高考物理大二輪總復習與增分策略 專題十一 電場力和能的性質課件.ppt

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專題十一電場力和能的性質 考點基礎自清 考點互動探究 內容索引 考點基礎自清 一 電荷及其守恒定律 負 答案 1 兩種電荷 1 用絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電 用毛皮摩擦過的橡膠棒帶電 2 同種電荷相互排斥 異種電荷相互 2 三種起電方式摩擦起電 感應起電和接觸起電 它們的實質都是的轉移 3 元電荷最小的電荷量 e C 吸引 電子 1 6 10 19 答案 4 電荷守恒定律表述1 電荷既不會創(chuàng)生 也不會消滅 它只能從一個物體轉移到另一個物體 或者從物體的一部分轉移到另一部分 在轉移過程中 電荷的 這個結論叫做電荷守恒定律 表述2 一個與外界沒有電荷交換的系統(tǒng) 的代數(shù)和保持不變 總量 保持不變 電荷 答案 二 庫侖定律 1 點電荷當帶電體的 大小及電荷分布對它們之間的作用力的影響可以忽略時 這樣的帶電體可以看成點電荷 2 庫侖定律 1 內容 真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用力 與它們的電荷量的乘積成正比 與它們的成反比 作用力的方向在它們的連線上 形狀 距離的二次方 答案 2 表達式 F 式中k 9 0 109N m2 C2 叫做靜電力常量 3 適用條件 真空中的 點電荷 答案 三 電場強度 1 定義 放入電場中某點的電荷受到的電場力F與它的的比值 2 定義式 E 3 矢量性 規(guī)定在電場中某點所受的方向為該點電場強度的方向 電荷量q 正電荷 電場力 答案 4 場強公式的比較 三個公式 適用于電場與試探電荷是否存在無關 適用于產生的電場Q為場源電荷的電荷量 適用于電場U為兩點間的電勢差 d為沿電場方向兩點間的距離 任何 點電荷 勻強 答案 5 電場的疊加 1 電場疊加 多個電荷在空間某處產生的電場強度為各電荷單獨在該處所產生的電場強度的和 2 運算法則 定則 矢量 平行四邊形 答案 四 電勢能和電勢電勢差 1 靜電力做功 1 特點 靜電力做功與路徑無關 只與有關 2 計算方法 W qEd 只適用于 其中d為沿電場方向的距離 WAB qUAB 適用于 初 末位置 勻強電場 任何電場 答案 2 電勢能 1 定義 電荷在某點的電勢能 等于把它從這點移動到位置時靜電力做的功 2 電場力做功是電勢能變化的量度 用公式表示為WAB 即電場力做正功 電荷的電勢能減少 電場力做負功 電荷的電勢能增加 零勢能 EpA EpB 答案 3 電勢 1 定義 電荷在電場中某一點的與它的電荷量的比值 2 定義式 3 矢標性 電勢是 有正負之分 其正 負 表示該點電勢比零電勢高 低 4 相對性 電勢具有 同一點的電勢因選取零電勢點的不同而不同 5 電勢是描述電場能的性質的物理量 決定于本身 與試探電荷 電勢能 標量 相對性 電場 無關 答案 4 電勢差 1 電勢差 電場中兩點間的差值叫做電勢差 也叫電壓 2 電場中兩點間的電勢差與零電勢點的選取 填 有關 或 無關 3 公式 電場中A點的電勢為 A B點的電勢為 B 則UAB A B UBA 可見UAB UBA 4 電勢差是 UAB是正值 A點的電勢比B點的電勢高 UAB為負值 A點的電勢比B點的電勢低 5 電荷q從A點移到B點 靜電力做功WAB與AB間電勢差UAB的關系為WAB 電勢 無關 B A 標量 qUAB 答案 五 