2018-2019學(xué)年高中物理 第2章 電場(chǎng)與示波器 習(xí)題課1 電場(chǎng)能的性質(zhì)學(xué)案 滬科版選修3-1.doc

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習(xí)題課1　電場(chǎng)能的性質(zhì) [學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.理解電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)、電勢(shì)差、電勢(shì)能等基本概念．　2.會(huì)分析電場(chǎng)力做功和電勢(shì)能變化的問(wèn)題． 3．能求解電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)、電勢(shì)差和電勢(shì)能．　4.會(huì)分析與電場(chǎng)線、等勢(shì)面相關(guān)的問(wèn)題． 電勢(shì)和電勢(shì)能的理解和判斷 1．電勢(shì)高低的四種判斷方法 (1)依據(jù)電場(chǎng)線方向：沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)逐漸降低． (2)依據(jù)電場(chǎng)力做功：根據(jù)UAB＝，將WAB、q的正負(fù)號(hào)代入，由UAB的正負(fù)判斷φA、φB的高低． (3)電荷的正負(fù)：取無(wú)窮遠(yuǎn)處電勢(shì)為零，正電荷周?chē)妱?shì)為正值，負(fù)電荷周?chē)妱?shì)為負(fù)值；靠近正電荷處電勢(shì)高，靠近負(fù)電荷處電勢(shì)低． (4)依據(jù)電勢(shì)能的高低：正電荷在電勢(shì)能大處電勢(shì)較高，負(fù)電荷在電勢(shì)能大處電勢(shì)較低． 2．電勢(shì)能高低的四種判斷方法 (1)做功判斷法：電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減??；電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增大． (2)電荷電勢(shì)法：正電荷在電勢(shì)高的地方電勢(shì)能大，負(fù)電荷在電勢(shì)低的地方電勢(shì)能大． (3)公式法：由Ep＝qφ，將q、φ的大小、正負(fù)號(hào)一起代入公式，Ep越大，電勢(shì)能越大，Ep越小，電勢(shì)能越大． (4)能量守恒法：在電場(chǎng)中，若只有電場(chǎng)力做功時(shí)，電荷的動(dòng)能和電勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，動(dòng)能增大時(shí)，電勢(shì)能減小，反之電勢(shì)能增大． 　如圖1所示，在光滑絕緣水平面上的P點(diǎn)正上方O點(diǎn)固定了一電荷量為＋Q的點(diǎn)電荷，在水平面上的N點(diǎn)，由靜止釋放一質(zhì)量為m、電荷量為－q的檢驗(yàn)電荷，該檢驗(yàn)電荷經(jīng)過(guò)P點(diǎn)時(shí)速度為v，圖中θ＝60，規(guī)定電場(chǎng)中P點(diǎn)的電勢(shì)為零，則在＋Q形成的電場(chǎng)中，下列判斷正確的是(　　) 圖1 A．P點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度大小是N點(diǎn)的2倍 B．N點(diǎn)電勢(shì)高于P點(diǎn)電勢(shì) C．N點(diǎn)電勢(shì)為－ D．檢驗(yàn)電荷在N點(diǎn)具有的電勢(shì)能為－mv2 思路點(diǎn)撥：①找出ON的中點(diǎn)M，則M點(diǎn)與P點(diǎn)電勢(shì)相等，由此可確定P點(diǎn)電勢(shì)高于N點(diǎn)電勢(shì)． ②根據(jù)電場(chǎng)力做功和動(dòng)能定理可確定N點(diǎn)的電勢(shì)及檢驗(yàn)電荷在N點(diǎn)的電勢(shì)能． C　[由點(diǎn)電荷電場(chǎng)分布情況及幾何關(guān)系知，ON的中點(diǎn)設(shè)為M，與P點(diǎn)的電勢(shì)相等，根據(jù)沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)逐漸降低可知，M點(diǎn)的電勢(shì)高于N點(diǎn)的電勢(shì)，則N點(diǎn)電勢(shì)低于P點(diǎn)電勢(shì)，故B錯(cuò)誤；P點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度大小是EP＝，N點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度大小是EN＝，則＝＝4，故A錯(cuò)誤；根據(jù)動(dòng)能定理得：檢驗(yàn)電荷由N到P的過(guò)程中，－q(φN－φP)＝mv2，由題意，P點(diǎn)的電勢(shì)為零，即φP＝0，解得N點(diǎn)的電勢(shì)φN＝－，故C正確；檢驗(yàn)電荷在N點(diǎn)具有的電勢(shì)能為EN＝－qφN＝mv2，故D錯(cuò)誤．] 