物理选修鲁科版：电场力做功与电势能课件.ppt

1,第,1,节电场力做功与电势能,2,1,知道电场力做功特点和电势能的概念,2,理解电场力做功与电势能变化的关系,3,了解类比法在物理学中的应用，学会运用类比法研究物理问题，培养自主学习的能力,.,3,qEd,4,路径,初末位置,重力,电场,变化量的负值,W,E,p,5,无穷远处,零电势能,E,p,0,6,一、电场力做功特点的理解和做功正负的判断方法,1,对电场力做功特点的理解,(1),电场力对电荷所做的功，与电荷的初末位置有关，与电荷经过的路径无关该结论既适用于匀强电场又适用于非匀强电场，即适用于任何静电场,(2),无论带电体在电场中做直线运动还是做曲线运动，无论带电体只受电场力作用还是受多个力作用，无论电场力做正功还是做负功，电场力做功的特点不变,7,2,电场力做功正负的判断,(1),根据电场力和位移的方向夹角判断，此法常用于匀强电场中恒定电场力做功情况的判断夹角为锐角时电场力做正功，夹角为钝角时电场力做负功,(2),根据电场力和瞬时速度方向的夹角判断，此法常用于判断曲线运动中变化电场力的做功情况，夹角是锐角电场力做正功，夹角是钝角电场力做负功，电场力和瞬时速度方向垂直电场力不做功,8,(3),根据电势能的变化情况判断，由电场力做功与电势能变化的关系可知：若电势能增加，则电场力做负功；若电势能减小，则电场力做正功,(4),若物体只受静电力作用，可根据动能的变化情况判断，根据动能定理，若物体的动能增加，则电场力做正功；若物体的动能减少，则电场力做负功,9,10,二、电场力做功与电势能变化的关系,1,电势能的定义,电荷在电场中某点的电势能等于电荷从这点移到选定的参考点的过程中电场力所做的功，电势能用,E,p,表示,2,电势能的大小,类比重力做功与重力势能变化的关系,若规定在,B,点电势能为,0,，,E,p,B,0,，则,E,p,A,W,AB,，即电荷在电场中某点电势能的大小，等于电场力把它从该点移动到零势能位置时所做的功,11,3,电场力做的功与电势能变化的关系,电场力做的功等于电势能变化的负值，,W,AB,E,AB,(,E,p,B,E,p,A,),E,p,A,E,p,B,.,即电场力做了多少正功，电势能就减少多少；电场力做了多少负功，电势能就增加多少,12,三、比较电荷在电场中某两点电势能大小的方法,1,做功判断法,无论正、负电荷，电场力做正功，电势能就减小，电场力做负功，电势能就增大,2,电场线法,正电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐减小；逆着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大,负电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大；逆着电场线的方向移动时，电势能逐渐减小,13,3,由公式,E,p,q,判断,设,A,B,，当,q,0,时，,q,A,q,B,，即,E,p,A,E,p,B,.,当,q,0,时，,q,A,q,B,即,E,p,A,E,p,B,，可总结为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,4,场源电荷判断法,离场源正电荷越近，试探正电荷的电势能越大，试探负电荷的电势能越小离场源负电荷越近，试探正电荷的电势能越小，试探负电荷的电势能越大,14,5,能量守恒法,只有电场力做功时，电荷的动能和电势能互相转化，由此可由动能的变化确定电势能变化，即只有电场力做功时，动能减少多少，电势能就增加多少，反之，动能增加多少，电势能就减少多少,15,【,典例,1】,如图,2,1,3,所示，在静电场中，一个负电荷,q,受到一个非静电力作用，由,A,点移动到,B,点，则下列说法正确的是,(,),16,A,非静电力和电场力做功之和等于电荷电势能增量和动能增量之和,B,非静电力做功等于电势能增量和动能增量之和,C,电荷克服电场力做功等于电势能的增量,D,非静电力做功和电场力做功之和等于电荷动能的增量,解析,根据动能定理，合外力对电荷所做的功等于电荷动能的增量，对电荷和电场组成的系统而言，非静电力是外力，非静电力对电荷做了多少正功，系统能量,(,电势能和电荷动能,),就增加多少据电场力做功与电势能变化的关系,(,W,F,E,),，及电场力对电荷做负功，得电荷克服电场力做功等于电荷电势能的增量所以,B,、,C,、,D,对,17,答案,BCD,借题发挥,功是能量转化的量度，但要理解并区别电场力的功与电势能变化的关系、合外力的功与动能变化的关系,(,动能定理,),，即搞清功与能的变化的对应关系,18,【,变式,1】,如果把,q,1.010,8,C,的电荷从无穷远处移到电场中的,A,点，需要克服电场力做功,W,1.210,4,J,，那么：,(1),q,在,A,点的电势能和,A,点的电势各是多少？