靜電力做功與電勢(shì)能 高一下學(xué)期物理魯科版（2019）必修第三冊(cè)

第二章

電勢(shì)能與電勢(shì)差第1節(jié)靜電力做功與電勢(shì)能1.通過(guò)計(jì)算在勻強(qiáng)電場(chǎng)中移動(dòng)電荷靜電力所做的功，認(rèn)識(shí)靜電力做功與路徑無(wú)關(guān)的特點(diǎn)。2.通過(guò)類比重力勢(shì)能引入電勢(shì)能，了解電荷在電場(chǎng)中的電勢(shì)能，知道靜電力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系。問(wèn)題：一個(gè)帶正電的試探電荷在勻強(qiáng)電場(chǎng)中某點(diǎn)由靜止釋放，若只受靜電力作用，將如何運(yùn)動(dòng)?動(dòng)能如何變化？E在電場(chǎng)力作用下電荷加速運(yùn)動(dòng)，試探電荷的動(dòng)能增加.+F思考：是什么能轉(zhuǎn)化為試探電荷的動(dòng)能呢?01靜電力做功的特點(diǎn)思考與討論：

重力做功：W=mghh是高度差靜電力做功：W=qEdd是位移重力做功具有跟路徑無(wú)關(guān)的特點(diǎn)，靜電力做功是否也具有這一特點(diǎn)?MEABθ+qF問(wèn)題1：將正的檢驗(yàn)電荷q從A沿直線移至B，求電場(chǎng)力的功W=F·|AB|cosθ=q

E·|AM|問(wèn)題2：將正的檢驗(yàn)電荷q從A沿折線移至B，求電場(chǎng)力的功對(duì)AM:W1=qE·|AM|對(duì)MB:W2=0對(duì)全程:W=W1+W2=qE·|AM|MEABθ++qF問(wèn)題3：將正的檢驗(yàn)電荷q從A沿曲線移至B，求電場(chǎng)力的功W=W1+W2+W3+…

=qE·|AM|W1=q

E

·x1W2=qE·x2W3=qE·x3…………x1+x2+x3+…=?M?EAB+qFEAB+qF+qF+qF+qFMx1x2x3QPFΔd在勻強(qiáng)電場(chǎng)中移動(dòng)電荷時(shí)，靜電力的功與電荷的起始位置和終止位置有關(guān)，但與電荷經(jīng)過(guò)的路徑無(wú)關(guān)。此結(jié)論對(duì)于非勻強(qiáng)電場(chǎng)也適用這與什么力做功相似呢？沿任意路徑靜電力做功:W任意=qE·|AM|W任意

=qELcosθ(θ為力與位移之間的夾角)mgqE重力做功類比電場(chǎng)做功功和能量的變化密切相關(guān)。重力做功對(duì)應(yīng)著重力勢(shì)能的變化，那么，靜電力做功又對(duì)應(yīng)著哪種形式的能量變化呢？1.定義：電荷在電場(chǎng)中具有的勢(shì)能叫電勢(shì)能，用Ep

表示。2.靜電力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系：靜電力做功等于電勢(shì)能的減少量（1）當(dāng)WAB>0，則EpA>EpB,表明電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減??；（2）當(dāng)WAB<0，則EpA<EpB,表明電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增加。02電勢(shì)能3.電勢(shì)能具有相對(duì)性，與零勢(shì)能點(diǎn)的選取有關(guān)通常把電荷在離場(chǎng)源電荷無(wú)限遠(yuǎn)處或大地表面的電勢(shì)能規(guī)定為0。

4.電勢(shì)能的大?。弘姾稍谀滁c(diǎn)的電勢(shì)能，等于把它從這點(diǎn)移動(dòng)到零勢(shì)能位置時(shí)靜電力做的功。

5.電勢(shì)能是標(biāo)量，但有正負(fù)。6.電勢(shì)能具有系統(tǒng)性是相互作用的電荷所共有的，或是電荷及對(duì)它作用的電場(chǎng)所共有的取無(wú)窮遠(yuǎn)處為零電勢(shì)能點(diǎn)，A、B兩點(diǎn)的電荷qA、qB

