高中物理人教版 (2019)必修 第三册1 电势能和电势学案

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册1 电势能和电势学案，共14页。学案主要包含了静电力做功的特点，电势能，电势等内容，欢迎下载使用。
一、静电力做功的特点
1．静电力做功：在匀强电场中，静电力做功W＝qEl cs θ，其中θ为________________之间的夹角．
静电力可类比重力理解
2．特点：在匀强电场中移动电荷时，静电力所做的功与电荷的起始位置和终止位置________，与电荷经过的路径________．
二、电势能
可类比重力势能理解
1．电势能：电荷在________中具有的势能，可用Ep表示．
与零电势能的选择无关
2．静电力做功与电势能变化的关系：WAB＝EpA－EpB.
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________位置时静电力所做的功．
4．零势能位置的规定：通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为0，或把电荷在大地表面上的电势能规定为0.
三、电势
可类比重力场中的高度
1．电场中某一点的电势：电荷在电场中某一点的________与它的________之比，即φ＝________．
2．单位：伏特，符号为________．
1 V的物理意义：在电场中的某一点，如果电荷量为________的电荷在这点的电势能是________，这一点的电势就是1 V，即1 V＝1 J/C.
3．标矢性：电势只有大小，没有方向，是标量．
4．沿着电场线方向电势逐渐________．
【情境思考】
如图，医用口罩由多层织物材料构成，其中有一层熔喷布经过特殊工艺处理后成为驻极体材料，这层材料表面长期带有正电荷，能有效吸附细小的粉尘，而这些粉尘通常是细菌和病毒传播的载体．判断以下问题．
(1)被吸附的粉尘带正电．( )
(2)粉尘在靠近熔喷布的过程中电场力做正功．( )
(3)粉尘在靠近熔喷布的过程中电势能增加．( )
拓展1 静电力做功与重力做功比较
重力做正功，重力势能减小
静电力做正功，电势能减小
重力做负功，重力势能增加
静电力做负功，电势能增加
拓展2
由力做功特点不同划分：一类以重力为代表，做功大小与路径无关；另一类以滑动摩擦力为代表，做功大小与路径有关．
拓展3 φ＝与E＝的应用特点
通常情况下，由电势的定义式φ＝计算或判断电势与电势能关系时，Ep、φ、q要代入正、负号运算．由电场强度的定义式E＝计算时不需要代入正、负号，都取绝对值运算即可．
拓展4 为什么沿电场线方向电势降低？
如图所示，正电荷从A运动到B，静电力做正功，电势能减少，由φ＝知，电势也降低；负电荷从A运动到B，静电力做负功，电势能增加，由φ＝知，电势降低．
结论：沿电场线方向电势一定降低，与试探电荷的电性无关．
目标一 静电力做功的特点
【导思】
当物体的高度发生变化时，重力会对物体做功，如图所示，把质量为m的物体沿着不同路径从A移到B，重力做功是否相等？重力做功有什么特点？那么静电力做功有什么特点呢？




【归纳】
1．静电力做功的特点：静电力对电荷所做的功，与电荷在电场中的初、末位置有关，与电荷经过的路径无关．
提醒：这个结论既适用于匀强电场，也适用于非匀强电场．
2．静电力做功正、负的判断
(1)电荷做直线运动：根据静电力和位移方向的夹角判断．若静电力和位移方向的夹角为锐角，静电力做正功；夹角为钝角，静电力做负功；静电力和位移方向垂直时，静电力不做功．
(2)电荷做曲线运动：根据静电力和瞬时速度方向的夹角判断．静电力和瞬时速度方向的夹角为锐角时，静电力做正功；夹角为钝角时，静电力做负功；夹角为90°时，静电力不做功．
(3)若物体只受静电力作用，可根据动能的变化情况判断．若物体的动能增加，则静电力做正功；若物体的动能减少，则静电力做负功．
【典例】——————————————————○
例1.粗细均匀的圆形绝缘环位于空间直角坐标系中的xOy平面内，其几何中心与坐标原点O重合，处于每个象限的圆环都均匀带有相同电量的电荷，电性如图所示．点1、2，3、4，5、6分别位于z、x、y轴上，它们与原点O间距相同，以下说法正确的是( )
A．把一个正电荷沿z轴从点2移动到点1，电场力先做正功再做负功
B．把一个正电荷沿x轴从点4移动到点3，电场力先做正功再做负功
C．把一个正电荷沿直线从点4移动到点6，电场力先做正功再做负功
D．把一个正电荷沿直线从点5移动到点1，电场力先做正功再做负功
例2.图中的虚线为真空中两个半径相同的带电金属球体之间的部分电场线，电场线关于两球心连线的垂直平分线OO′对称，a和a′、b和b′分别关于OO′对称．下列说法正确的是( )
A．两个金属球一定带同种电荷
B．a、a′两点的电场强度相同
C．b、b′两点的电场强度相同
D．将一电荷量为q的负电荷从a移动到a′，静电力不做功
[训练1] 如图所示，在匀强电场中有A、B两点，将一电荷量为q的正电荷从A点移到B点，第一次沿直线AB移动该电荷，电场力做功为W1；第二次沿路径ACB移动该电荷，电场力做功为W2；第三次沿曲线ADB移动该电荷，电场力做功为W3，则( )
A．W1>W2>W3 B．W1EpC
B．放上带电荷量为＋q的点电荷时，它们的电势能大小关系为EpAEpC
D．放上带电荷量为－q的点电荷时，它们的电势能大小关系为EpA0时，有Epa>Epb.
