2021-2022高中創(chuàng)新設(shè)計(jì)物理教科版選修3-1課件：第一章 第7講 習(xí)題課電場(chǎng)能的性質(zhì)

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1、第一章靜電場(chǎng) 1.會(huì)分析帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn).2.能求解電場(chǎng)力做的功和電場(chǎng)中電勢(shì)、電勢(shì)能的變化.3.會(huì)用等分法確定等勢(shì)點(diǎn)，從而確定電場(chǎng)速度的方向.目標(biāo)定位 二、電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)的理解三、等分法確定等勢(shì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)檢測(cè) 自查自糾欄目索引 一、電場(chǎng)線、等勢(shì)線和運(yùn)動(dòng)軌跡四、電場(chǎng)力做功與電勢(shì)差、電勢(shì)能的綜合 一、電場(chǎng)線、等勢(shì)線和運(yùn)動(dòng)軌跡例1如圖1所示，虛線a、b、c代表電場(chǎng)中的三條電場(chǎng)線，實(shí)線為一帶負(fù)電的粒子僅在電場(chǎng)力作用下通過該區(qū)域時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡，P、R、Q是這條軌跡上的三點(diǎn)，由此可知()n典例精析 解析答案方法點(diǎn)撥圖1A.帶電粒子在R點(diǎn)時(shí)的速度大小大于在Q點(diǎn)時(shí)的速度大小B.帶電粒子在P點(diǎn)時(shí)的電勢(shì)能比在

2、Q點(diǎn)時(shí)的電勢(shì)能大C.帶電粒子在R點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能與電勢(shì)能之和比在Q點(diǎn)時(shí)的小，比在P點(diǎn)時(shí)的大D.帶電粒子在R點(diǎn)時(shí)的加速度大小小于在Q點(diǎn)時(shí)的加速度大小 解析根據(jù)牛頓第二定律可得qEma，又根據(jù)電場(chǎng)線的疏密程度可以得出Q、R兩點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小關(guān)系為EREQ，則帶電粒子在R、Q兩點(diǎn)處的加速度的大小關(guān)系為aRaQ，故D項(xiàng)錯(cuò)誤；由于帶電粒子在運(yùn)動(dòng)過程中只受電場(chǎng)力作用，只有動(dòng)能與電勢(shì)能之間的相互轉(zhuǎn)化，則帶電粒子的動(dòng)能與電勢(shì)能之和不變，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)物體做曲線運(yùn)動(dòng)的軌跡與速度、合外力的關(guān)系可知，帶電粒子在R處所受電場(chǎng)力的方向?yàn)檠仉妶?chǎng)線向右.假設(shè)粒子從Q向P運(yùn)動(dòng)，則電場(chǎng)力做正功，所以電勢(shì)能減小，動(dòng)能增大，速度增

3、大，假設(shè)粒子從P向Q運(yùn)動(dòng)，則電場(chǎng)力做負(fù)功，所以電勢(shì)能增大，動(dòng)能減小，速度減小，所以A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤.答案A 方法點(diǎn)撥 方法點(diǎn)撥(1)其速度方向沿軌跡的切線方向，所受電場(chǎng)力的方向沿電場(chǎng)線的切線方向，所受合外力的方向指向軌跡凹側(cè).(2)電勢(shì)能大小的判斷方法電場(chǎng)力做功：電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減??；電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增加.利用公式法：由Epq知正電荷在電勢(shì)高處電勢(shì)能大，負(fù)電荷在電勢(shì)低處電勢(shì)能大. 例2如圖2，P是固定的點(diǎn)電荷，虛線是以P為圓心的兩個(gè)圓帶電粒子Q在P的電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軌跡與兩圓在同一平面內(nèi)，a、b、c為軌跡上的三個(gè)點(diǎn)若Q僅受P的電場(chǎng)力作用，其在a、b、c點(diǎn)的加速度大小分別為aa、ab、

4、ac，速度大小分別為va、vb、vc，則()Aaaabac，vavcvb Baaabac，vbvcvaCabacaa，vbvcva Dabacaa，vavcvb圖2 解析答案返回方法點(diǎn)撥 答案D方法點(diǎn)撥 返回 方法點(diǎn)撥已知等電勢(shì)面的形狀分布，根據(jù)電場(chǎng)線和等勢(shì)面相互垂直繪制電場(chǎng)線，再根據(jù)軌跡彎曲方向找電荷的受力方向，結(jié)合運(yùn)動(dòng)軌跡或路徑，判斷功的正負(fù)；由電場(chǎng)力做功正負(fù)確定動(dòng)能(速度)及電勢(shì)能的變化. 二、電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)的理解例3如圖3所示，在等量異種點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)中有A、B、C三點(diǎn)，A點(diǎn)為兩點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)，B點(diǎn)為連線上距A點(diǎn)距離為d的一點(diǎn)，C點(diǎn)為連線中垂線上距A點(diǎn)距離也為d的一點(diǎn)，則下面關(guān)于三

