人教版 (2019)必修 第三册1 电势能和电势学案设计

这是一份人教版 (2019)必修 第三册1 电势能和电势学案设计，共18页。
知识点一 静电力做功的特点
[观图助学]
两辆完全相同的小汽车从山脚下的同一地点，沿不同的路径到山顶，重力做功一样吗？
如图，在电场强度为E的匀强电场中，一个点电荷＋q沿不同路径(①沿电场方向，②沿折线ACB，③沿曲线ADB)从A点移动到B点，分析讨论沿不同路径静电力做功相同吗？静电力对电荷做功的特点与上述重力做功的特点相同吗？
1.静电力做功：在匀强电场中，静电力做功W＝qElcs θ。其中θ为静电力与位移方向之间的夹角。
2.静电力做功的特点：在静电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，与电荷经过的路径无关。
[思考判断]
(1)只要电荷在电场中移动，静电力一定做功。(×)
(2)静电力做功与重力做功类似，与初末位置有关，与路径无关。(√)
(3)电荷从电场中的A点运动到B点，路径不同，静电力做功不同。(×)
知识点二 电势能
[观图助学]
一个试探电荷在匀强电场中某点由静止释放，它将如何运动？动能将如何变化？(不计重力)是什么能转化为试探电荷的动能的呢？
1.电势能：电荷在电场中具有的势能，用Ep表示。
2.静电力做功与电势能变化的关系：静电力做的功等于电势能的减少量。
表达式：WAB＝EpA－EpB。eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(静电力做正功，电势能减少；,静电力做负功，电势能增加。))
3.电势能的大小：电荷在某点的电势能，等于把它从这点移动到零势能位置时静电力做的功EpA＝WA0。
4.零势能位置：电场中规定的电势能为零的位置，通常把离场源电荷无穷远处或大地处的电势能规定为零。
[思考判断]
(1)某点的场强为零，电荷在该点的电势能一定为零。(×)
(2)正电荷和负电荷沿着电场线运动，电势能均减小。(×)
(3)电荷在电势高处具有的电势能一定大。(×)
知识点三 电 势
[观图助学]

1.定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值。
2.公式：φ＝eq \f(Ep,q)。
3.单位：国际单位制中，电势的单位是伏特，符号是V，1 V＝1 J/C。
4.特点：(1)相对性：电场中各点电势的高低，与所选取的零电势的位置有关，一般情况下取无穷远或地球为零电势位置。
(2)标矢性：电势是标量，只有大小，没有方向，但有正负。
5.与电场线关系：沿电场线方向电势逐渐降低。
[思考判断]
(1)电场线密集处场强大，电势高。(×)
(2)某一点的电势为零，其场强一定为零。(×)
(3)某点的电势为零，电荷在该点的电势能一定为零。(√)
一电荷在某电场中运动了一周又回到出发点，由功的定义式可知，电荷运动一周位移为0，故静电力对该电荷一定不做功。
电势能有正负，电势能为正值时，表明电荷在该处电势能大于零；当电势能为负值时，表明电荷在该处电势能比零小。
在电场中确定的两点间移动等量的正、负电荷时，静电力做功的绝对值相等，正负不同，电势能的变化量相等，增减情况相反。
电势具有相对性，与零势面的选择有关。
φ＝eq \f(Ep,q)是电势的定义式。电场中某点处φ的大小是由电场本身决定的，与在该点处是否放入试探电荷、电荷的电性、电荷量均无关。
核心要点 静电力做功与电势能
[观察探究]
(1)如图所示，试探电荷q在电场强度为E的匀强电场中，沿直线从A移动到B，静电力做的功为多少？若q沿折线AMB从A点移动到B点，静电力做的功为多少？
(2)若q沿任意曲线从A点移动到B点，静电力做的功为多少？由此可得出什么结论？
(3)对比静电力做功和重力做功的特点，它们有什么相同之处？重力做功引起重力势能的变化，静电力做功引起什么能的变化？
答案 (1)静电力F＝qE，静电力与位移夹角为θ，静电力对试探电荷q做的功W＝F·|AB|cs θ＝qE·|AM|。在线段AM上静电力做的功W1＝qE·|AM|，在线段MB上静电力做的功W2＝0，总功W＝W1＋W2＝qE·|AM|。
(2)W＝qE·|AM|。电荷在匀强电场中沿不同路径由A点运动到B点，静电力做功相同。说明静电力做功与路径无关，只与初、末位置有关。
(3)静电力做功与重力做功都与路径无关，静电力做功引起电势能的变化。
[探究归纳]
1.静电力做功的特点
(1)静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，但与具体路径无关，这与重力做功特点相似。
(2)静电力做功的特点不受物理条件限制，不管静电力是否变化，是否是匀强电场，是直线运动还是曲线运动，静电力做功的特点不变。
2.电势能
(1)电势能Ep是由电场和电荷共同决定的，是属于电荷和电场所共有的，我们习惯上说成电荷在电场中某点的电势能。
(2)电势能是相对的，其大小与选定的参考点有关。确定电荷的电势能，首先应确定参考点，也就是零势能点的位置。
(3)电势能是标量，有正负但没有方向。在同一电场中，电势能为正值表示电势能大于参考点的电势能，电势能为负值表示电势能小于参考点的电势能。
3.静电力做功与电势能变化的关系
(1)WAB＝EpA－EpB。
静电力做正功，电势能减小；静电力做负功，电势能增加。
(2)在同一电场中，正电荷在电势高的地方电势能大，而负电荷在电势高的地方电势能小。
[试题案例]
[例1] (多选)如图，直线上有O、a、b、c四点，ab间的距离与bc间的距离相等。在O点处固定正点电荷，若一带负电的粒子仅在静电力作用下先从c点运动到b点，再从b点运动到a点，则( )
A.两过程中静电力做的功相等
B.前一过程中静电力做的功大于后一过程中静电力做的功
C.前一过程中，粒子电势能不断减小
D.后一过程中，粒子动能不断增加
解析 因O点处的点电荷带正电，则场强方向由a指向c，带负电的粒子从c向a运动，静电力做正功，已知ab＝bc，因ab间场强大于bc间场强，由W＝qEl定性分析，WcbEB
B.点电荷带正电，EAφB
D.点电荷带正电，φAφB，EA>EB B.φA>φB，EAφB，电子电势能Ep＝－eφ，电势能是标量，所以一定有EpA