答案：A
目标三
提示：根据顺着电场线方向电势逐渐降低，知M点的电势高于N点的电势；A板的电势为零时，则M、N两点的电势均为负值；如果B板接地，B板电势为零，M点的电势高于N点的电势，M、N两点的电势均为正值．
[例5] 解析：由题意可知O点合场强为零，根据同种电荷之间电场线的分布可知aO之间电场线由a到O，故a点电势高于O点电势，A错误；根据同种电荷间电场线的分布情况可知b点电势低于c点电势，B正确；根据电场线分布可知负电荷从a到b电场力做负功，电势能增加，即该试探电荷在a点的电势能小于在b点的电势能，C错误；同理可知负电荷从c点到d点电场力做负功，电势能增加，即该试探电荷在c点的电势能小于在d点的电势能，D正确．
答案：BD
[例6] 解析：沿电场线方向，电势降低，所以M点电势一定高于N点电势，A错误；电场线的疏密程度表示电场的强弱，由图可知，M点电场强度一定小于N点电场强度，B错误；正电荷q在M点的电势能EpM＝qφM，在N点的电势能EpN＝qφN，由于φM>φN，所以EpM>EpN，C正确；电子在电场中所受电场力的方向沿NM指向M，故从M移动到N，电场力做负功，D错误．
答案：C
[训练4] 解析：(1)WAC＝WAB＋WBC＝－3×10－5 J＋1.2×10－5 J＝－1.8×10－5 J.
所以该电荷的电势能增加了1.8×10－5 J.
(2)如果规定A点的电势能为零，
由公式WAB＝EpA－EpB
得该电荷在B点的电势能为
EpB＝EpA－WAB＝0－WAB＝3×10－5 J.
同理，该电荷在C点的电势能为
EpC＝EpA－WAC＝0－WAC＝1.8×10－5 J.
两点的电势分别为
φB＝＝ V＝－5 V
φC＝＝ V＝－3 V
(3)如果规定B点的电势能为零，则该电荷在A点的电势能为EpA′＝EpB′＋WAB＝0＋WAB＝－3×10－5 J.
同理，该电荷在C点的电势能为EpC′＝EpB′－WBC＝－1.2×10－5 J.
两点的电势分别为
φA′＝＝ V＝5 V.
φC′＝＝ V＝2 V.
答案：见解析
精练 落实学科素养
1．解析：A、B两处的场强方向相同，均由A点指向B点，A正确；只有一条电场线，无法判断电场强度的大小，B、C错误；沿着电场线方向，电势降低，所以φA>φB，D错误．
答案：A
2．解析：电场线从正电荷出发，由电场线分布可知，电荷P带正电，故A错误；由沿着电场线的方向电势逐渐降低，可知c点的电势高于d点的电势，故B错误；因c点的电场线较d点密集，可知c点的场强较大，同一正试探电荷在c点受到的电场力大于在d点受到的电场力，故C正确；a点的电场线比b点较稀疏，则a点的电场强度小于b点的电场强度，故D错误．
答案：C
3．解析：取无限远处的电势为零，则正电荷在M点的电势能为－8.0×10－9 J，负电荷在N点的电势能为9.0×10－9 J．由φ＝知，M点的电势φM＜0，N点的电势φN＜0，且|φN|＞|φM|，则φN＜φM＜0，故C正确．
答案：C
4．解析：电场线密集的地方电场强度大，M点的场强小于N点的场强，A错误；沿着电场线方向电势降低，M点的电势高于N点的电势，B错误；正电荷在电势高的地方电势能大，粒子在M点的电势能大于在N点的电势能，C正确；粒子由M到N电场力做正功，动能增加，故粒子在M点的动能小于在N点的动能，D错误．
答案：C
5．解析：点电荷在A、C两点产生的电场强度大小相等、方向相反，根据电场强度的叠加法则可知A点和C点的电场强度大小相同但方向不同，故A错误；点电荷在D点产生的电场强度与匀强电场的电场强度方向相反，若两者大小相等，则D点电场强度大小为0，故B正确；将一正电荷q从A沿圆周移动到B，点电荷的电场对正电荷q做功为零，匀强电场对正电荷q做正功，所以正电荷q的电势能减小，故C错误；在点电荷的电场中，A、B、C、D四点电势相等，在匀强电场中，沿电场线电势降低，所以A、B、C、D四个点中B点电势最低，D点电势最高，故D错误．
答案：B
6．解析：因为一个正电荷被封闭，而M、N两点关于两个负点电荷和剩余一个正点电荷对称，所以根据电场强度的叠加可知，M、N两点处电场强度大小相等，方向不同，故A错误；若其中一个正电荷不封闭，O点处的电场强度为零，而现在剩余三个点电荷在O点处的合场强不为零，故B错误；因为K、L两点电势相等，所以将试探电荷由K移动到L，试探电荷的电势能不发生变化，电场力做功为零，故C正确，D错误．
答案：C核
心
素
养
定
位
物理观念
(1)知道静电力做功的特点，掌握静电力做功与电势能变化的关系，能用比值法定义电势．
(2)通过类比重力势能引入电势能，体会能量观点分析问题的重要性．
科学思维
通过类比法分析得出静电力做功与电势能变化的关系，理解电势的定义、定义式、单位及矢标性，能根据电场线判断电势高低．
做功
判断法
无论正、负电荷，只要静电力做正功，电荷的电势能一定减少；反之，做负功则增加
电场线
判断法
正电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐减少；逆着电场线的方向移动时，电势能逐渐增加．负电荷的情况正好相反
电势
判断法
由公式Ep＝qφ知，正电荷在电势高的地方电势能大，负电荷在电势高的地方电势能小