2018-2019學年高中物理 第2章 電場與示波器 2.2 研究電場的能的性質(zhì)（一）學案 滬科版選修3-1.doc

2.2研究電場的能的性質(zhì)(一)學 習 目 標知 識 脈 絡1.學會探究電場力對帶電粒子做功的特點，知道電場力做功和路徑無關(重點)2掌握將電場力做功與重力做功進行類比的方法，理解電場力做功與電勢能變化的關系，知道電勢能的相對性(難點)3理解電勢差的概念，會用UAB進行有關計算自 主 預 習探 新 知知識梳理一、研究電場力做功的特點1電場力做功：在勻強電場中，電場力做功WqELcos .其中為電場力與位移之間的夾角圖2212特點：在電場中移動電荷時，電場力做的功與電荷的起始位置和終止位置有關，與電荷經(jīng)過的路徑無關二、研究電場中的功能關系1電勢能的概念(1)定義：電荷在電場中具有的勢能叫作電勢能(2)大小：電荷在電場中某點的電勢能等于電荷從這點移動到選定的參考點的過程中電場力所做的功(3)相對性：電荷在電場中具有的電勢能具有相對性，規(guī)定了參考點(也就是零電勢能位置)才有具體值通常取無限遠處或地球表面的電勢為零2電場力做功與電勢能的關系(1)公式：WEEpAEpB.(2)電場力做正功，電勢能減少；電場力做負功，電勢能增加三、電勢差1定義：物理學中，把叫作電場中A、B兩點間的電勢差2定義式：UAB.3單位：國際單位制中，電勢差的單位是伏特，符號是V，1 V1_J/C.4電勢差是只有大小沒有方向的物理量，是標量5物理意義：在電場中如果移動1庫侖正電荷從一點到另一點，電場力所做的功是1焦耳，這兩點間的電勢差就是1伏特基礎自測1思考判斷(正確的打“”，錯誤的打“”)(1)在非勻強電場中移動電荷，電場力做功與路徑有關()(2)規(guī)定不同的零勢能點，電荷在電場中某點的電勢能都是相同的()(3)電場力對電荷做正功時，電勢能減小()(4)電勢差UAB等于將電荷q從A點移到B點時電場力所做的功()(5)電子伏(eV)是能量的單位()(6)電場力做正功，電勢差一定為正，電場力做負功，電勢差一定為負()【提示】(1)在任何電場中電場力做功都與路徑無關(2)電勢能的大小是相對的，規(guī)定的零勢能點不同，電荷的電勢能不同(4)UAB.(6)電勢差的正負與電場力做功的正負及電荷的正負都有關系2電場中有A、B兩點，在將某電荷從A點移到B點的過程中，電場力對該電荷做了正功，則下列說法中正確的是()A該電荷是正電荷，且電勢能減少B該電荷是負電荷，且電勢能增加C該電荷電勢能增加，但不能判斷是正電荷還是負電荷D該電荷電勢能減少，但不能判斷是正電荷還是負電荷D電場力對電荷做正功，則電勢能減少，但不能確定該電荷的正、負，故D正確3.電場中有A、B兩點，一個點電荷在A點的電勢能為1.2108 J，在B點的電勢能為8.0109 J已知A、B兩點在同一條電場線上，如圖222所示，該點電荷的電荷量為1.0109 C，那么() 【導學號：69682055】圖222A該電荷為負電荷B該電荷為正電荷CA、B兩點的電勢差UAB4.0 VD把電荷從A移到B，電場力做功為W4.0 JA點電荷在A點的電勢能大于在B點的電勢能，從A到B電場力做正功，所以該電荷一定為負電荷，且WABEpAEpB1.2108 J8.0109 J4.0109 J，故A項正確，B、D項錯誤；UABV4.0 V，所以C項錯誤合 作 探 究攻 重 難電場力做功與電勢能變化1電場力做功的特點電場力對電荷所做的功，與電荷的初末位置有關，與電荷經(jīng)過的路徑無關(1)在勻強電場中，電場力做功為WqEL，其中L為電荷沿電場線方向上的位移(2)電場力做功與重力做功相似，只由初末位置決定，移動電荷q的過程中電場力做的功是確定值2電場力做功與電勢能變化的關系電場力做功與重力做功類似，與路徑無關，取決于初末位置，類比重力勢能引入了電勢能的概念電場力做功與電勢能變化的關系是電場力做功必然引起電勢能的變化(1)電場力做功一定伴隨著電勢能的變化，電勢能的變化只有通過電場力做功才能實現(xiàn)，與其他力是否做功及做功多少無關(2)電場力做正功，電勢能一定減??