高中物理第2章电场与示波器2_2研究电场的能的性质一学案沪科版选修3-125页

2.2　研究电场的能的性质(一)
学习目标 重点难点
1．记住电场力做功和路径无关。
2．掌握静电力做功与电势能变化的关系，
知道电势能的相对性。
3．会用 UAB＝
WAB
q
进行有关的计算。
重点：电场力做功的特点，电场力做功与电
势能改变的关系，电势差的概念及定义式。
难点：电势差的定义 UAB＝
WAB
q
的理解。
1．研究电场力做功的特点
在匀强电场中任意两点间移动电荷时，电场力做的功为 W＝qEL，L为两点沿电场方向的
距离。
因此在任意静电场中，电场力对电荷所做的功跟移动电荷的路径无关。
预习交流 1
如下图所示，匀强电场 E中有一绝缘棒长为 L，棒两端分别有正、负电荷 A、B，带电荷
量均为 q，问：若要将这两个电荷颠倒一下位置，电场力做功为多少？
答案：颠倒两电荷位置，电荷在力的方向上都有位移。又电场力做功与路径无关，只由
初末位置来决定，所以对 A，WEA＝EqL，电场力方向与位移方向相同，电场力做正功；对 B，
WEB＝EqL，电场力方向与位移方向也相同，电场力做正功，所以 WE＝WEA＋WEB＝2EqL。
2．研究电荷在电场中的功能关系
(1)电势能
①定义：电荷在电场中具有的势能叫做电势能。
②大小：电荷在电场中某点的电势能等于电荷从这点移动到选定的参考点的过程中电场
力所做的功。
③相对性：电荷在电场中具有的电势能具有相对性，规定了参考点(也就是电势能零点)
才有具体值。通常取无穷远处或大地的电势能为零。
(2)电场力做功与电势能的关系
电荷在电场中从 A点移动到 B点的过程中，电场力所做的功等于电势能的减少量，用公
式表示为：WE＝EpA－EpB，若电场力对电荷做正功，则电势能一定减少，电场力做负功时，
电势能一定增加。
预习交流 2
一质量为 1g的带正电小球，在某竖直方向的电场中，由静止释放，当小球下落 10m时，
速度为 10 m/s，求电场力对小球做的功及小球的电势能如何变化？(取 g＝10 m/s2)
答案：电场力对小球做了 0.05 J的负功，小球的电势能增加了 0.05 J。

解析：对小球进行受力分析，它受到重力和竖直方向的电场力(方向未知可假设向下)，
则二力均对小球做功，根据动能定理有 WG＋WE＝
1
2
mv2，WE＝
1
2
mv2－mgh＝－0.05 J。
3．电势差
(1)定义：物理学中，把电荷从 A 点移动到 B 点的过程中电场力所做的功 WAB与被移动
的电荷的电荷量 q的比值叫做 A、B两点间的电势差。
(2)公式：UAB＝
WAB
q
。
(3)单位：在国际单位制中电势差的单位是伏特，符号为 V,1 V＝1 J/C。
(4)电势差是只有大小的物理量。
预习交流 3
在一次雷雨闪电中，两块云间的电势差约为 109 V，从一块云移到另一块云的电荷量约
为 30 C。那么这次闪电中放出的能量是多少？
答案：E 放＝qU＝30×109 J＝3×1010 J。
一、电场力做功的特点
如图所示，让试探电荷 q在电场强度为 E的匀强电场中沿几条不同的路径从 A点移动到
B点，求静电力对电荷所做的功。分析三种情况下的做功数据结果，结合具体的问题情景，
归纳出相关的物理规律。
答案：(1)q沿直线从 A移往 B，静电力 F＝qE，静电力与位移的夹角始终为θ，如图甲
所示。W＝F·|AB|cosθ＝qE·|AM|。
(2)q 沿折线 AMB 从 A 点移往 B 点，在线段 AM 上静电力做功 W1＝qE·|AM|，在线段 MB
上，W2＝0。
W＝W1＋W2＝qE·|AM|。
(3)q沿任意曲线 ANB，从 A点移动到 B点，如图所示，与静电力平行的短折线的长度之
和等于|AM|，W＝qE·|AM|。
结论：静电力对电荷所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。
　　
如图所示，在场强为 E的匀强电场中有相距为 L的 A、B两点，连线 AB与电场线的夹角
为θ，将一电荷量为 q的正电荷从 A点移到 B点，若沿直线 AB移动该电荷，电场力做的功

W1＝________；若沿路径 ACB移动该电荷，电场力做的功 W2＝________；若沿曲线 ADB移动
该电荷，电场力做功 W3＝________。由此可知电荷在电场中移动时，电场力做功的特点是
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答案：qELcosθ　qELcosθ　qELcosθ　电场力做功的大小与路径无关，与始末位置有...