電勢(shì)和電勢(shì)能的判斷技巧 (1)不在同一條電場(chǎng)線上的兩點(diǎn)比較電勢(shì)高低時(shí)，可以先在同一條電場(chǎng)線上找出等勢(shì)點(diǎn)再進(jìn)行比較． (2)計(jì)算某點(diǎn)的電勢(shì)、電勢(shì)能，有時(shí)可以根據(jù)動(dòng)能定理． [針對(duì)訓(xùn)練] 1．如圖2所示，真空中同一平面內(nèi)MN直線上固定電荷量分別為－9Q和＋Q的兩個(gè)點(diǎn)電荷，兩者相距為L(zhǎng)，以＋Q的點(diǎn)電荷為圓心，半徑為畫(huà)圓，a、b、c、d是圓周上四點(diǎn)，其中a、b在MN直線上，c、d兩點(diǎn)連線垂直于MN，一電荷量為q的負(fù)點(diǎn)電荷在圓周上運(yùn)動(dòng)，比較a、b、c、d四點(diǎn)，則下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：69682081】 圖2 A．a(chǎn)點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度最大 B．負(fù)點(diǎn)電荷q在b點(diǎn)的電勢(shì)能最大 C．c、d兩點(diǎn)的電勢(shì)相等 D．負(fù)點(diǎn)電荷q在a點(diǎn)的電勢(shì)能最大 B　[由電場(chǎng)的疊加知，a點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度最大，選項(xiàng)A正確；a、b、c、d四點(diǎn)中，b點(diǎn)的電勢(shì)最高，a點(diǎn)的電勢(shì)最低，負(fù)點(diǎn)電荷q在電勢(shì)高處電勢(shì)能小，在電勢(shì)低處電勢(shì)能大，選項(xiàng)B錯(cuò)誤，D正確；由于c、d關(guān)于MN直線對(duì)稱，故c點(diǎn)和d點(diǎn)電勢(shì)相同，選項(xiàng)C正確．故錯(cuò)誤的選項(xiàng)為B.] 2.一個(gè)帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖3中曲線AB所示，平行的虛線a、b、c、d表示該電場(chǎng)中的四個(gè)等勢(shì)面．不計(jì)粒子重力，下列說(shuō)法中正確的是(　　) 圖3 A．該粒子一定帶正電 B．四個(gè)等勢(shì)面中a等勢(shì)面的電勢(shì)一定最低 C．該粒子由A到B過(guò)程中動(dòng)能一定逐漸減小 D．該粒子由A到B過(guò)程中電勢(shì)能一定逐漸減小 D　[根據(jù)電場(chǎng)線垂直于等勢(shì)面，可畫(huà)出電場(chǎng)線．再由粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡可知，粒子受向上的電場(chǎng)力，由于粒子帶電正負(fù)不確定，所以無(wú)法判斷電場(chǎng)線的方向，無(wú)法判斷電勢(shì)的高低，A、B錯(cuò)誤；由A到B的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，靜電力做正功，所以粒子的動(dòng)能增大，電勢(shì)能減小，C錯(cuò)誤，D正確．] 電場(chǎng)線和等勢(shì)面的應(yīng)用 電場(chǎng)線與等勢(shì)面的區(qū)別與聯(lián)系： 電場(chǎng)線 等勢(shì)面 物理 意義 形象描述電場(chǎng)強(qiáng)度的強(qiáng)弱和方向 形象描述電場(chǎng)中各點(diǎn)電勢(shì)的高低 圖線 特點(diǎn) 帶箭頭的不閉合的曲線，兩電場(chǎng)線不相交 可以閉合，也可以不閉合，不同等勢(shì)面不相交 描述 電場(chǎng) 曲線上某一點(diǎn)的切線方向?yàn)閳?chǎng)強(qiáng)方向，疏密表示場(chǎng)強(qiáng)大小 等勢(shì)面的垂線方向?yàn)閳?chǎng)強(qiáng)方向，等差等勢(shì)面的疏密表示場(chǎng)強(qiáng)大小 做功 情況 電荷沿電場(chǎng)線移動(dòng)時(shí)電場(chǎng)力必做功 電荷沿等勢(shì)面移動(dòng)時(shí)電場(chǎng)力不做功 聯(lián)系 (1)沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低 (2)電場(chǎng)線與等勢(shì)面垂直 　位于正方形四角上的四個(gè)等量點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)的電場(chǎng)線分布如圖4所示，ab、cd分別是正方形兩條邊的中垂線，O點(diǎn)為中垂線的交點(diǎn)，P、Q分別為cd、ab上的點(diǎn)．則下列說(shuō)法中正確的是(　　) 圖4 A．P、O兩點(diǎn)的電勢(shì)關(guān)系為φP<φO B．