,(2),q,在未移入电场前,A,点的电势是多少？,19,(2),A,点的电势是由电场本身决定的，跟,A,点是否有电荷存在无关，所以,q,在移入电场前，,A,点的电势仍为,10,4,V.,答案,(1)1.210,4,J,1.210,4,V,(2)1.210,4,V,20,【,典例,2】,如图,2,1,4,所示，一个质量为,m,、带有电荷量为,q,的小物体，可以在水平轨道,Ox,上运动，,O,端有一与轨道垂直的固定墙轨道处于匀强电场中，场强大小为,E,，方向沿,Ox,轴正方向，小物体以速度,v,0,从,A,点沿,Ox,轨道运动，运动时受到大小不变的摩擦力,f,的作用，且,f,qE,；设小物体与墙碰撞时不损失机械能，且电荷量保持不变，求它在停止运动前所通过的总路程,s,.,21,思路点拨：,由题给条件确定物体最终状态及所受各力做功情况，选择合适的规律列式求解,22,23,借题发挥,电场力做功与力学知识的综合问题，仍然是力学中牛顿第二定律、动能定理、能量守恒定律的应用，其解题思路和解题步骤与力学中的完全相同，要灵活应用电场力做功与路径无关这一重要特点,24,【,变式,2】,如图,2,1,5,所示，实线是一个电场中的电场线，虚线是一个负的试探电荷在这个电场中仅在电场力作用下运动的轨迹，若电荷是从,a,处运动到,b,处，以下判断正确的是,(,),A,电荷从,a,到,b,加速度减小,B,电荷在,b,处电势能大,C,电场方向沿电场线向下,D,电荷在,b,处速度小,25,解析,由题图可知,b,处的电场线比,a,处的电场线密，说明,b,处的场强大于,a,处的场强，电荷在,b,处受到的电场力大于,a,处的电场力根据牛顿第二定律，试探电荷在,b,处的加速度大于在,a,处的加速度，,A,选项错由图可知，电荷做曲线运动，受到的电场力的方向应沿电场线指向运动轨迹弯曲的方向因为试探电荷带负电，所以电场强度方向沿电场线向上，,C,选项错误根据试探电荷的位移与所受电场力的夹角大于,90,，可知电荷由,a,到,b,过程中电场力对试探电荷做负功，可判断由,a,到,b,过程中电荷的电势能增加，,B,选项正确又因电场力做功与路径无关，系统的能量守恒，电势能增加则动能减小，即速度减小，,D,选项正确,答案,BD,B电荷在b处电势能大,若规定在B点电势能为0，EpB0，则EpAWAB，即电荷在电场中某点电势能的大小，等于电场力把它从该点移动到零势能位置时所做的功,当点电荷a运动到等势面3时，有2qUEk3Eka,C20 eV D34 eV,E3Ek3Ep312 eV012 eV.,负电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大；,解析根据动能定理，合外力对电荷所做的功等于电荷动能的增量，对电荷和电场组成的系统而言，非静电力是外力，非静电力对电荷做了多少正功，系统能量(电势能和电荷动能)就增加多少据电场力做功与电势能变化的关系(WFE)，及电场力对电荷做负功，得电荷克服电场力做功等于电荷电势能的增量所以B、C、D对,【变式2】如图215所示，实线是一个电场中的电场线，虚线是一个负的试探电荷在这个电场中仅在电场力作用下运动的轨迹，若电荷是从a处运动到b处，以下判断正确的是,B若把一正的点电荷从M点沿直线移到N点，则该电荷克服静电力做功，电势能增加,离场源正电荷越近，试探正电荷的电势能越大，试探负电荷的电势能越小离场源负电荷越近，试探正电荷的电势能越小，试探负电荷的电势能越大,C若把一负的点电荷从M点沿直线移到N点，则静电力对该电荷做正功，电势能减小,A电荷从a到b加速度减小,B电荷在b处电势能大,1对电场力做功特点的理解,当这一点电荷运动到某一位置其电势能变为8 