高三物理电场力做功与电势能电势电势差知识精讲.docx

高三物理电场力做功与电势能电势电势差知识精讲 一. 教学内容： 电场力做功与电势能、电势、电势差 ［教学过程］ 一、电场力做功的特点和电势能 电场力做功的特点：只与电荷的始、末位置有关，与电荷通过的路径无关。 电势能：电荷在电场中所具有的势能叫电势能。 特点：① 与参考点〔零势能位置〕选取有关；②是电荷与所在电场所共有的 电场力做功与电势能的关系：在电场中移动电荷时，电场力对电荷做正功，电势能减少；电场力对电 荷做负功，电势能增加。 电场力做的功等于电势能的变化量，即：W E E E AB P PA PB 也确实是讲，电荷在电场中某点〔A 〕的电势能，等于静电力〔电场力〕把它从该点移动到零势能位 置〔B〕时电场力所做的功。假设取E 0 那么 PB E W qEL cos 〔对匀强电场〕= qU 〔对所有电场〕 PA AB AB AB 应用电场力做功的运算公式W qU 时，有两种方法： 〔1〕依照课本的要求，三个量都取绝对值，先运算出功的数值，然后再依照电场力的方向与电荷移 动位移方向间的夹角确定是电场力做功，依旧克服电场力做功。 〔2〕代入符号使用，将公式写成W qU ，专门是在比较A、B 两点电势高低时更为方便：先运 AB AB 算U W /q ，假设U 0 ，即 0 ，那么 ；假设U 0 ，即 0 ，那 AB AB AB A B A B AB A B 么 。 A B 二、电势等势面 电势：电荷在电场中某点〔A 〕的电势能〔E 〕与它的电荷量〔q〕的比值，叫做这一点的电势。用 PA 表示。即 E PA 。电场中电势的高低：顺电场线的方向逐步降低。 A q 电势零位置的选取与零电势能位置选取相似。 例 1. 如下图，点电荷 Q 形成电场，现把一个 q＝－2.0×10-8C 试探电荷由无穷远处分不移到电场中的A 、 B 、C 三点，电场力做正功依旧负功？假设移动电荷分不做功为 6.0×10-7J、4.0×10-7J、1.0×10-7J，以无穷远处为零电势点，这三点的电势分不为多少？假设选择B 点为零电势点，这三点的电势又分不为多少？ 解析：〔1〕负电荷受到的电场力方向与位移方向一致，故电场力做正功 〔2〕设无穷远处与 A 点的电势差为 U ? ，那么有 U ? W = ?A ? 6.0 ?10?7  =-30V A 而 U ? = ? ? ? =-30V 由题意? =0 因此? =30V A ? A ? A 同理可得? =20V ? =5V B C A q ? 2 ?10?8 =3 U〔 〕因为 = 3 U AB -? =〔30-20〕V=10V A B 假设? =0，那么? =U =10V，同理? =-15V B A AB C 例 2. 在静电场中，以下讲法中错误的选项是：〔 〕 电场强度为零的点，电势也一定为零 电场强度处处相等的区域内，电势也一定处处相等 只在电场力作用下，正电荷一定从电势高的地点向电势低的地点移动 沿着电场线方向电势一定越来越低 解析：电场强度和电势是从不同的角度描述电场性质的两个物理量，前者从力的角度，后者从能量的 角度，两者之间没有直截了当的对应关系。 在等量同种电荷形成的电场中，它们连线的中点电场强度为零，但电势却不为零；匀强电场的场强处 处相等，而沿着电场线方向电势却在不断降低；正电荷在电场中的移动方向还和它的初速度方向有关，假 如初速度是逆着电场线方向的，那么它移动的开始时期从低电势向高电势。电场线的方向是电势的降落的 方向。综上所述：A、B、C 中的表述差不多上错误的。 答案：A、B、C 例 3. 如下图，a、b 为竖直向上的电场线上的两点，一带电质点在a 点由静止开释 ，沿电场线方向向上运动，到 b 点速度恰好为零，以下讲法中正确的选项是：〔 〕 带电质点在 a、b 两点所受的电场力差不多上竖直向上的 a 点电势比 b 点的电势高 带电质点在 a 点的电势能比在 b 点的电势能小 a 点的电场强度比 b 点的电场强度大 解析：带电质点在 a 点，由静止开释向上运动，讲明电场力向上，且应满足 Eaq＞mg，而又静止于 b 点，讲明电场力仍向上，用 Ebq=mg，选项 A、D 正确，因不知质点的带电性质，故无法确定a、b 两点的电势高低，选项 B 错误，a 到 b 的运动过程中，电场力和重力做功，由动能定理可知，W 电+W 重=0，因为W 重为负值，故 W 电必为正值，而电场力做正功，电势能减小，即 b 点的电势能小于 a 点电势能，选项 C 错误。 等势面：电场中电势相同的点构成的面叫等势面。它具有如下特点： 〔1〕电荷在同一等势面上移动，电场力不做功〔而电场力做的功为零时，电荷不一定沿等势面移动〕； 〔2〕等势面一定跟电场线垂直； 〔3〕等差等势面密的地点场强大； 〔4