2017屆高中物理第2章電勢(shì)能與電勢(shì)差第1講電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能學(xué)案魯科版選修.docx

第1講電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能目標(biāo)定位1.知道電場(chǎng)力做功的特點(diǎn)和電勢(shì)能的概念.2.理解電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系一、電場(chǎng)力做功的特點(diǎn)1在電場(chǎng)中，把點(diǎn)電荷q直接由A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)，電場(chǎng)力做功WqEd；將q先沿直線AC移動(dòng)到C點(diǎn)，然后沿直線CB移動(dòng)到B點(diǎn)，電場(chǎng)線做的功WqEd；如果沿任意路徑(如圖1中曲線)由A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)，電場(chǎng)力做的功WqEd.圖12在電場(chǎng)中移動(dòng)電荷時(shí)，電場(chǎng)力做功與路徑無(wú)關(guān)，只與始末位置有關(guān)想一想電場(chǎng)力做功的特點(diǎn)，與你以前學(xué)過(guò)的哪個(gè)力做功的特點(diǎn)最為相似？答案重力二、電勢(shì)能1概念：電荷在電場(chǎng)中也具有勢(shì)能，這種勢(shì)能叫做電勢(shì)能2大?。弘姾稍陔妶?chǎng)中某點(diǎn)具有的電勢(shì)能等于把電荷從該點(diǎn)移到選定的參考點(diǎn)的過(guò)程中電場(chǎng)力所做的功3電勢(shì)能與電場(chǎng)力做功的關(guān)系：電場(chǎng)力做的功等于電勢(shì)能的減少量，用公式表示W(wǎng)ABEpAEpB.4電勢(shì)能的相對(duì)性：選擇不同的零勢(shì)能點(diǎn)，電荷在電場(chǎng)中同一點(diǎn)的電勢(shì)能的值是不同的(填“相同”或“不同”)想一想在電場(chǎng)中確定的兩點(diǎn)移動(dòng)等量的正、負(fù)電荷時(shí)，電場(chǎng)力做功和電勢(shì)能的變化有何差異？答案電場(chǎng)力做功的絕對(duì)值相等，正負(fù)不同，電勢(shì)能的變化量相等，增減情況相反一、電場(chǎng)力做功的特點(diǎn)1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(guò)的路徑無(wú)關(guān)該結(jié)論既適用于勻強(qiáng)電場(chǎng)又適用于非勻強(qiáng)電場(chǎng)，既適用于直線運(yùn)動(dòng)又適用于曲線運(yùn)動(dòng)2在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，電場(chǎng)力做的功為WqEd，其中d為沿電場(chǎng)線方向的位移在非勻強(qiáng)電場(chǎng)中可以用WqEd進(jìn)行定性討論例1如圖2所示，電荷q射入一固定的點(diǎn)電荷Q的電場(chǎng)中，僅受電場(chǎng)力的作用，先后經(jīng)過(guò)a點(diǎn)和b點(diǎn)，圖中虛線表示其運(yùn)動(dòng)軌跡a、b兩點(diǎn)到點(diǎn)電荷Q的距離分別為ra和rb，且rb2ra，則()圖2Aa點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度是b點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的2倍B電場(chǎng)力對(duì)電荷q先做正功后做負(fù)功C電場(chǎng)力對(duì)電荷q先做負(fù)功后做正功D帶電粒子的動(dòng)能先減小后增大答案CD解析根據(jù)Ek知，rb2ra，a點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度是b點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的4倍A錯(cuò)誤軌跡彎曲大致指向合力的方向，知電荷所受的電場(chǎng)力背離點(diǎn)電荷，可知電場(chǎng)力先做負(fù)功后做正功B錯(cuò)誤，C正確根據(jù)動(dòng)能定理知，粒子的動(dòng)能先減小后增大，D正確故選C、D.