5、點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小、電勢(shì)高低的比較，正確的是()n典例精析 解析答案總結(jié)提升 圖3A.EAECEB，ACBB.EBEAEC，ACBC.EAEB，EAEC，AB，ACD.EAEB，EAEC，AB，AC 返回 總結(jié)提升 解析等量異種點(diǎn)電荷周圍的電場(chǎng)線如圖所示，根據(jù)電場(chǎng)線的疏密分布知，A點(diǎn)的電場(chǎng)線比C點(diǎn)密，B點(diǎn)的電場(chǎng)線比A點(diǎn)密，則EBEAEC；等量異種點(diǎn)電荷的中垂線為等勢(shì)線，則A點(diǎn)的電勢(shì)與C點(diǎn)的電勢(shì)相等，沿著電場(chǎng)線方向電勢(shì)逐漸降低，則A點(diǎn)的電勢(shì)大于B點(diǎn)電勢(shì).所以ACB，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤.答案B 總結(jié)提升(1)電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)沒有直接關(guān)系.電場(chǎng)強(qiáng)度為零，電勢(shì)不一定為零.電勢(shì)為零，電場(chǎng)強(qiáng)度也不一定

6、為零.電場(chǎng)強(qiáng)度大的地方，電勢(shì)不一定高. (2)比較電勢(shì)的高低，應(yīng)主要把握沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低，若兩點(diǎn)不在同一電場(chǎng)線上，應(yīng)通過等勢(shì)面，轉(zhuǎn)化為同一電場(chǎng)線上的兩點(diǎn)電勢(shì)的比較. 返回 三、等分法確定等勢(shì)點(diǎn)例4如圖4所示，虛線方框內(nèi)有一勻強(qiáng)電場(chǎng)，A、B、C為該電場(chǎng)中的三點(diǎn)，已知：A12 V，B6 V，C6 V，試在該虛線框內(nèi)作出該電場(chǎng)的示意圖(畫出幾條電場(chǎng)線)，并要求保留作圖時(shí)所用的輔助線. n典例精析 解析答案圖4返回總結(jié)提升 總結(jié)提升 解析要畫電場(chǎng)線，先找等勢(shì)面(線).因?yàn)閁AC18 V、UAB6 V， 3，將線段AC等分成三份，即AHHFFC，則H6 V，F(xiàn)0 V，故B、H等電勢(shì).連接BH即為等勢(shì)

7、線，由電場(chǎng)線與等勢(shì)面(線)垂直且由高電勢(shì)指向低電勢(shì)，可畫出電場(chǎng)線如圖所示.答案見解析圖 總結(jié)提升(1)在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，沿任意一個(gè)方向，電勢(shì)降落都是均勻的，故在同一直線上相同間距的兩點(diǎn)間電勢(shì)差相等，如圖5甲ABBC，則UABUBC.(2)在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，相互平行且相等的線段兩點(diǎn)間的電勢(shì)差相等.如圖乙AB綊 CD，則UABUCD.圖5 (3)確定電場(chǎng)方向的方法：先由等分法確定電勢(shì)相等的點(diǎn)，畫出等勢(shì)面(線)，然后根據(jù)電場(chǎng)線與等勢(shì)面(線)垂直畫出電場(chǎng)線，且電場(chǎng)線的方向由電勢(shì)高的等勢(shì)面(線)指向電勢(shì)低的等勢(shì)面(線). 返回 四、電場(chǎng)力做功與電勢(shì)差、電勢(shì)能的綜合例5如圖6所示，在豎直平面內(nèi)，光滑絕緣直桿AC與

8、半徑為R的圓周交于B、C兩點(diǎn)，在圓心處有一固定的正點(diǎn)電荷，B點(diǎn)為AC的中點(diǎn)，C點(diǎn)位于圓周的最低點(diǎn).現(xiàn)有一質(zhì)量為m、電荷量為q、套在桿上的帶負(fù)電小球(可視為質(zhì)點(diǎn))從A點(diǎn)由靜止開始沿桿下滑.已知重力加速度為g，A點(diǎn)距過C點(diǎn)的水平面的豎直高度為3R，小球滑到B點(diǎn)時(shí)的速度大小為 .求：(1)小球滑到C點(diǎn)時(shí)的速度大小；n典例精析 解析答案圖6 解析因?yàn)锽、C兩點(diǎn)電勢(shì)相等，故小球從B到C運(yùn)動(dòng)的過程中電場(chǎng)力做的總功為零. (2)若以C點(diǎn)作為參考點(diǎn)(零電勢(shì)點(diǎn))，試確定A點(diǎn)的電勢(shì). 解析答案方法總結(jié)返回 圖6 方法總結(jié)計(jì)算電場(chǎng)力做功的方法，常見的有以下幾種：(1)利用電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能的關(guān)系求解：WABEpAE

