鲁科版 (2019)必修 第三册第1节 静电力做功与电势能导学案

这是一份鲁科版 (2019)必修 第三册第1节 静电力做功与电势能导学案，共6页。
第1节 静电力做功与电势能1.知道静电力做功的特点。2.知道静电场中的电荷具有电势能。3.理解电势能的概念，认识电势能的相对性。知识点一　静电力做功的特点[复习]重力做功有什么特点？答案：与路径无关1.静电力做功：在匀强电场中，静电力做功W＝qE·lcos θ= qEd。其中θ为静电力方向与位移方向之间的夹角; d为平行于电场强度方向上两点间距。2.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。以上结论不仅适用于匀强电场，而且也适用于非匀强电场。 [判断正误](1)电荷从电场中的A点运动到B点，路径不同，静电力做功的大小就不同。(×)(2)电荷沿着电场线方向运动，静电力对正电荷做正功，对负电荷做负功。(√)知识点二　电势能[看图思考]在甲、乙两图中，小球均从A点移到B点，甲图中小球的重力势能怎样变化？乙图中小球电势能怎样变化？答案：甲图中小球的重力势能乙图中小球电势能，是因为重力对小球做负功，类比知乙图中电场力对小球做负功，小球的电势能增加。1.概念：电荷在电场中具有的势能。用Ep表示。2.大小：电荷在电场中某点的电势能，等于电荷从该点移到零电势能点静电力所做的功。3.电势能与电场力做功的关系：静电力做的功等于电势能的减少量，即WAB＝EpA－EpB＝－ΔEp。4.电势能的相对性：选择不同的零电势能点，电荷在电场中同一点的电势能的值是不同的(填“相同”或“不同”)。[判断正误](1)静电力电荷做功的过程，就是电荷电势能变化的过程。(√)(2)静电力做正功，电荷的电势能减少，静电力做负功，电荷的电势能增加。(√)(3)在场强为零的点放一个电荷，电荷在该点的电势能为零。(×),(4)垂直电场线的方向移动电荷，电荷的电势能不变。(√)核心探究1  静电力做功的特点[探究思考]如图所示，一带电荷量为q的正电荷在匀强电场中从A点运动到B点，已知直角边BC、AC的长度分别为a、b。(1)若电荷沿直线AB运动，电场力做了多少功？是正功还是负功？(2)若电荷沿折线ACB运动，电场力做了多少功？是正功还是负功？(3)由以上两种情况可以总结出电场力做功有何特点？试猜想电荷沿曲线ADB运动，电场力做了多少功？ 是正功还是负功？答案　(1)qEa　正功(2)qEa　正功(3)电场力做功与路径无关，只与始末位置有关，若电荷沿曲线ADB运动，电场力做的功W3＝qEa　正功[探究归纳](1)在匀强电场中，静电力做的功为W＝qEd，其中d为沿电场线方向的位移。(2)静电力和瞬时速度方向的夹角为锐角时静电力做正功，夹角为钝角时做负功。   核心探究2    电势能[要点归纳]1.电势能的性质(1)系统性：电势能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的电势能。(2)相对性：电势能是相对的，其大小与选定的零电势能点有关。确定电荷的电势能，首先应确定零势能点的位置。(3)标量性：电势能是标量，有正负但没有方向。电势能为正值表示电势能大于零电势能点的电势能，电势能为负值表示电势能小于零电势能点的电势能。2.静电力做功与电势能变化的关系WAB＝EpA－EpB→→WAB＝－ΔEp[例1] 如图所示的匀强电场中，有a、b、c三点，dab＝5 cm，dbc＝12 cm，其中ab沿电场方向，bc和电场方向成60°角。一个电荷量为q＝4×10－8 C的正电荷从a移到b时电场力做的功为W1＝1.2×10－7 J，求：(1)匀强电场的电场强度E的大小；(2)电荷从a移到c，电场力做的功W2。          [例2] 将带电荷量为6×10－6 C的负电荷从电场中的A点移到B点，克服静电力做了3×10－5 J的功，再从B移到C，静电力做了1.2×10－5 J的功，则：(1)电荷从A移到B，再从B移到C的过程中电势能改变了多少？