2019版高考物理總復(fù)習(xí) 第七章 靜電場 基礎(chǔ)課2 電場的能的性質(zhì)課件.ppt

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基礎(chǔ)課2電場的能的性質(zhì) 電勢能 電勢 1 電勢能 知識排查 1 電場力做功的特點 電場力做功與無關(guān) 只與有關(guān) 2 電勢能 定義 電荷在中具有的勢能 數(shù)值上等于將電荷從該點移到位置時電場力所做的功 電場力做功與電勢能變化的關(guān)系 電場力做的功等于 即WAB EpA EpB Ep 2 電勢 1 定義 試探電荷在電場中某點具有的與它的的比值 2 定義式 3 矢標(biāo)性 電勢是 有正 負(fù)之分 其正 負(fù) 表示該點電勢比高 低 4 相對性 電勢具有 同一點的電勢因選取的不同而不同 3 等勢面 1 定義 電場中的各點組成的面 2 四個特點 等勢面一定與垂直 在上移動電荷時電場力不做功 電場線方向總是從的等勢面指向的等勢面 等差等勢面越密的地方電場強(qiáng)度 反之 電勢差 1 定義 電荷在電場中 由一點A移到另一點B時 與移動電荷的的比值 2 定義式 UAB 3 電勢差與電勢的關(guān)系 UAB UAB UBA 勻強(qiáng)電場中電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系 電場線 1 電勢等于零的物體一定不帶電 2 電場強(qiáng)度為零的點 電勢一定為零 3 A B兩點的電勢差是恒定的 所以UAB UBA 4 電場中 場強(qiáng)方向是指電勢降落最快的方向 5 電勢有正負(fù)之分 因此電勢是矢量 答案 1 2 3 4 5 小題速練 1 思考判斷 2 多選 某電場的電場線分布如圖1所示 以下說法正確的是 A a點電勢高于b點電勢B c點場強(qiáng)大于b點場強(qiáng)C 若將一檢驗電荷 q由a點移至b點 它的電勢能增大D 若在d點再固定一點電荷 Q 將一檢驗電荷 q由a移至b的過程中 電勢能減小解析沿著電場線的方向電勢逐漸降低 由題圖可知由a到b為電場線方向 故選項A正確 電場線密集的地方電場強(qiáng)度大 故選項B錯誤 電荷 q由a點移至b點 則電場力做正功 其電勢能將減小 故選項C錯誤 若在d點再固定一點電荷 Q 則由合場強(qiáng)的方向可知電荷 q由a移至b的過程中 電場力將做正功 其電勢能將減小 故選項D正確 答案AD 圖1 3 人教版選修3 1 P22 T3改編 如圖2所示 下列說法正確的是 A A BB 負(fù)電荷在A點時的電勢能大于在B點時的電勢能C 負(fù)電荷由B移動到A時靜電力做正功D UAB 0答案B 圖2 判斷電場力做功 電勢和電勢能 1 判斷電場力做功的正負(fù) 1 根據(jù)電場力與速度夾角 夾角是銳角 電場力做正功 夾角是鈍角 電場力做負(fù)功 2 根據(jù)WAB qUAB 由q和UAB的正負(fù) 判斷WAB的正負(fù) 2 判斷電勢能的變化 1 根據(jù)電場力做功 電場力做正功 電勢能減少 電場力做負(fù)功 電勢能增加 2 根據(jù)Ep q 正電荷在電勢越高處電勢能越大 負(fù)電荷在電勢越高電勢能越小 3 判斷電勢高低 1 2016 全國卷 15 關(guān)于靜電場的等勢面 下列說法正確的是 A 兩個電勢不同的等勢面可能相交B 電場線與等勢面處處相互垂直C 同一等勢面上各點電場強(qiáng)度一定相等D 將一負(fù)的試探電荷從電勢較高的等勢面移至電勢較低的等勢面 電場力做正功解析若兩個不同的等勢面相交 則在交點處存在兩個不同電勢數(shù)值 與事實不符 選項A錯誤 電場線一定與等勢面垂直 選項B正確 同一等勢面上的電勢相同 但電場強(qiáng)度不一定相同 選項C錯誤 將一負(fù)電荷從電勢較高的等勢面移至電勢較低的等勢面 電場力做負(fù)功 故選項D錯誤 答案B 2 多選 將一電荷量為 Q的小球放在不帶電的金屬球附近 所形成的電場線分布如圖3所示 