eV时，它的动能就为(),26,27,A,若把一正的点电荷从,M,点沿直线移到,N,点，则静电力对该电荷做正功，电势能减小,B,若把一正的点电荷从,M,点沿直线移到,N,点，则该电荷克服静电力做功，电势能增加,C,若把一负的点电荷从,M,点沿直线移到,N,点，则静电力对该电荷做正功，电势能减小,D,若把一负的点电荷从,M,点沿直线移到,N,点，再从,N,点沿不同路径移回到,M,点，则该电荷克服静电力做的功等于静电力对该电荷所做的功，电势能不变,28,解析,由点电荷产生的电场的特点可知，,M,点的电势高，,N,点的电势低，所以正电荷从,M,点到,N,点，静电力做正功，电势能减小，故,A,对、,B,错；负电荷由,M,点到,N,点，克服静电力做功，电势能增加，故,C,错；静电力做功与路径无关，负点电荷又回到,M,点，则整个过程中静电力不做功，电势能不变，故,D,对,答案,AD,只有电场力做功时，电荷的动能和电势能互相转化，由此可由动能的变化确定电势能变化，即只有电场力做功时，动能减少多少，电势能就增加多少，反之，动能增加多少，电势能就减少多少,C电荷克服电场力做功等于电势能的增量,【变式2】如图215所示，实线是一个电场中的电场线，虚线是一个负的试探电荷在这个电场中仅在电场力作用下运动的轨迹，若电荷是从a处运动到b处，以下判断正确的是,当点电荷a运动到等势面3时，有2qUEk3Eka,负电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大；,当这一点电荷运动到某一位置其电势能变为8 eV时，它的动能就为(),负电荷由M点到N点，克服静电力做功，电势能增加，故C错；,(4)若物体只受静电力作用，可根据动能的变化情况判断，根据动能定理，若物体的动能增加，则电场力做正功；,B电荷在b处电势能大,电荷在电场中某点的电势能等于电荷从这点移到选定的参考点的过程中电场力所做的功，电势能用Ep表示,Ek3Eka2qU26 eV27 eV12 eV.,C若把一负的点电荷从M点沿直线移到N点，则静电力对该电荷做正功，电势能减小,A若把一正的点电荷从M点沿直线移到N点，则静电力对该电荷做正功，电势能减小,静电力做功与路径无关，负点电荷又回到M点，则整个过程中静电力不做功，电势能不变，故D对,(1)电场力对电荷所做的功，与电荷的初末位置有关，与电荷经过的路径无关该结论既适用于匀强电场又适用于非匀强电场，即适用于任何静电场,(2)q在未移入电场前A点的电势是多少？,借题发挥功是能量转化的量度，但要理解并区别电场力的功与电势能变化的关系、合外力的功与动能变化的关系(动能定理)，即搞清功与能的变化的对应关系,电荷在电场中某点的电势能等于电荷从这点移到选定的参考点的过程中电场力所做的功，电势能用Ep表示,29,2,如图,2,1,虚线,7,所示为静电场中的等势面,1,、,2,、,3,、,4,，相邻的等势面之间的电势差相等，其中等势面,3,的电势为,0.,一带正电的点电荷在静电力的作用下运动，经过,a,、,b,点时的动能分别为,26 eV,和,5 eV.,当这一点电荷运动到某一位置其电势能变为,8 eV,时，它的动能就为,(,),A,8 eV B,15 eV,C,20 eV D,34 eV,30,解析,设相邻的等势面之间的电势差为,U,，电荷从,a,点运动到,b,点，动能减少，电势能增加，电场力对电荷做负功设电荷电量为,q,.,电场力对物体做功,W,3,qU,.,根据动能定理有,3,qU,E,k,b,E,k,a,，,qU,7 eV.,当点电荷,a,运动到等势面,3,时，有,2,qU,E,k3,E,k,a,E,k3,E,k,a,2,qU,26 eV,27 eV,12 eV.,电荷在等势面,3,的总能量,E,3,E,k3,E,p,3,12 eV,0,12 eV.,31,又电荷在运动过程中，只有电场力对其做功，其动能与电势能之和保持不变，当电荷运动到某一位置时，其电势能为,8 eV,，总能量为,12 eV,，其动能为,20 eV,，,C,选项正确,答案,C,32,电场力做功与力学知识的综合应用,3,如图,2,1,8,所示，,A,、,B,两点各放一电荷量均为,Q,的等量异种电荷，有一竖直放置的光滑绝缘细杆在两电荷连线的垂直平分线上，,a,、,b,、,c,是杆上的三点，且,ab,bc,l,，,b,、,c,关于两电荷连线对称质量为,m,、带正电荷,q,的小环套在细杆上，自,a,点由静止释放，则,(,),33,答案,AD,34,单击此处进入 活页规范训练,