針對(duì)訓(xùn)練如圖3所示，在等量異種電荷形成的電場(chǎng)中，畫(huà)一正方形ABCD，對(duì)角線AC與兩點(diǎn)電荷連線重合，兩對(duì)角線交點(diǎn)O恰為電荷連線的中點(diǎn)下列說(shuō)法中正確的是()圖3AB、D兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度相同BA點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大于C點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度且兩點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度方向相同C一電子沿BCOD路徑移動(dòng)到D點(diǎn)，電場(chǎng)力一直做正功D一電子沿對(duì)角線BOD路徑移動(dòng)電場(chǎng)力不做功答案AD解析由于B、D兩點(diǎn)處在等量異種電荷的中垂線上，且關(guān)于O點(diǎn)對(duì)稱(chēng)，因此其場(chǎng)強(qiáng)大小相等，方向均水平向右，A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度與C點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等、方向相同故A正確，B錯(cuò)誤電子沿BCOD路徑移動(dòng)到D點(diǎn)，電場(chǎng)力做負(fù)功，先靠近負(fù)電荷，后遠(yuǎn)離負(fù)電荷，電場(chǎng)力做正功，因此電場(chǎng)力先做負(fù)功，后做正功，C錯(cuò)誤從B到D的過(guò)程中，速度方向始終與電場(chǎng)線方向垂直，故電場(chǎng)力不做功，故D正確故選A、D.二、對(duì)電勢(shì)能的理解1系統(tǒng)性：電勢(shì)能由電場(chǎng)和電荷共同決定，但我們習(xí)慣說(shuō)成電場(chǎng)中的電荷所具有的2相對(duì)性：電勢(shì)能是一個(gè)相對(duì)量，電勢(shì)能的大小與零勢(shì)能點(diǎn)的選取有關(guān)，因此確定電荷的電勢(shì)能首先應(yīng)確定零勢(shì)能點(diǎn)的位置3標(biāo)量性：電勢(shì)能是標(biāo)量，有正負(fù)、無(wú)方向電勢(shì)能為正值表示電勢(shì)能大于參考點(diǎn)的電勢(shì)能，電勢(shì)能為負(fù)值表示電勢(shì)能小于參考點(diǎn)的電勢(shì)能4電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能的關(guān)系：電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減少，減少的電勢(shì)能等于電場(chǎng)力做的功電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增加，增加的電勢(shì)能等于克服電場(chǎng)力做的功，即WABEpAEpB.例2如圖4所示，O、A、B為一直線上的三點(diǎn)，OAAB，在O處固定一個(gè)點(diǎn)電荷Q，若一點(diǎn)電荷q放在A、B兩點(diǎn)所受庫(kù)侖力分別為FA、FB，電勢(shì)能分別為EPA、EPB，則()圖4AFA2FBBFA4FBCEPAEPBDEPAEPB答案BD解析根據(jù)庫(kù)侖定律Fk，電荷間的庫(kù)侖力與距離的平方成反比，故FA4FB，故A錯(cuò)誤，B正確；將點(diǎn)電荷q從A移動(dòng)到B，電場(chǎng)力做正功，故電勢(shì)能減小，故EPAEPB，故C錯(cuò)誤，D正確故選B、D.例3將帶電荷量為6106C的負(fù)電荷從電場(chǎng)中的A點(diǎn)移到B點(diǎn)，克服電場(chǎng)力做了3105J的功，再?gòu)腂移到C，電場(chǎng)力做了1.2105J的功，則：(1)電荷從A移到B，再?gòu)腂移到C的過(guò)程中電勢(shì)能共改變了多少；(2)如果規(guī)定A點(diǎn)的電勢(shì)能為零，則該電荷在B點(diǎn)和C點(diǎn)的電勢(shì)能分別為多少答案見(jiàn)解析解析(1)WACWABWBC(31051.2105) J1.8105J.可見(jiàn)電勢(shì)能增加了1.8105J.(2)如果規(guī)定A點(diǎn)的電勢(shì)能為零，由公式得該電荷在B點(diǎn)的電勢(shì)能為EpBEpAWAB0WAB3105J.同理，C點(diǎn)的電勢(shì)能為EpCEpAWAC0WAC1.8105J.