金屬球表面的電勢處處相等 a b為電場中的兩點 則 A a點的電場強(qiáng)度比b點的大B a點的電勢比b點的高C 檢驗電荷 q在a點的電勢能比在b點的大D 將檢驗電荷 q從a點移到b點的過程中 電場力做負(fù)功答案ABD 圖3 3 2017 河南六市一聯(lián) 17 在真空中A B兩點分別放有異種點電荷 Q和 2Q 以A B連線中點O為圓心作一圓形路徑acbd 如圖4所示 則下列說法正確的是 A 場強(qiáng)大小關(guān)系有Ea Eb Ec EdB 電勢高低關(guān)系有 a b c dC 將一負(fù)點電荷沿圓弧由a運動到b的過程中電場力做正功D 將一正點電荷沿直線由c運動到d的過程中電勢能始終不變 圖4 解析對比等量異種點電荷的電場分布可知 題圖中場強(qiáng)大小關(guān)系有Eb Ea Ec Ed 選項A錯誤 因沿著電場線方向電勢逐漸降低可知 a b 再由對稱性可知 c d 選項B錯誤 由于a點電勢低于b點電勢 將負(fù)點電荷由a沿圓弧運動到b 電場力做正功 選項C正確 因沿直線由c到d過程中電勢先升高再降低 所以將一正點電荷沿直線由c運動到d的過程中電勢能先增大再減小 選項D錯誤 答案C 4 多選 電場中的a b c三點在同一直線上 如圖5所示 其中c為ab的中點 已知a b兩點的電勢分別為 a和 b 且 b a 0 則下列敘述正確的是 圖5 解析因不確定該電場為勻強(qiáng)電場 由題中所述條件無法確定c點電勢的高低 故選項A錯誤 根據(jù)電勢能的定義可知 正電荷所在位置的電勢越高 其電勢能也越大 選項B正確 因c點的電勢無法判定 故正電荷只受電場力作用從a點運動到c點 動能的增減無法判定 正電荷從b點運動到c點 電場力做功的正負(fù)也無法判定 選項C正確 D錯誤 答案BC 電場線 等勢面和帶電粒子軌跡問題 1 常見等勢面比較 2 分析方法 1 根據(jù)等勢面與電場線垂直 畫出電場線 2 根據(jù)運動軌跡的彎曲方向 判斷電場力方向 從而分析電場方向或電荷的正負(fù) 確定電勢能 電勢的變化 1 2017 天津理綜 7 多選 如圖6所示 在點電荷Q產(chǎn)生的電場中 實線MN是一條方向未標(biāo)出的電場線 虛線AB是一個電子只在靜電力作用下的運動軌跡 設(shè)電子在A B兩點的加速度大小分別為aA aB 電勢能分別為EpA EpB 下列說法正確的是 A 電子一定從A向B運動B 若aA aB 則Q靠近M端且為正電荷C 無論Q為正電荷還是負(fù)電荷一定有EpA EpBD B點電勢可能高于A點電勢 圖6 解析電子在電場中做曲線運動 虛線AB是電子只在電場力作用下的運動軌跡 電場力沿電場線指向曲線的凹側(cè) 電場的方向與電場力的方向相反 如圖所示 由所給條件無法判斷電子的運動方向 故選項A錯誤 若aA aB 說明電子在A點受到的電場力較大 A點的電場強(qiáng)度較大 根據(jù)點電荷的電場分布可知 靠近M端為場源電荷的位置 應(yīng)為正電荷 故選項B正確 無論Q為正電荷還是負(fù)電荷 一定有電勢 A B 電子電勢能Ep e 電勢能是標(biāo)量 所以一定有EpA EpB 故選項C正確 D錯誤 答案BC 2 2016 海南卷 多選 如圖7 一帶正電的點電荷固定于O點 兩虛線圓均以O(shè)為圓心 兩實線分別為帶電粒子M和N先后在電場中運動的軌跡 a b c d e為軌跡和虛線圓的交點 不計重力 下列說法正確的是 A M帶負(fù)電荷 N帶正電荷B M在b點的動能小于它在a點的動能C N在d點的電勢能等于它在e點的電勢能D N在從c點運動到d點的過程中克服電場力做功 圖7 解析如圖所示 M粒子的軌跡向左彎曲 則帶電粒子所受的電場力方向向左 可知帶電粒子M受到了引力作用 故M帶負(fù)電荷 而N粒子的軌跡向下彎曲 所受的電場力方向向下 說明N粒子受到斥力作用 故N粒子帶正電荷 故選項A正確 由于虛線是等勢面 故M粒子從a到b電場力做負(fù)功 故動能減小 故選項B正確 對于N粒子 由于d和e在同一等勢面上 故從d到e電場力不做功 