【沪科版】2017-2018学年高中物理选修3-1全一册学案(含答案)

(3)等量异种电荷的电场：电场线分布如图2-1-11所示，其特点有：

图2-1-11

①两点电荷连线上的各点的电场强度方向从正电荷指向负电荷，沿电场线方向先变小再变大，中点处电场强度最小．

②两点电荷连线的中垂面(中垂线)上，电场线的方向均相同，即电场强度方向都相同，总与中垂面(或中垂线)垂直且指向负点电荷一侧，从中点到无穷远处，电场强度大小一直减小，中点处电场强度最大．

3．电场线与带电粒子在电场中的运动轨迹的比较

客观性 电场线 电场中并不存在，是为研究电场方便而人为引入的 曲线上各点的切线方向即为该点的运动轨迹 粒子在电场中的运动轨迹是客观存在的 轨迹上每一点的切线方向即为粒子在该点的速度方向，但加速度的方向与速度的方向不一定相同 切线的 电场强度方向，同时也是正电荷在意义 该点的受力方向，即正电荷在该点产生加速度的方向

7．下列各电场中，A、B两点场强相同的是( )

【解析】 场强是矢量，有大小和方向，由点电荷的公式知，A图中两点距离场源相同，场强大小相同，但是方向不同，所以场强不同；B图中两点场强方向相同，但大小不同；D图中场强大小和方向均不相同；C图是匀强电场，场强大小和方向均相同．

【答案】 C

8．正电荷q在电场力作用下由P向Q做加速运动，而且加速度越来越大，那么可以断定，它所在的电场是下图中的( )

【解析】 带电体在电场中做加速运动，其电场力方向与加速度方向相同，加速度越来越大表明电荷所受电场力应越来越大，而电荷量不变，由电场力F＝Eq，可判定场强E越来

越大．电场线描述电场强度分布的方法是，电场线密度越大，表示场强越大，沿PQ方向，电场线密度增大的情况才符合条件．

【答案】 D

9．下列关于带电粒子在电场中的运动轨迹与电场线的关系中，说法正确的是( ) A．带电粒子在电场中运动，如只受电场力作用，其加速度方向一定与电场线方向相同 B．带电粒子在电场中的运动轨迹一定与电场线重合

C．带电粒子只受电场力作用，由静止开始运动，其运动轨迹一定与电场线重合 D．带电粒子在电场中的运动轨迹可能与电场线重合

【解析】 电场线方向表示场强的方向，它决定电荷所受电场力的方向，从而决定加速度的方向，正电荷加速度方向与电场线的切线方向相同，负电荷则相反，选项A错误；带电粒子在电场中的运动轨迹应由粒子在电场中运动的初速度和受力情况来决定，电场线可能是直线也可能是曲线，带电粒子只在电场力作用下，只有满足“电场线是直线，且初速度的方向与电场线在一条直线上”时，运动轨迹才与电场线重合，选项B、C错误，选项D正确．

【答案】 D

1．电场线是曲线时，只受电场力作用而运动的带电粒子轨迹一定不能与电场线重合． 2．特殊情况下，比如电场线是直线(匀强电场或点电荷的电场)，点电荷从静止开始释放或初速度方向与电场线在一条直线上，仅在电场力作用下，其运动轨迹才跟电场线重合．

2.2 研究电场的能的性质(一)

学 习 目 标 1.通过探究电场力对带电粒子做功的特点，知道电场力做功和路径无关．(重点) 2．掌握将电场力做功与重力做功进行类比的方法，理解电场力做功与电势能变化的关系，认识电势能的相对性．(难点) 3．理解电势差的概念，会用UAB＝行有关计算．(重点). 知 识 脉 络 WAB进q 电 场 力 做 功 的 特 点 和 功 能 的 关 系

[先填空]

1．电场力做功的特点

如图2-2-1所示，电荷沿直线AB、折线ACB、曲线AB运动，电场力做功相同，即电场力做功与电荷的起始位置和终止位置有关，但与经过的路径无关．

图2-2-1

2．电势能的概念

(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为零．

3．电场力做功与电势能的关系 (1)公式：WAB＝EpA－EpB.

(2)电场力做正功，电势能减少；电场力做负功，电势能增加． [再判断]

1．在非匀强电场中移动电荷，电场力做功与路径有关．(×)

2．规定不同的零势能点，电荷在电场中某点的电势能都是相同的．(×) 3．电场力对电荷做正功时，电势能减小．(√) [后思考]

重力做功与重力势能的变化有什么关系？你能通过类比，得出电场力做功与电势能变化的关系吗？

【提示】

重力做功 重力做正功，重力势能减少 重力做负功，重力势能增加 电场力做功 电场力做正功，电势能减少 电场力做负功，电势能增加

[合作探讨]

探讨1：电场力做功和重力做功有什么相似之处？ 【提示】 都与路径无关．

探讨2：在图2-2-1中带电小球沿三种不同的路径由A点到B点的过程中，电势能变化了多少？

【提示】 电势能变化相等，都是电势能减少了Eqd. [核心点击]

1．电场力做功的特点

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． (1)在匀强电场中，电场力做功为W＝qEd，其中d为电荷沿电场线方向上的位移． (2)电场力做功与重力做功相似，只由初末位置决定，移动电荷q的过程中电场力做的功是确定值．

2．电场力做功与电势能变化的关系

电场力做功与重力做功类似，与路径无关，取决于初末位置，类比重力势能引入了电势能的概念．电场力做功与电势能变化的关系是电场力做功必然引起电势能的变化．

(1)电场力做功一定伴随着电势能的变化，电势能的变化只有通过电场力做功才能实现，与其他力是否做功，及做功多少无关．

(2)电场力做正功，电势能一定减小；电场力做负功，电势能一定增大．电场力做功的值等于电势能的变化量，即：WAB＝EpA－EpB.

1．电场中有A、B两点，在将某电荷从A点移到B点的过程中，电场力对该电荷做了正功，则下列说法中正确的是( )

A．该电荷是正电荷，且电势能减少 B．该电荷是负电荷，且电势能增加

C．该电荷电势能增加，但不能判断是正电荷还是负电荷 D．该电荷电势能减少，但不能判断是正电荷还是负电荷

【解析】 电场力对电荷做正功，则电势能减少，但不能确定该电荷的正、负，故D正确．

【答案】 D

2．地球表面附近某区域存在大小为150 N/C、方向竖直向下的电场．一质量为1.00×10

－4

kg、带电荷量为－1.00×10 C的小球从静止释放，在电场区域内下落10.0 m．对此过

2

－7

程，该小球的电势能和动能的改变量分别为(重力加速度大小取9.80 m/s，忽略空气阻力)( )

A．－1.50×10 J和9.95×10 J

－4

－3