電場(chǎng)力做功的特點(diǎn)1如圖5所示，固定在Q點(diǎn)的正點(diǎn)電荷的電場(chǎng)中有M、N兩點(diǎn)，已知WbcBWabWbcCWabWbcD無(wú)法比較答案C解析由電場(chǎng)線的疏密可知，a點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)最小，c點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)最大，位移相同時(shí)，bc段受到的平均電場(chǎng)力大，所以WabEb，再由a知，A項(xiàng)正確；電場(chǎng)力的方向指向曲線的內(nèi)側(cè)，即沿電場(chǎng)線指向左，粒子從a運(yùn)動(dòng)到b處，電場(chǎng)力做負(fù)功，動(dòng)能減小，電勢(shì)能增大，所以B、D項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò)誤.8如圖5所示，帶正電的點(diǎn)電荷固定于Q點(diǎn)，電子在庫(kù)侖力作用下，做以Q為焦點(diǎn)的橢圓運(yùn)動(dòng)M、P、N為橢圓上的三點(diǎn)，P點(diǎn)是軌道上離Q最近的點(diǎn)電子在從M經(jīng)P到達(dá)N點(diǎn)的過(guò)程中()圖5A速率先增大后減小B速率先減小后增大C電勢(shì)能先減小后增大D電勢(shì)能先增大后減小答案AC解析由運(yùn)動(dòng)規(guī)律可知，由MPN的過(guò)程中電場(chǎng)力先做正功后做負(fù)功，速率先增大后減少，電勢(shì)能先減小后增大，動(dòng)能先增大后減小，故A、C正確題組三綜合應(yīng)用9如圖6所示，空間有一水平勻強(qiáng)電場(chǎng)，在豎直平面內(nèi)有初速度為v0的帶電微粒，只受電場(chǎng)力和重力作用，沿圖中虛線由A運(yùn)動(dòng)至B，其能量變化情況是()圖6A動(dòng)能減少，重力勢(shì)能增加，電勢(shì)能減少B動(dòng)能減少，重力勢(shì)能增加，電勢(shì)能增加C動(dòng)能不變，重力勢(shì)能增加，電勢(shì)能減少D動(dòng)能增加，重力勢(shì)能增加，電勢(shì)能減少答案B解析A項(xiàng)，微粒沿直線運(yùn)動(dòng)，受到的電場(chǎng)力水平向左，合力與v0反向，由AB電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增加，故A錯(cuò)B項(xiàng)，重力、電場(chǎng)力都做負(fù)功，重力勢(shì)能、電勢(shì)能都增加，動(dòng)能減少，故B對(duì)C項(xiàng)，合外力與v0反向，對(duì)粒子做負(fù)功，動(dòng)能減少，故C錯(cuò)D項(xiàng)，合外力做負(fù)功、動(dòng)能減少、電場(chǎng)力做負(fù)功、電勢(shì)能增加，故D錯(cuò)10如圖7所示，A、B兩點(diǎn)各放一電荷量均為Q的等量異種電荷，有一豎直放置的光滑絕緣細(xì)桿在兩電荷連線的垂直平分線上，a、b、c是桿上的三點(diǎn)，且abbcl，b、c關(guān)于兩電荷連線對(duì)稱(chēng)質(zhì)量為m、帶正電荷q的小環(huán)套在細(xì)桿上，自a點(diǎn)由靜止釋放，則()圖7A小環(huán)通過(guò)b點(diǎn)時(shí)速度為B小環(huán)通過(guò)c點(diǎn)時(shí)速度為C小環(huán)從b到c速度可能先減小后增大D小環(huán)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)答案AD解析中垂線上各點(diǎn)的合場(chǎng)強(qiáng)均為水平向右，與小環(huán)的運(yùn)動(dòng)方向垂直不做功，故小環(huán)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)故有v2gl，即vb，A、D正確v2g2lvc2，B錯(cuò)11如圖8所示，在場(chǎng)強(qiáng)為5105N/C的勻強(qiáng)電場(chǎng)中有A、B兩點(diǎn)，它們之間的距離為2cm，兩點(diǎn)的連線與場(chǎng)強(qiáng)方向成60角將一個(gè)電荷量為2105C的電荷由A移到B，問(wèn)：圖8(1)在此過(guò)程中，電場(chǎng)力對(duì)該電荷做了多少功；(2)電荷的電勢(shì)能如何變化，變化了多少答案(1)0.1J(2)增加0.1J解析(1)電場(chǎng)力對(duì)電荷做的功WqELcos600.1J(2)電荷的電勢(shì)能增加，增加了0.1J.12如圖9所示，絕緣水平面上固定一帶電量為4Q的質(zhì)點(diǎn)B，與它相距r處放一質(zhì)量為m、電荷量為Q的質(zhì)點(diǎn)A，它與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，現(xiàn)將A