9、pB.(2)利用WFd求解，此公式只適用于勻強(qiáng)電場(chǎng).(3)利用公式WABqUAB求解.(4)利用動(dòng)能定理求解. 返回 1.(電場(chǎng)線、等勢(shì)線和運(yùn)動(dòng)軌跡)一個(gè)電子只在電場(chǎng)力作用下從a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)的軌跡如圖7中虛線所示，圖中一組平行實(shí)線可能是電場(chǎng)線也可能是等勢(shì)面，下列說法中正確的是() 解析答案 對(duì)點(diǎn)檢測(cè)圖7A.如果實(shí)線是電場(chǎng)線，則電子在a點(diǎn)的電勢(shì)能比在b點(diǎn)的電勢(shì)能大B.如果實(shí)線是等勢(shì)面，則a點(diǎn)的電勢(shì)比b點(diǎn)的電勢(shì)低C.如果實(shí)線是電場(chǎng)線，則a點(diǎn)的電勢(shì)比b點(diǎn)的電勢(shì)高D.如果實(shí)線是等勢(shì)面，則電子在a點(diǎn)的電勢(shì)能比在b點(diǎn)的電勢(shì)能大 解析若題圖中實(shí)線是電場(chǎng)線，電子所受的電場(chǎng)力水平向右，電場(chǎng)線方向水平向左，則a點(diǎn)

10、的電勢(shì)比b點(diǎn)低，C錯(cuò)誤；由于從a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)電場(chǎng)力做正功，所以電子的電勢(shì)能減小，所以電子在a點(diǎn)的電勢(shì)能比在b點(diǎn)的電勢(shì)能大，所以A正確；若實(shí)線是等勢(shì)面，由于電場(chǎng)線與等勢(shì)面垂直，電子所受電場(chǎng)力方向向下，則電場(chǎng)線方向向上，則a點(diǎn)的電勢(shì)比b點(diǎn)高，從a到b電子做負(fù)功，所以電勢(shì)能增加，則電子在a點(diǎn)的電勢(shì)能比在b點(diǎn)的電勢(shì)能小，故B、D錯(cuò)誤.答案A 解析答案 2.(對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)的理解)下列四個(gè)圖中，a、b兩點(diǎn)電勢(shì)相等、電場(chǎng)強(qiáng)度也相等的是() 解析勻強(qiáng)電場(chǎng)的等勢(shì)面是垂直于電場(chǎng)線的一簇等間距的平行平面，A中a、b兩點(diǎn)不在同一等勢(shì)面上，所以，這兩點(diǎn)的電勢(shì)是不相等的，但這兩點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)相等；B中a、b兩點(diǎn)在同一個(gè)等勢(shì)

11、面上，電勢(shì)相等，但這兩點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小相等、方向不同；C中a、b兩點(diǎn)對(duì)稱于兩電荷的連線，所以電勢(shì)相等，但在中垂線上場(chǎng)強(qiáng)的方向是平行于中垂線的，而且都指向外側(cè)，故兩點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)的方向不同；在D中，a、b兩點(diǎn)的電勢(shì)相等，場(chǎng)強(qiáng)的方向是沿連線的，而且方向相同，故本題選D. 答案D 3(用等分法畫電場(chǎng)線)如圖8所示，在平面直角坐標(biāo)系中，有方向平行于坐標(biāo)平面的勻強(qiáng)電場(chǎng)，其中坐標(biāo)原點(diǎn)O處的電勢(shì)為0 V，點(diǎn)A處的電勢(shì)為6 V，點(diǎn)B處的電勢(shì)為3 V，則電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為() 解析答案 圖8 答案A 4.(電場(chǎng)力做功、電勢(shì)差等的綜合應(yīng)用)如圖9所示.Q為固定的正點(diǎn)電荷，A、B兩點(diǎn)在Q的正上方和Q相距分別為h和0.25h，將另一點(diǎn)電荷從A點(diǎn)由靜止釋放，運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)速度正好變?yōu)榱悖舸穗姾稍贏點(diǎn)處的加速度大小為 g，求：(1)此電荷在B點(diǎn)處的加速度； 解析答案圖9 答案3g，方向豎直向上 (2)A、B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差(用Q和h表示). 解析答案圖9返回