電勢差與電場強度的關系 加試 1 電勢差與電場強度的關系式 E 其中d為電場中兩點間沿電場方向的距離 2 公式只適用于 勻強電場 答案 六 靜電現(xiàn)象的應用 加試 1 處于靜電平衡狀態(tài)下導體的特征 1 處于靜電平衡狀態(tài)的導體 內部場強 2 處于靜電平衡狀態(tài)的導體 其外部表面附近任何一點的場強方向必定與這點的表面 3 處于靜電平衡狀態(tài)的整個導體是個等勢體 它的表面是個 地球是一個等勢體 處處為零 垂直 等勢面 答案 2 靜電平衡時 導體上的電荷分布有以下兩個特點 1 導體內部沒有電荷 電荷只分布在導體的 2 在導體外表面 越尖銳的位置電荷的密度 單位面積的電荷量 凹陷的位置幾乎沒有電荷 3 尖端放電所帶電荷與導體尖端的電荷符號相反的粒子 由于被吸引而奔向尖端 與尖端上的電荷 這相當于導體從尖端失去電荷的現(xiàn)象 表面 越大 中和 答案 4 靜電屏蔽金屬殼或金屬網(wǎng)的空腔內不受外界電場的影響 殼 網(wǎng) 內電場強度保持為 外電場對殼 網(wǎng) 內的儀器不會產生影響 金屬殼 網(wǎng) 的這種作用叫做 0 靜電屏蔽 1 2015 浙江1月學考 26 下列電場中 A B兩點電場強度相同的是 1 2 3 4 5 學考通關練 1 2 3 4 5 解析 3 一個電荷只在靜電力作用下從電場中的A點移動到B點時 靜電力做了5 10 6J的功 那么 A 電荷在B點將具有5 10 6J的電勢能B 電荷在B點將具有5 10 6J的動能C 電荷的電勢能減少了5 10 6JD 電荷的電勢能增加了5 10 6J 解析 1 2 3 4 5 解析電荷只在靜電力作用下從電場中的A點移動到B點時 靜電力做正功 電勢能減少 靜電力做了多少正功 電荷的電勢能就減少多少 因電荷在A點的動能和電勢能不知道 所以不能確定電荷在B點的動能和電勢能 故選項C正確 4 如圖1為某勻強電場的等勢面分布圖 每兩個相鄰等勢面相距2cm 則該勻強電場的場強大小和方向分別為 解析 圖1 1 2 3 4 5 A E 100V m 豎直向下B E 100V m 豎直向上C E 100V m 水平向左D E 100V m 水平向右 解析電場方向與等勢面垂直且指向電勢降低的方向 故電場方向水平向左 5 2016 諸暨市期末 如圖2甲所示 一塊有機玻璃板和一塊塑料板 手持有機玻璃棒用力快速摩擦兩板后分開 接著將塑料板插入箔片驗電器上端的空心金屬球中 沒有接觸金屬球 發(fā)現(xiàn)金屬箔片張開 如圖乙所示 然后抽回塑料板 再將有機玻璃板和塑料板互相平行但不接觸 同時插入空心金屬球 仍沒有接觸金屬球 發(fā)現(xiàn)金屬箔片沒有張開 如圖丙所示 關于這一實驗現(xiàn)象 下列的說法正確的是 1 2 3 4 5 圖2 A 兩板摩擦后帶電說明創(chuàng)造了新的電荷B 圖乙驗電器箔片張開是因為發(fā)生了電磁感應C 圖乙驗電器箔片張開是因為板上電荷轉移到箔片上D 圖丙驗電器箔片沒有張開是因為兩板帶等量異種電荷 1 2 3 4 5 返回 考點互動探究 等量同種和異種點電荷的電場強度的比較 考點一庫侖定律與電場強度 解析 圖3 例1 2016 浙江10月學考 13 如圖3所示 質量為m 電荷量為q的帶電小球A用絕緣細線懸掛于O點 帶有電荷量也為q的小球B固定在O點正下方絕緣柱上 其中O點與小球A的間距為l O點與小球B的間距為l 當小球A平衡時 懸線與豎直方向夾角 30 帶電小球A B均可視為點電荷 靜電力常量為k 則 解析小球A的受力分析如圖 技巧點撥 解決平衡問題的方法技巧 