的電勢(shì)能分別等于將qA、qB由A、B兩點(diǎn)沿任意路徑移到無(wú)窮遠(yuǎn)處?kù)o電力做的功，即EpA

=WA∞，EpB=WB∞。對(duì)比項(xiàng)電勢(shì)能重力勢(shì)能定義電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)時(shí)所具有的勢(shì)能物體因被舉高而具有的勢(shì)能系統(tǒng)電荷與電場(chǎng)物體與地球能量來(lái)源電荷與電場(chǎng)間的相互作用物體與地球間的重力相互作用相對(duì)性具有相對(duì)性，需先確定零勢(shì)能面具有相對(duì)性，需先確定零勢(shì)能面（通常取地面或無(wú)窮遠(yuǎn)處）做功與勢(shì)能變化電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減??；電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增加重力做正功，重力勢(shì)能減?。恢亓ψ鲐?fù)功，重力勢(shì)能增加做功特點(diǎn)與路徑無(wú)關(guān)，只與始末位置有關(guān)與路徑無(wú)關(guān)，只與始末位置的高度差有關(guān)例題：如圖所示，兩塊平行金屬板間距離為4cm，電場(chǎng)強(qiáng)度為5×105N/C。一電子沿電場(chǎng)線從正極板運(yùn)動(dòng)到負(fù)極板時(shí)，靜電力做了多少功？它的電勢(shì)能怎樣變化？若規(guī)定負(fù)極板為零電勢(shì)能點(diǎn)，電子在正極板的電勢(shì)能多大？（電子電荷量的大小為1.60×10-19

C）解：已知E

=5×105N/C，q=1.60×10-19

C，d=0.04m。電子從正極板運(yùn)動(dòng)到負(fù)極板過(guò)程中，所受靜電力方向與位移方向相反，靜電力做的功

W=qEdcos180°=-1.60×10-19×5×105×0.04J=-3.2×10-15J所以，電子的電勢(shì)能增大了3.2×10-15J。若規(guī)定負(fù)極板為零電勢(shì)能點(diǎn)，電子在正極板具有的電勢(shì)能Ep=W=-3.2×10-15J負(fù)號(hào)表示電子在正極板的電勢(shì)能比在負(fù)極板的電勢(shì)能小。策略提煉靜電力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系，和重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系類似。不管是正電荷還是負(fù)電荷，只要靜電力對(duì)電荷做正功，電荷的電勢(shì)能就減小；靜電力對(duì)電荷做負(fù)功，電荷的電勢(shì)能就增大。1.如圖所示，電場(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，帶電荷量為+q的電荷沿直線AB、折線ACB、曲線ANB運(yùn)動(dòng)，已知AB長(zhǎng)為d，關(guān)于靜電力做的功和大小關(guān)系，下列說(shuō)法正確的是（）A．沿折線ACB運(yùn)動(dòng)時(shí)，靜電力做功最多B．沿直線AB運(yùn)動(dòng)時(shí)，靜電力做功最少C．沿直線ANB運(yùn)動(dòng)時(shí)，靜電力做功做多D．這三種運(yùn)動(dòng)路徑，靜電力所做的功一樣多D2.如圖所示,有一帶電的微粒,在電場(chǎng)力的作用下沿曲線從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn),則微粒(

)A.帶負(fù)電,電勢(shì)能增加B.帶負(fù)電,電勢(shì)能減少C.帶正電,電勢(shì)能增加D.帶正電,電勢(shì)能減少D3.如圖所示，水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中有一絕緣斜面，一帶電滑塊以Ek0=40J的初動(dòng)能從斜面底端a沖上斜面，到頂端b后返回。已知滑塊從a滑到b的過(guò)程中克服摩擦力做功15J，克服重力做功30J，則（）A．滑塊帶正電，上滑過(guò)程中電勢(shì)能增加5JB．滑塊上滑過(guò)程中機(jī)械能增加10JC．滑塊下滑過(guò)程中機(jī)械能減少20JD．滑塊返回到斜面底端時(shí)動(dòng)能為10JD4.將帶電荷量為6×10－6C的負(fù)電荷從電場(chǎng)中的A點(diǎn)移到B點(diǎn)，克服靜電力做了3×10－5J的功，再?gòu)腂移到C，靜電力做了1.2×10－5J的功，則：(1)電荷從A移到C的整個(gè)過(guò)程中電勢(shì)能改變了多少？答案(1)電勢(shì)能增加了1.8×10－5J。(2)EpB＝3×10－5J，EpC＝1.8×10－5J。(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？(3)如果規(guī)定B點(diǎn)的電勢(shì)能為零，則