；電場力做負功，電勢能一定增大電場力做功的值等于電勢能的變化量，即：WABEpAEpB.(多選)帶電粒子以速度v0沿豎直方向垂直進入勻強電場E中，如圖223所示，經(jīng)過一段時間后，其速度變?yōu)樗椒较颍笮∪詾関0，則一定有()圖223A電場力大于重力B電場力所做的功大于重力所做的功C粒子運動的水平位移大小等于豎直位移大小D電勢能的減小量一定等于重力勢能的增大量思路點撥：帶電粒子運動過程中，涉及重力和電場力做功重力做負功使重力勢能增加，電場力做正功使電勢能減少CD設粒子運動的水平位移、豎直位移大小分別為L、L，由st知LL，C對由動能定理得：qELmgL0，故mgEq，A、B錯又重力勢能的增加量為mgL，電勢能的減小量為EqL，故D對電場中的功能關系(1)電場力做功對應電勢能的變化例題中電場力做正功，電勢能減少(2)重力做功只對應重力勢能的變化(3)合外力做功對應動能的變化例題中動能的變化量等于重力和電場力做功的代數(shù)和針對訓練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一質(zhì)量為1.00104 kg、帶電荷量為1.00107 C的小球從靜止釋放，在電場區(qū)域內(nèi)下落10.0 m對此過程，該小球的電勢能和動能的改變量分別為(重力加速度大小取9.80 m/s2，忽略空氣阻力)()【導學號：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設小球下落的高度為h，則電場力做的功W1qEh1.5104 J，電場力做負功，電勢能增加，所以電勢能增加1.5104 J；重力做的功W2mgh9.8103 J，合力做的功WW1W29.65103 J，根據(jù)動能定理可知EkW9.65103 J，因此D項正確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)漏斗落入水平勻強電場后，分落在收集板中央的兩側(cè)對礦粉分離的過程中，下列表述正確的有()圖224A帶正電的礦粉落在右側(cè)B電場力對礦粉做正功C帶負電的礦粉電勢能變大D帶正電的礦粉電勢能變小BD由題圖可知，電場方向水平向左，帶正電的礦粉所受電場力方向與電場方向相同，所以落在左側(cè)；帶負電的礦粉所受電場力方向與電場方向相反，所以落在右側(cè)，選項A錯誤無論礦粉所帶電性如何，礦粉均向所受電場力方向偏轉(zhuǎn)，電場力均做正功，選項B正確電勢能均變小，選項C錯誤，選項D正確電勢差的理解和應用1電勢差與電勢能的比較電勢差UAB電勢能Ep反映電場的能的性質(zhì)的物理量電荷在電場中某點所具有的電勢能電場中兩點間的電勢差，只跟電場本身有關，跟點電荷q無關電勢能大小是由點電荷電量q和該點電勢共同決定的電勢差與零勢能點的選取無關，與電場和A、B兩點位置有關，跟電荷無關對于正點電荷，電勢能的正負跟電勢的正負相同；對于負點電荷，電勢能的正負跟電勢的正負相反單位：伏特(V)單位：焦耳(J)聯(lián)系：qUABEpAEpB2應用公式WABqUAB應注意的問題(1)公式WABqUAB，既適