(2)如果规定A点的电势能为零，则该电荷在B点和C点的电势能分别为多少？(3)如果规定B点的电势能为零，则该电荷在A点和C点的电势能分别为多少？            1. 如图所示，A、B、C为电场中同一电场线上的三点。设电荷在电场中只受电场力作用，则下列说法正确的是(　　)A.若在C点无初速度地释放正电荷，则正电荷向 B 运动，电势能减少B.若在C点无初速度地释放正电荷，则正电荷向A运动，电势能增加C.若在C点无初速度地释放负电荷，则负电荷向A运动，电势能增加D.若在C点无初速度地释放负电荷，则负电荷向B运动，电势能减少2.(多选)带电粒子以速度v0沿竖直方向垂直进入匀强电场E中，如图所示，经过一段时间后，其速度变为水平方向，大小仍为v0，则一定有(　　)A.电场力大于重力B.电场力所做的功大于重力所做的功C.粒子运动的水平位移大小等于竖直位移大小D.电势能的减少量一定等于重力势能的增加量3. (多选)如图所示，在点电荷电场中的一条电场线上依次有A、B、C三点，分别把电荷量为＋q和－q的点电荷依次放在这三点上，关于它们所具有的电势能，下列说法中正确的是(　　)A.放上＋q时，它们的电势能EpA>EpB>EpCB.放上＋q时，它们的电势能EpA<EpB<EpCC.放上－q时，它们的电势能EpA>EpB>EpCD.放上－q时，它们的电势能EpA<EpB<EpC4 如图所示，一根绝缘杆长l，两端分别带有等量异种电荷，电荷量均为Q，杆处于纸面内时，匀强电场的方向与杆的夹角α＝60°。若场强为E，使杆绕杆中点O沿顺时针方向转过60°角，电场力一共做了多少功？ 参考答案[例1]解析　(1)从a到b，正电荷受到的电场力F1＝qE电场力做的功W1＝F1dab＝qEdab则E＝＝ V/m＝60 V/m。(2)由于电场力做功与路径无关，所以把电荷从a移到c做的功W2＝W1＋Wbc，把电荷从b移到c，电场力做的功Wbc＝qE·dbc·cos 60°＝4×10－8×60×12×10－2×0.5 J＝1.44×10－7 J，故W2＝W1＋Wbc＝1.2×10－7 J＋1.44×10－7 J＝2.64×10－7 J。答案　(1)60 V/m　(2)2.64×10－7 J[例2]解析　(1)WAC＝WAB＋WBC＝(－3×10－5＋1.2×10－5) J＝－1.8×10－5 J。可见电势能增加了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，C点的电势能为EpC＝EpA－WAC＝0－WAC＝1.8×10－5 J。(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。C点的电势能为EpC′＝EpB′－WBC＝0－WBC＝－1.2×10－5 J。答案　(1)增加了1.8×10－5 J　(2)3×10－5 J　1.8×10－5 J  (3)－3×10－5 J　   －1.2×10－5 J1.解析　若在C点无初速度地释放正电荷，正电荷所受电场力向右，则正电荷向B运动，电场力做正功，电势能减少；若在C点无初速度地释放负电荷，负电荷所受电场力向左，则负电荷向A运动，电场力做正功，电势能减少。答案　A2.解析　设粒子运动的水平位移、竖直位移大小分别为L、L′，由s＝t知L＝L′，C正确；由动能定理得qEL－mgL′＝0，故mg＝Eq，A、B错误；又重力势能的增加量为mgL′，电势能的减少量为EqL，故D正确。答案　CD3.解析　对正电荷从A经B移到C，电场力做正功，电势能减少，故EpA>EpB>EpC，对负电荷从A经B至C，电场力做负功，电势能增加，故EpA<EpB<EpC。答案　AD4.解析　正电荷受到的电场力沿场强方向，负电荷受到的电场力沿场强反方向，因此杆顺时针转动，电场力对正、负电荷都做正功，所以电场力一共做功W＝2QE·l·(1－cos 60°)＝QEl。答案　QEl