分析帶電體的平衡問題的關鍵是受力分析 正確畫出受力圖 不共線力作用下的平衡問題的分析方法有正交分解法和合成法 只分析含有直角的情況 兩種方法都是利用直角三角形的知識求解 解析 1 2015 浙江學考模擬 如圖所示的四種電場中 分別標記有a b兩點 其中a b兩點電場強度相同的是 解析電場強度是矢量 a b兩點的電場強度相同 則要求場強的大小和方向都相同 故D對 1 2 3 變式題組 解析 2 如圖4所示 B為線段AC的中點 如果在A處放一個 Q的點電荷 測得B處的場強EB 48N C 則 A EC 24N CB EC 12N CC 若要使EB 0 可在C處放一個 Q的點電荷D 把q 10 9C的點電荷放在C點 則其所受電場力的大小為6 10 9N 圖4 1 2 3 根據(jù)場的疊加及點電荷產生的場強方向知 應在C處放一等量同種電荷 C錯誤 F qEC 1 2 10 8N D錯誤 解析 3 如圖5所示 水平勻強電場中 一帶電荷量為 q 質量為m的小球靜止在傾角為 的光滑斜面上 則關于場強方向及大小的判斷正確的是 1 2 3 圖5 解析小球靜止 所受合力為零 重力和水平方向的電場力不能使其平衡 因此一定會受到斜面支持力的作用 由三力平衡情況可知 小球所受電場力應水平向右 即Eq mgtan 由此得勻強電場場強大小為 因小球帶負電 所以勻強電場方向與小球受力方向相反 即電場方向向左 故選B 1 2 3 1 電勢和電場強度的區(qū)別 1 電勢是標量 是描述電場能的性質的物理量 電場強度是矢量 是描述電場力的性質的物理量 2 電勢高的地方場強不一定大 二者在大小上無必然聯(lián)系 3 沿電場強度方向電勢降低 考點二電勢能和電勢電勢差 2 電勢高低的判斷 3 電勢能大小的判斷 例2如圖6 直線上有O a b c四點 a b間的距離與b c間的距離相等 在O點處有固定點電荷 已知b點電勢高于c點電勢 若一帶負電荷的粒子僅在電場力作用下先從c點運動到b點 再從b點運動到a點 則 解析 圖6 A 兩過程中電場力做的功相等B 前一過程中電場力做的功大于后一過程中電場力做的功C 前一過程中 粒子電勢能不斷減小D 后一過程中 粒子動能不斷減小 解析由題意知O點處點電荷帶正電 其周圍部分電場線分布如圖所示 帶負電荷的粒子由c到b再到a過程中 電場強度不斷變大 粒子由c b a過程中 電場力做正功 電勢能不斷減小 動能不斷增加 故C項正確 D項錯誤 方法感悟 電場力做功的計算方法 1 由公式W Flcos 計算 此公式只適用于勻強電場 可變形為 W qElcos 2 由W qU來計算 此公式適用于任何形式的靜電場 3 由動能定理來計算 W電場力 W其他力 Ek 4 由電勢能的變化來計算 WAB EpA EpB 解析 4 如圖7所示 一圓環(huán)上均勻分布著正電荷 x軸垂直于環(huán)面且過圓心O 下列關于x軸上的電場強度和電勢的說法中正確的是 4 5 6 圖7 A O點的電場強度為零 電勢最低B O點的電場強度為零 電勢最高C 從O點沿x軸正方向 電場強度減小 電勢升高D 從O點沿x軸正方向 電場強度增大 電勢降低 變式題組 解析圓環(huán)上均勻分布著正電荷 可以將圓環(huán)等效為很多正點電荷的組成 同一條直徑的兩端點的點電荷的合場強類似于等量同種電荷的場強 故圓環(huán)的中心的合場強一定為零 x軸上的合場強 在圓環(huán)的右側方向沿軸向右 左側方向沿軸向左 電場強度都呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢 因沿電場線的方向電勢逐漸降低 