故電勢能不變 故選項C正確 由于N粒子帶正電 故從c點運動到d點的過程中 電場力做正功 故選項D錯誤 答案ABC 3 多選 如圖8所示 實線是一質(zhì)子僅在電場力作用下由a點運動到b點的運動軌跡 虛線可能是電場線 也可能是等差等勢線 則下列說法正確的是 A 若虛線是電場線 則質(zhì)子在a點的電勢能大 動能小B 若虛線是等差等勢線 則質(zhì)子在a點的電勢能大 動能小C 質(zhì)子在a點的加速度一定大于在b點的加速度D a點的電勢一定高于b點的電勢 圖8 答案BC 4 如圖9所示 實線為三個點電荷A B C產(chǎn)生電場的電場線 虛線是電子的運動軌跡 實線為一等勢線 M N是虛線上兩點 則下列判斷正確的是 A A一定帶正電 B C均帶負(fù)電B M點的場強(qiáng)大小大于N點的場強(qiáng)大小C M點的電勢小于N點的電勢D 電子在M點的動能小于在N點的動能 圖9 解析根據(jù)曲線運動中合力指向運動軌跡凹處以及電場力方向與電場線的切線方向平行可知 電子在N點時受到的電場力F方向如圖所示 電子受到的電場力與場強(qiáng)方向相反 即N點的場強(qiáng)方向與圖示F的方向相反 根據(jù)電場線方向可知 A一定帶正電 B C均帶負(fù)電 選項A正確 根據(jù)電場線的疏密程度表示電場強(qiáng)度大小可知 M點的場強(qiáng)小于N的場強(qiáng) 選項B錯誤 根據(jù)等勢線與電場線垂直 畫出過M點的等勢線 根據(jù)沿電場線方向電勢逐漸降低可知 M點的電勢大于N點的電勢 選項C錯誤 電子從M點運動到N點的過程中根據(jù)動能定理有 eUMN EkN EkM 又UMN M N 0 得EkM EkN 選項D錯誤 答案A 1 只適用于勻強(qiáng)電場 2 d為某兩點沿電場強(qiáng)度方向上的距離 或兩點所在等勢面之間的距離 3 電場強(qiáng)度的方向是電勢降低最快的方向 電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系 甲乙圖10 典例 2017 全國卷 21 多選 一勻強(qiáng)電場的方向平行于xOy平面 平面內(nèi)a b c三點的位置如圖11所示 三點的電勢分別為10V 17V 26V 下列說法正確的是 A 電場強(qiáng)度的大小為2 5V cmB 坐標(biāo)原點處的電勢為1VC 電子在a點的電勢能比在b點的低7eVD 電子從b點運動到c點 電場力做功為9eV 圖11 答案ABD 1 多選 如圖12 在正點電荷Q的電場中有M N P和F四點 M N P為直角三角形的三個頂點 F為MN的中點 M 30 M N P F四點處的電勢分別用 M N P F表示 已知 M N P F 點電荷Q在M N P三點所在平面內(nèi) 則 A 點電荷Q一定在MP連線上B 連接PF的線段一定在同一個等勢面上C 將正試探電荷從P點搬運到N點 電場力做負(fù)功D P大于 M 圖12 解析根據(jù)正點電荷的電場的特點可知 點電荷的電場的等勢面是以點電荷為中心的同心球面 故分別作MN連線的中垂線和PF連線的中垂線 如圖所示 根據(jù)圖中幾何關(guān)系可知 兩條線交MP于A點 即點電荷在A點 選項A正確 B錯誤 將正試探電荷從P點搬運到N點 電場力做正功 選項C錯誤 沿著電場線的方向電勢逐漸降低 故 P M 選項D正確 答案AD 2 如圖13所示 a b c代表某固定點電荷電場中的三個等勢面 相鄰兩等勢面間的距離相等 直線是電場中的幾條沒標(biāo)明方向的電場線 粗曲線是一帶正電粒子只在電場力作用下運動軌跡的一部分 M N是軌跡上的兩點 粒子過M N兩點時的加速度大小分別是aM aN 電勢能分別是EpM EpN a b c的電勢分別是 a b c a b間的電勢差為Uab b c間的電勢差為Ubc 則下列判斷正確的是 圖13 A aM aN EpM EpNB aaN Uab UbcD Uab Ubc EpM EpN 解析根據(jù)粒子的運動軌跡可知電場力指向運動軌跡的內(nèi)側(cè) 