P、Q兩點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小關(guān)系為EPEQ，B錯(cuò)誤；四個(gè)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)在O點(diǎn)的合場(chǎng)強(qiáng)為零，故在O點(diǎn)放一正點(diǎn)電荷，該正點(diǎn)電荷受到的電場(chǎng)力為零，C正確．] 電場(chǎng)線、等勢(shì)面的特點(diǎn) (1)電場(chǎng)線的特點(diǎn)：電場(chǎng)線是始于正電荷(或無(wú)限遠(yuǎn))、終于無(wú)限遠(yuǎn)(或負(fù)電荷)的非閉合曲線，電場(chǎng)線不相交，其疏密程度可表示電場(chǎng)強(qiáng)度大小，其切線的方向表示電場(chǎng)強(qiáng)度方向，沿著電場(chǎng)線方向電勢(shì)逐漸降低． (2)等勢(shì)面的特點(diǎn)：等勢(shì)面一定跟電場(chǎng)線垂直，等差等勢(shì)面越密集，電場(chǎng)強(qiáng)度越大，在同一等勢(shì)面上的任意兩點(diǎn)間(不論方式如何，只要起、終點(diǎn)在同一等勢(shì)面上)移動(dòng)電荷，電場(chǎng)力不做功． [針對(duì)訓(xùn)練] 3．金屬板和板前一正點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)線分布如圖5所示，A、B、C、D為電場(chǎng)中的四個(gè)點(diǎn)，則(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：69682082】 圖5 A．B、D兩點(diǎn)的電勢(shì)相等 B．B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度比D點(diǎn)的大 C．負(fù)電荷在C點(diǎn)的電勢(shì)能小于在A點(diǎn)的電勢(shì)能 D．正電荷由D點(diǎn)靜止釋放，只受電場(chǎng)力作用沿電場(chǎng)線運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn) C　[沿著電場(chǎng)線電勢(shì)逐漸降低，由題圖看出，D點(diǎn)電勢(shì)比B點(diǎn)電勢(shì)高，故A錯(cuò)誤；電場(chǎng)線的疏密表示電場(chǎng)強(qiáng)度的大小，由圖可知，B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度比D點(diǎn)的小，故B錯(cuò)誤；沿著電場(chǎng)線電勢(shì)逐漸降低，由圖看出，C點(diǎn)電勢(shì)比A點(diǎn)電勢(shì)高，所以負(fù)電荷在C點(diǎn)的電勢(shì)能小于在A點(diǎn)的電勢(shì)能，故C正確；正電荷由D點(diǎn)靜止釋放，受電場(chǎng)力方向沿曲線的切線方向，所以運(yùn)動(dòng)的軌跡不會(huì)沿電場(chǎng)線的方向，故D錯(cuò)誤．故選C.] 4．如圖6所示，將帶正電的甲球放在不帶電的乙球左側(cè)，兩球在空間形成了穩(wěn)定的靜電場(chǎng)，實(shí)線為電場(chǎng)線，虛線為等勢(shì)線．A、B兩點(diǎn)與兩球球心連線位于同一直線上，C、D兩點(diǎn)關(guān)于直線AB對(duì)稱．則(　　) 圖6 A．A點(diǎn)和B點(diǎn)的電勢(shì)相同 B．C點(diǎn)和D點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度相同 C．正電荷從A點(diǎn)移至B點(diǎn)，電場(chǎng)力做正功 D．負(fù)電荷從C點(diǎn)移至D點(diǎn)，電勢(shì)能增大 C　[同一等勢(shì)線上各點(diǎn)電勢(shì)相等，所以φA＝φC，沿著電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低，所以φC>φB，即φA>φB，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；C點(diǎn)和D點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的方向不同，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由W＝qUAB可知正電荷從A點(diǎn)移至B點(diǎn)，電場(chǎng)力做正功，選項(xiàng)C正確；C點(diǎn)和D點(diǎn)位于同一等勢(shì)線上，即UCD＝0，由W＝qUCD可得負(fù)電荷從C點(diǎn)移至D點(diǎn)，電場(chǎng)力不做功，電勢(shì)能不變，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．] [當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)固 雙 基] 1．(多選)在電場(chǎng)中，A點(diǎn)的電勢(shì)高于B點(diǎn)的電勢(shì)，則(　　) A．