所以可得O點的電勢最高 選項B正確 4 5 6 解析 5 如圖8所示 一帶負電的粒子 沿著電場線從A點運動到B點的過程中 以下說中正確的是 4 5 6 圖8 A 帶電粒子的電勢能越來越小B 帶電粒子的電勢能越來越大C 帶電粒子受到的靜電力一定越來越小D 帶電粒子受到的靜電力做正功 4 5 6 解析帶負電的粒子所受靜電力方向與電場線方向相反 所以當帶負電的粒子沿著電場線從A點運動到B點的過程中 靜電力做負功 電勢能越來越大 選項A D錯誤 B正確 電場線的疏密表示場強的大小 所以EA EB 帶電粒子受到的靜電力一定越來越大 選項C錯誤 6 2016 永昌市調研 關于電勢差的說法中 正確的是 A 兩點間的電勢差等于電荷從其中一點移到另一點時 靜電力所做的功B 1C電荷從電場中一點移動到另一點 如果靜電力做了1J的功 這兩點間的電勢差就是1VC 在兩點間移動電荷時 靜電力做功的多少跟這兩點間的電勢差無關D 兩點間的電勢差的大小跟放入這兩點的電荷的電荷量成反比 4 5 6 解析 兩點間的電勢差由電場決定 即電勢差與試探電荷沒有關系 由此知道選項D錯誤 4 5 6 由WAB qUAB可知 靜電力做功的多少與q UAB均有關 選項C錯誤 1 電場線 1 定義 為了形象地描述電場中各點場強的強弱及方向 在電場中畫出一些曲線 曲線上每一點的切線方向都跟該點的場強方向一致 曲線的疏密表示電場的強弱 2 電場線的三個特點 電場線從正電荷或無限遠處出發(fā) 終止于無限遠或負電荷處 電場線在電場中不相交 在同一幅圖中 電場強度較大的地方電場線較密 電場強度較小的地方電場線較疏 考點三電場線 等勢面與粒子運動軌跡問題 3 六種典型電場的電場線 如圖9所示 圖9 2 等勢面 1 定義 電場中電勢相同的各點構成的面 2 四個特點 在同一等勢面上移動電荷時電場力不做功 電場線一定與等勢面垂直 并且從電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面 等差等勢面越密的地方電場強度越大 反之越小 任意兩個等勢面都不相交 3 帶電粒子在電場中運動軌跡問題的分析方法 1 某點速度方向即為該點軌跡的切線方向 2 從軌跡的彎曲方向判斷受力方向 軌跡向合外力方向彎曲 從而分析電場方向或電荷的正負 3 結合軌跡 速度方向與電場力的方向 確定電場力做功的正負 從而確定電勢能 電勢和電勢差的變化等 例3某帶電粒子僅在靜電力作用下由A點運動到B點 電場線 等勢面 虛線 粒子在A點的初速度及運動軌跡如圖10所示 可以判定 圖10 解析 A 粒子在A點的加速度大于它在B點的加速度B 粒子在A點的動能小于它在B點的動能C 粒子在A點的電勢能小于它在B點的電勢能D 電場中A點的電勢低于B點的電勢 解析由電場線的的疏密可知場強EB EA 所以粒子的加速度aB aA 由定性畫出的等勢面并根據(jù)沿電場線方向電勢降低 可知電勢 A B 由粒子運動軌跡的彎曲方向可知靜電力做正功 所以動能 電勢能的變化情況為EkB EkA EpB EpA 故選項B正確 解析 7 2015 浙江學考模擬 如圖11所示 一電場的電場線分布關于y軸 沿豎直方向 對稱 O M N是y軸上的三個點 且OM MN P點在y軸右側 MP ON 則O M N P四點中電場強度最大的是 7 8 9 圖11 A O點B M點C N點D P點 解析由圖知O點處電場線最密 則O點電場強度最大 故A對 變式題組 解析 8 如圖12為真空中兩點電荷A B形成的電場中的一簇電場線 已知該電場線關于虛線對稱 O點為A B電荷連線的中點 a b為其連線的中垂線上對稱的兩點 則下列說法正確的是 