即斜向左上方 由于粒子帶正電 所以帶正電粒子受到點電荷的吸引力 所以固定點電荷一定帶負(fù)電 電場線的方向指向圓心 故 aaN 由于a b之間的電場強(qiáng)度大于b c之間的電場強(qiáng)度 而相鄰兩等勢面間的距離相等 根據(jù)U Ed可得 Uab Ubc 設(shè)粒子從M點向N點運動 電場力做負(fù)功 電勢能增加 所以EpM EpN 選項B正確 答案B 1 求電場力做功的幾種方法 1 由公式W Flcos 計算 此公式只適用于勻強(qiáng)電場 可變形為W Eqlcos 2 由WAB qUAB計算 此公式適用于任何電場 3 由電勢能的變化計算 WAB EpA EpB 4 由動能定理計算 W電場力 W其他力 Ek 電場中的功能關(guān)系 2 電場中的功能關(guān)系 1 若只有電場力做功 電勢能與動能之和保持不變 2 若只有電場力和重力做功 電勢能 重力勢能 動能之和保持不變 3 除重力 彈簧彈力之外 其他各力對物體做的功等于物體機(jī)械能的變化 4 所有外力對物體所做的功等于物體動能的變化 典例 多選 如圖14所示 半圓槽光滑 絕緣 固定 圓心是O 最低點是P 直徑MN水平 a b是兩個完全相同的帶正電小球 視為點電荷 b固定在M點 a從N點靜止釋放 沿半圓槽運動經(jīng)過P點到達(dá)某點Q 圖中未畫出 時速度為零 則小球a A 從N到Q的過程中 重力與庫侖力的合力先增大后減小B 從N到P的過程中 速率先增大后減小C 從N到Q的過程中 電勢能一直增加D 從P到Q的過程中 動能減少量小于電勢能增加量 圖14 解析a從N點靜止釋放 過P點后到Q點速度為零 整個運動過程只有重力和庫侖力做功 庫侖力方向與a速度方向夾角一直大于90 所以庫侖力整個過程做負(fù)功 小球a從N到Q的過程中 庫侖力增大 庫侖力與重力的夾角從90 一直減小 所以它們的合力一直增大 故A錯誤 帶電小球a受力如圖所示 在靠近N點的位置 合力與速度夾角小于90 在P點合力與速度夾角大于90 所以小球a從N到P的過程中 速率應(yīng)先增大后減小 故B正確 從N到Q的過程中 庫侖力一直做負(fù)功 所以電勢能一直增加 故C正確 根據(jù)能量守恒可知 P到Q的過程中 動能的減少量等于重力勢能和電勢能的增加量之和 故D錯誤 答案BC 拓展延伸 1 在 典例 中小球a從N到Q的過程中機(jī)械能守恒嗎 2 在 典例 中 若把b球固定在圓心O點 其他條件不變 小球a從N點靜止釋放 小球a到達(dá)何處時的速度為零 在此過程中機(jī)械能守恒嗎 為什么 答案 1 機(jī)械能不守恒 2 小球a到達(dá)M點時速度為零 在此過程中機(jī)械能守恒 因為庫侖力 軌道的支持力都不做功 1 電場中有a b兩點 已知 a 500V b 1500V 將電荷量為q 4 10 9C的點電荷從a移到b時 電場力做功為 A 負(fù)功8 10 6JB 正功8 10 6JC 負(fù)功4 10 6JD 正功4 10 6J解析用絕對值進(jìn)行計算 W qU 4 10 9 2000J 8 10 6J 注意此式僅為數(shù)值關(guān)系 因為負(fù)電荷從低電勢處移至高電勢處 所以電場力做正功 故選項B正確 答案B 圖15 答案C 3 如圖16所示 表面均勻帶電的圓盤水平放置 從靠近圓心O處以初速度v0豎直向上拋出一個質(zhì)量為m 帶電荷量為 q的小球 看作試探電荷 小球上升的最高點為B點 經(jīng)過A點時速度最大 已知OA h1 OB h2 重力加速度為g 取O點電勢為零 不計空氣阻力 則可以判斷 圖16 答案B 解決電場力做功問題時應(yīng)注意以下兩點 1 利用電場線的特點 等勢面的特點來分析電場力做功情況 2 應(yīng)用公式WAB qUAB計算時 WAB q UAB一般都要帶正 負(fù)號計算 電場中的三類圖象 識圖 用圖能力的培養(yǎng) 例1 2017 全國卷 20 多選 在一靜止點電荷的電場中 任一點的電勢 與該點到點電荷的距離r的關(guān)系如圖17所示 電場中四個點a