用于勻強電場，也適用于非勻強電場(2)三個物理量都是標量，但都有正負，在計算時會涉及正、負號的問題在實際應用中對符號的處理有兩種方法：計算時將各物理量的正、負號代入直接參與運算，得出的結(jié)果是正是負一目了然計算時各物理量均代入絕對值，不涉及正負號，計算完成后再判斷出結(jié)果是正還是負如圖225，一質(zhì)量為m、電荷量為q(q>0)的粒子在勻強電場中運動，A、B為其運動軌跡上的兩點，已知該粒子在A點的速度大小為v0，方向與電場方向的夾角為60，它運動到B點時速度方向與電場方向的夾角為30，不計重力，求A、B兩點間的電勢差圖225思路點撥：不計粒子重力，粒子在電場中運動過程中只有電場力做功電場力做功WqUAB，根據(jù)動能定理可以確定A、B間的電勢差【解析】粒子在A點的速度大小為v0，在豎直方向上的速度分量為v0sin 60，當它運動到B點時，豎直方向上的速度分量為vBsin 30，粒子在豎直方向上做勻速直線運動，故v0sin 60vBsin 30，解得vBv0由動能定理可得qUABmvmv，解得UAB.【答案】靜電場中功能關系問題的三種情況(1)合力做功等于物體動能的變化量，即W合Ek.這里的W合指合外力做的功(2)電場力做功決定物體電勢能的變化量，即WABEpAEpBEp.這與重力做功和重力勢能變化之間的關系類似(3)只有電場力做功時，帶電體電勢能與動能的總量不變，即Ep1Ek1Ep2Ek2.這與只有重力做功時，物體的機械能守恒類似針對訓練3在電場中把一個電荷量為6106C的負電荷從A點移到B點，克服電場力做功3105J，再將電荷從B點移到C點，電場力做功1.2105J，求A與B、B與C、A與C間的電勢差【導學號：69682057】【解析】電荷從A移到B時，克服電場力做功，表示電場力做負功，因此WAB3105 J，電荷從B移到C，WBC1.2105 J.根據(jù)電荷移動時電場力做的功和電勢差的關系得：UAB V5 VUBC V2 VUACUABUBC5 V(2 V)3 V.【答案】5 V2 V3 V當 堂 達 標固 雙 基1某電場的一條電場線如圖226所示，在正電荷從A點移到B點的過程中()圖226A電場力對電荷做正功B電場力對電荷不做功C電荷克服電場力做功D電勢能增加A正電荷從A點移到B點，電場力做正功，電勢能減小，故A正確2如圖227所示，空間中的M、N處存在兩個被固定的、等量同種正點電荷，在它們的連線上有A、B、C三點，已知MACNNB，MA<NA.現(xiàn)有一正點電荷q，關于在電場中移動電荷q，下列說法中正確的是()【導學號：69682058】圖227A沿半圓弧l將q從B點移到C點，電場力不做功B沿曲線r將q從B點移到C點，電場力做正功C沿曲線s將q從A點移到C點，電場力不做功D沿直線將q從A點移到B點，電場力做負功B電場是由M和N處兩個點電荷的電場疊加而成的電場力做功與路徑無關，與初未位置有關正電荷從B點到C點，N處的點電荷不做功，M處點電荷做正功，所以合電場力做正功，選項A錯，B對A點和B點關于兩個等量正點電荷對稱分布，所以正電荷從A點移動到B點，電場力不做功，選項D錯由于正電荷從A移動到B電場力不做功，從B到C電場力做正功，所以從A到C電場力做正功，選項C錯3.如圖228所示，在場強E104 N/C的水平勻強電場中，有一根長l15 cm的細線，一端固定在O點，另一端系一個質(zhì)量m3 g、電荷量q2106 C的小球，當細線處于水平位置時，小球從靜止開始釋放，則小球到達最低點B時的速度是多大？圖228【解析】根據(jù)動能定理得mglqElmv2，解得v1 m/s.【答案】1 m/s