A A B可能帶等量異號的正 負電荷B A B可能帶不等量的正電荷C a b兩點處無電場線 故其電場強度可能為零D 同一試探電荷在a b兩點處所受電場力大小相等 方向一定相反 圖12 7 8 9 7 8 9 解析根據(jù)題圖中的電場線分布可知 A B帶等量的正電荷 選項A B錯誤 a b兩點處雖然沒有畫電場線 但其電場強度一定不為零 選項C錯誤 由圖可知 a b兩點處電場強度大小相等 方向相反 同一試探電荷在a b兩點處所受電場力大小相等 方向一定相反 選項D正確 解析 9 2016 浙江10月學考 8 如圖13為某一電場的電場線 M N P為電場線上的三個點 M N是同一電場線上兩點 下列判斷正確的是 圖13 7 8 9 A M N P三點中N點的場強最大B M N P三點中N點的電勢最高C 負電荷在M點的電勢能大于在N點的電勢能D 正電荷從M點自由釋放 電荷將沿電場線運動到N點 解析電場線的疏密反應了電場的強弱 所以N點場強最大 選項A正確 順著電場線的方向 電勢降低 M點的電勢最高 選項B錯誤 根據(jù)Ep q M P N可知 負電荷在M點電勢能小于在N點的電勢能 選項C錯誤 正電荷在M點靜止釋放 電荷在電場力的作用下運動 但是運動軌跡并不是電場線 選項D錯誤 7 8 9 在勻強電場中由公式U Ed得出 一式二結論 圖14 考點四電勢差與電場強度的關系 加試 結論2勻強電場中若兩線段AB CD 且AB CD 則UAB UCD 或 A B C D 如圖乙所示 例4 2015 浙江學考模擬 如圖15所示 勻強電場場強為1 103N C ab dc 4cm bc ad 3cm 則下述計算結果正確的是 圖15 解析 A ab之間的電勢差為4000VB ac之間的電勢差為50VC 將q 5 10 3C的點電荷沿矩形路徑abcda移動一周 靜電力做功為零D 將q 5 10 3C的點電荷沿abc或adc從a移動到c 靜電力做功都是 0 25J Uac Uab 40V 選項B錯 將負點電荷移動一周 電勢差為零 靜電力做功為零 故選項C對 Wac qUac 5 10 3 40J 0 2J 選項D錯 規(guī)律總結 公式UAB Ed的應用技巧 1 公式UAB Ed只適用于勻強電場的定量計算 2 公式中的 d 指電場中兩點沿電場強度方向的距離 如果電場中兩點不沿場強方向 d的取值應為兩點連線在場強方向的投影 或為兩點所在等勢面間的垂直距離 3 在應用時 可把公式UAB Ed簡化為U Ed 即只計算兩點間的電勢差大小 至于電勢差的正負 電場強度的方向我們根據(jù)題意另作判斷 4 電場強度與電勢差的關系式也可寫作E 它的意義是 電場強度在數(shù)值上等于沿電場方向每單位距離上降低的電勢 解析 10 2016 金華十校調研 a b c是勻強電場中的三個點 各點電勢依次為10V 2V 6V 三點在同一平面上 下列圖中電場強度的方向表示正確的是 10 11 解析由于Uab a b 8V 則ab中點處電勢為6V 因此c點與ab中點的電勢相同 c點與ab中點的連線則為一條等勢線 電場強度方向應垂直于該等勢線并且指向電勢較低的方向 故選項C正確 變式題組 解析 11 如圖16所示 在平面直角坐標系中 有方向平行于坐標平面的勻強電場 其中坐標原點O處的電勢為0 點A處的電勢為6V 點B處的電勢為3V 則電場強度的大小為 圖16 返回 10 11 解析x軸上OA的中點C的電勢為3V 則BC的連線為等勢線 如圖所示 電場的方向與等勢線垂直 且由電勢高處指向電勢低處 根據(jù)幾何關系 O點到BC的距離為d 1 5cm 返回 10 11