2018-2019學(xué)年滬科選修3-1 2.2　研究電場(chǎng)的能的性質(zhì)(一) 學(xué)案

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)力做功和途徑無關(guān)重點(diǎn)2掌握將電場(chǎng)力做功與重力做功進(jìn)展類比的方法，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)展有關(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)中挪動(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)過的途徑無關(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

2、具有的勢(shì)能叫作電勢(shì)能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)挪動(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)能位置才有詳細(xì)值通常取無限遠(yuǎn)處或地球外表的電勢(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)中假如挪動(dòng)1庫侖正電荷從一點(diǎn)到另一點(diǎn)，電場(chǎng)力所做的功是1焦耳，

3、這兩點(diǎn)間的電勢(shì)差就是1伏特根底自測(cè)1考慮判斷正確的打“，錯(cuò)誤的打“×1在非勻強(qiáng)電場(chǎng)中挪動(dòng)電荷，電場(chǎng)力做功與途徑有關(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)能都是一樣的×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)力做功都與途徑無關(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

4、荷的正負(fù)都有關(guān)系2電場(chǎng)中有A、B兩點(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，那么以下說法中正確的選項(xiàng)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，那么電勢(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1.2×108 J，在B點(diǎn)的電勢(shì)能為8.0×109 JA、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1.0×109 C，那么 【導(dǎo)

5、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UAB4.0 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WABEpAEpB1.2×108 J8.0×109 J4.0×109 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)過的途徑無關(guān)1在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，電場(chǎng)力做功為WqEL，其

6、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，挪動(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)力做功與重力做功類似，與途徑無關(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.多項(xiàng)選擇帶電粒子以速度v0沿豎直方向垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)E中，如圖2­2­

7、;3所示，經(jīng)過一段時(shí)間后，其速度變?yōu)槌潭确较?，大小仍為v0，那么一定有圖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)的程度位移大小等于豎直位移大小D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)的程度位移、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

8、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地球外表附近某區(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1.00×104 kg、帶電荷量為1.00×107 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】A1.50×104 J和9.95×103 JB1.50×104 J和9.95×103 JC1.50×104 J和9.65×103 JD1

9、.50×104 J和9.65×103 JD設(shè)小球下落的高度為h，那么電場(chǎng)力做的功W1qEh1.5×104 J，電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增加，所以電勢(shì)能增加1.5×104 J；重力做的功W2mgh9.8×103 J，合力做的功WW1W29.65×103 J，根據(jù)動(dòng)能定理可知EkW9.65×103 J，因此D項(xiàng)正確2. 多項(xiàng)選擇如圖2­2­4是某種靜電礦料分選器的原理示意圖，帶電礦粉經(jīng)漏斗落入程度勻強(qiáng)電場(chǎng)后，分落在搜集板中央的兩側(cè)對(duì)礦粉別離的過程中，以下表述正確的有圖2­2­4A帶正電的礦粉落

10、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)方向程度向左，帶正電的礦粉所受電場(chǎng)力方向與電場(chǎng)方向一樣，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)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、

11、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)一樣；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)絡(luò)：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qq>0的粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，A、B為

12、其運(yùn)動(dòng)軌跡上的兩點(diǎn)，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vBsin 30°，粒子在豎直方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，故v0sin 60°vBsin 30°，解得vBv0由動(dòng)能

13、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6×106C的負(fù)電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，抑制電場(chǎng)力做功3×105J，再將電荷從B點(diǎn)移到C點(diǎn)，電場(chǎng)力做功1.2×105J，求A與B、B與C、A與C間的電勢(shì)差【導(dǎo)學(xué)號(hào)：6968205

14、7】【解析】電荷從A移到B時(shí)，抑制電場(chǎng)力做功，表示電場(chǎng)力做負(fù)功，因此WAB3×105 J，電荷從B移到C，WBC1.2×105 J.根據(jù)電荷挪動(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 V2 V3 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電荷抑制電場(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2­

15、2­7所示，空間中的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)，MACNNB，MA<NA.現(xiàn)有一正點(diǎn)電荷q，關(guān)于在電場(chǎng)中挪動(dòng)電荷q，以下說法中正確的選項(xiàng)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)力做功與途徑無關(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A點(diǎn)挪動(dòng)到B點(diǎn)，電場(chǎng)力不做功，選項(xiàng)D錯(cuò)