b c和d的電場強(qiáng)度大小分別為Ea Eb Ec和Ed 點a到點電荷的距離ra與點a的電勢 a已在圖中用坐標(biāo) ra a 標(biāo)出 其余類推 現(xiàn)將一帶正電的試探電荷由a點依次經(jīng)b c點移動到d點 在相鄰兩點間移動的過程中 電場力所做的功分別為Wab Wbc和Wcd 下列選項正確的是 A Ea Eb 4 1B Ec Ed 2 1C Wab Wbc 3 1D Wbc Wcd 1 3 圖17 答案AC 易錯點 1 不能準(zhǔn)確識圖 沒有明確各點間距的關(guān)系 2 沒有及時聯(lián)想到點電荷電場中場強(qiáng)與距離關(guān)系 3 不能靈活應(yīng)用電場中的功能關(guān)系 針對訓(xùn)練1 2017 江蘇單科 8 多選 在x軸上有兩個點電荷q1 q2 其靜電場的電勢 在x軸上分布如圖18所示 下列說法正確的有 A q1和q2帶有異種電荷B x1處的電場強(qiáng)度為零C 負(fù)電荷從x1移到x2 電勢能減小D 負(fù)電荷從x1移到x2 受到的電場力增大 圖18 解析由x1處電勢為零可知 兩點電荷q1和q2帶有異種電荷 選項A正確 在 x圖象中 圖象切線的斜率表示電場強(qiáng)度 則x1處的電場強(qiáng)度不為零 選項B錯誤 且有x1到x2電場強(qiáng)度逐漸減小 負(fù)電荷受到的電場力逐漸減小 選項D錯誤 由Ep q可知 負(fù)電荷在電勢高處的電勢能低 負(fù)電荷從x1移到x2 電勢能減小 選項C正確 答案AC 類型二E x圖象1 描述電場強(qiáng)度隨位移變化的規(guī)律 2 場強(qiáng)E正負(fù)表示場強(qiáng)的方向 3 圖線與x軸圍成的 面積 表示電勢差 例2 多選 靜電場在x軸上的場強(qiáng)E隨x的變化關(guān)系如圖19所示 x軸正向為場強(qiáng)正方向 帶正電的點電荷沿x軸運動 則點電荷 A 在x2和x4處電勢能相等B 由x1運動到x3的過程中電勢能增大C 由x1運動到x4的過程中電場力先增大后減小D 由x1運動到x4的過程中電場力先減小后增大 圖19 解析由題圖可知 x1到x4場強(qiáng)先變大 再變小 則點電荷受到的電場力先增大后減小 C正確 D錯誤 由x1到x3及由x2到x4過程中 電場力做負(fù)功 電勢能增大 知A錯誤 B正確 答案BC 針對訓(xùn)練2 空間有一沿x軸對稱分布的電場 其電場強(qiáng)度E隨x變化的圖象如圖20所示 下列說法正確的是 A O點的電勢最低B x2點的電勢最高C x1和 x1兩點的電勢相等D x1和x3兩點的電勢相等 圖20 解析由題圖知 沿x軸方向O點兩側(cè)電場強(qiáng)度方向相反 故O點可能電勢最低 也可能電勢最高 選項A錯誤 x1 x2 x3三點在同一電場線上 由沿電場線方向電勢逐漸降低可知 無論O點右側(cè)電場強(qiáng)度沿x軸向右還是向左 x2點電勢都不是最高 x1 x3兩點的電勢也不相等 選項B D錯誤 由題圖知 電場強(qiáng)度在O點兩側(cè)對稱 故x1 x1兩點電勢相等 選項C正確 答案C 類型三Ep x圖象1 描述電勢能隨位移變化的規(guī)律 2 根據(jù)電勢能的變化可以判斷電場力做功的正 負(fù) 3 根據(jù)W Ep Fx 圖象Ep x的斜率為電場力 例3 多選 一帶負(fù)電的粒子只在電場力作用下沿x軸正方向運動 其電勢能Ep隨位移x的變化關(guān)系如圖21所示 則下列說法正確的是 A 粒子從x1處運動到x2處的過程中電場力做正功B x1 x2處電場強(qiáng)度方向沿x軸正方向C x1處的電場強(qiáng)度大小大于x2處的電場強(qiáng)度大小D x1處的電勢比x2處的電勢低 圖21 答案AD 針對訓(xùn)練3 一帶電粒子在電場中僅受靜電力作用 做初速度為零的直線運動 取該直線為x軸 起始點O為坐標(biāo)原點 其電勢能Ep與位移x的關(guān)系如圖22所示 下列圖象中合理的是 圖22 答案D