把負(fù)電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電場(chǎng)力做負(fù)功 B．把負(fù)電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電場(chǎng)力做正功 C．把正電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電場(chǎng)力做負(fù)功 D．把正電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電場(chǎng)力做正功 AD　[由于UAB＝φA－φB>0，W＝qUAB，故把負(fù)電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電場(chǎng)力做負(fù)功，A對(duì)，B錯(cuò)；把正電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電場(chǎng)力做正功，C錯(cuò)，D對(duì)．] 2．在靜電場(chǎng)中將一個(gè)帶電荷量為q＝－2.010－9 C的點(diǎn)電荷由a點(diǎn)移動(dòng)到b點(diǎn)，已知a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差Uab＝1.0104 V．在此過(guò)程中，除電場(chǎng)力外，其他力做的功為W＝6.010－5 J，則該點(diǎn)電荷的動(dòng)能(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：69682083】 A．增加了8.010－5 J　 B．減少了8.010－5 J C．增加了4.010－5 J D．減少了4.010－5 J C　[根據(jù)動(dòng)能定理得：W＋qU＝ΔEk，故可解得ΔEk＝6.010－5 J＋1.0104 V(－2.010－9 C)＝4.010－5 J，所以C正確；也可以根據(jù)Uab＝1.0104 V>0，即φa>φb，負(fù)電荷從高電勢(shì)向低電勢(shì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，電場(chǎng)力做負(fù)功，算出來(lái)動(dòng)能的變化．] 3．(多選)如圖7所示，勻強(qiáng)電場(chǎng)中某電場(chǎng)線上的兩點(diǎn)A、B相距0.2 m，正電荷q＝106 C，從A移到B，電場(chǎng)力做功為2106 J，則(　　) 圖7 A．該電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)為10 V/m B．該電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)方向由A指向B C．A、B間的電勢(shì)差為10 V D．B點(diǎn)的電勢(shì)比A點(diǎn)的高 AB　[電荷q由A移到B，W電＝qEd，代入數(shù)據(jù)得2106＝106E0.2，解得E＝10 V/m，A正確．A到B電場(chǎng)力對(duì)正電荷做正功，電場(chǎng)力方向由A指向B，所以場(chǎng)強(qiáng)方向由A指向B，B正確．U＝Ed＝100.2 V＝2 V，C錯(cuò)．沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低，A點(diǎn)電勢(shì)高于B點(diǎn)電勢(shì)，D錯(cuò)．] 4．如圖所示，A、B、C是勻強(qiáng)電場(chǎng)中的三個(gè)點(diǎn)，各點(diǎn)電勢(shì)φA＝10 V、φB＝2 V、φC＝6 V，A、B、C三點(diǎn)在同一平面上，下列各圖中電場(chǎng)強(qiáng)度的方向表示正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：69682084】 D　[A、B中點(diǎn)電勢(shì)為6 V，該點(diǎn)與C點(diǎn)為等勢(shì)點(diǎn)，因此電場(chǎng)強(qiáng)度的方向垂直該連線指向低電勢(shì)一側(cè)．] 5．如圖8所示，在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，將一電荷量為210－5 C的正電荷由A點(diǎn)移到B點(diǎn)，其電勢(shì)能改變了0.2 J，已知A、B兩點(diǎn)間距離為8 cm，兩點(diǎn)連線與電場(chǎng)方向成60角，求： 圖8 (1)電荷由A移到B的過(guò)程中，電場(chǎng)力所做的功WAB； (2)A、B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差UAB. 【解析】　(1)因正電荷由A移到B的過(guò)程中，正電荷的電勢(shì)能減少了ΔE減＝0.2 J，所以這個(gè)過(guò)程中電場(chǎng)力對(duì)正電荷所做的功WAB＝ΔE減＝0.2 J. (2)A、B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差UAB＝＝1104 V. 【答案】　(1)0.2 J　(2)1104 V