正負(fù)相反單位：伏特(V)單位：焦耳(J)聯(lián)系：qUABEpAEpB2應(yīng)用公式WABqUAB應(yīng)注意的問題(1)公式WABqUAB，既適用于勻強(qiáng)電場(chǎng)，也適用于非勻強(qiáng)電場(chǎng)(2)三個(gè)物理量都是標(biāo)量，但都有正負(fù)，在計(jì)算時(shí)會(huì)涉及正、負(fù)號(hào)的問題在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)符號(hào)的處理有兩種方法：計(jì)算時(shí)將各物理量的正、負(fù)號(hào)代

11、入直接參與運(yùn)算，得出的結(jié)果是正是負(fù)一目了然計(jì)算時(shí)各物理量均代入絕對(duì)值，不涉及正負(fù)號(hào)，計(jì)算完成后再判斷出結(jié)果是正還是負(fù)如圖225，一質(zhì)量為m、電荷量為q(q0)的粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，A、B為其運(yùn)動(dòng)軌跡上的兩點(diǎn)，已知該粒子在A點(diǎn)的速度大小為v0，方向與電場(chǎng)方向的夾角為60，它運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)速度方向與電場(chǎng)方向的夾角為30，不計(jì)重力，求A、B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差圖225思路點(diǎn)撥：不計(jì)粒子重力，粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)過程中只有電場(chǎng)力做功電場(chǎng)力做功WqUAB，根據(jù)動(dòng)能定理可以確定A、B間的電勢(shì)差【解析】粒子在A點(diǎn)的速度大小為v0，在豎直方向上的速度分量為v0sin 60，當(dāng)它運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)，豎直方向上的速度分量為vBs

12、in 30，粒子在豎直方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，故v0sin 60vBsin 30，解得vBv0由動(dòng)能定理可得qUABmvmv，解得UAB.【答案】靜電場(chǎng)中功能關(guān)系問題的三種情況(1)合力做功等于物體動(dòng)能的變化量，即W合Ek.這里的W合指合外力做的功(2)電場(chǎng)力做功決定物體電勢(shì)能的變化量，即WABEpAEpBEp.這與重力做功和重力勢(shì)能變化之間的關(guān)系類似(3)只有電場(chǎng)力做功時(shí)，帶電體電勢(shì)能與動(dòng)能的總量不變，即Ep1Ek1Ep2Ek2.這與只有重力做功時(shí)，物體的機(jī)械能守恒類似針對(duì)訓(xùn)練3在電場(chǎng)中把一個(gè)電荷量為6106C的負(fù)電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，克服電場(chǎng)力做功3105J，再將電荷從B點(diǎn)移到C點(diǎn)，電場(chǎng)力做功

13、1.2105J，求A與B、B與C、A與C間的電勢(shì)差【導(dǎo)學(xué)號(hào)：69682057】【解析】電荷從A移到B時(shí)，克服電場(chǎng)力做功，表示電場(chǎng)力做負(fù)功，因此WAB3105 J，電荷從B移到C，WBC1.2105 J.根據(jù)電荷移動(dòng)時(shí)電場(chǎng)力做的功和電勢(shì)差的關(guān)系得：UAB V5 VUBC V2 VUACUABUBC5 V(2 V)3 V.【答案】5 V2 V3 V當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)固 雙 基1某電場(chǎng)的一條電場(chǎng)線如圖226所示，在正電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)的過程中()圖226A電場(chǎng)力對(duì)電荷做正功B電場(chǎng)力對(duì)電荷不做功C電荷克服電場(chǎng)力做功D電勢(shì)能增加A正電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減小，故A正確2如圖227所示，空間

14、中的M、N處存在兩個(gè)被固定的、等量同種正點(diǎn)電荷，在它們的連線上有A、B、C三點(diǎn)，已知MACNNB，MANA.現(xiàn)有一正點(diǎn)電荷q，關(guān)于在電場(chǎng)中移動(dòng)電荷q，下列說法中正確的是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：69682058】圖227A沿半圓弧l將q從B點(diǎn)移到C點(diǎn)，電場(chǎng)力不做功B沿曲線r將q從B點(diǎn)移到C點(diǎn)，電場(chǎng)力做正功C沿曲線s將q從A點(diǎn)移到C點(diǎn)，電場(chǎng)力不做功D沿直線將q從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電場(chǎng)力做負(fù)功B電場(chǎng)是由M和N處兩個(gè)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)疊加而成的電場(chǎng)力做功與路徑無關(guān)，與初未位置有關(guān)正電荷從B點(diǎn)到C點(diǎn)，N處的點(diǎn)電荷不做功，M處點(diǎn)電荷做正功，所以合電場(chǎng)力做正功，選項(xiàng)A錯(cuò)，B對(duì)A點(diǎn)和B點(diǎn)關(guān)于兩個(gè)等量正點(diǎn)電荷對(duì)稱分布，所以正電荷從

15、A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)，電場(chǎng)力不做功，選項(xiàng)D錯(cuò)由于正電荷從A移動(dòng)到B電場(chǎng)力不做功，從B到C電場(chǎng)力做正功，所以從A到C電場(chǎng)力做正功，選項(xiàng)C錯(cuò)3.如圖228所示，在場(chǎng)強(qiáng)E104 N/C的水平勻強(qiáng)電場(chǎng)中，有一根長(zhǎng)l15 cm的細(xì)線，一端固定在O點(diǎn)，另一端系一個(gè)質(zhì)量m3 g、電荷量q2106 C的小球，當(dāng)細(xì)線處于水平位置時(shí)，小球從靜止開始釋放，則小球到達(dá)最低點(diǎn)B時(shí)的速度是多大？圖228【解析】根據(jù)動(dòng)能定理得mglqElmv2，解得v1 m/s.【答案】1 m/s我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)，需要轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，改變粗放式增長(zhǎng)模式，不斷優(yōu)化經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)健康可持續(xù)發(fā)展進(jìn)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展，推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化，推動(dòng)城鄉(xiāng)發(fā)展一體化因：我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展還面臨區(qū)域發(fā)展不平衡、城鎮(zhèn)化水平不高、城鄉(xiāng)發(fā)展不平衡不協(xié)調(diào)等現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)。