《步步高》2014高考物理一轮复习讲义-电场能的性质

第 3课时 电场能的性质 考纲解读 电势能 、 电势差的概念 ， 理解电场力做功的特点 ； 会判断电场中电势的高低 、 电势能的变化 计算电场力做功及分析电场中的功能关系 1 对电场力做功与电势能变化关系的理解 如图 1 所示 ， a、 b 为某电 场线上的两点 ， 那么以下结论正确的是 ( ) 图 1 A 把正电荷从 a 移到 b， 电场力做正功 ， 电荷的电势能减小 B 把负电荷从 a 移到 b， 电场力做负功 ， 电荷的电势能增加 C 把负电荷从 a 移到 b， 电场力做正功 ， 电荷的电势能增加 D 不论正电荷还是负电荷 ， 从 a 到 b 电势能都逐渐降低 答案 析 若正电荷从 a 移到 b，由于电场力方向和位移方向同向，电场力做正功，电荷的电势能减小， A 对；若把负电荷从 a 移到 b，电场力做负功，电荷的电势能增加， B 对，C、 D 错 2 对电势差的理解 关于电势差的计算公式 ， 下列说法正确的是 ( ) A 电势 差的公式 明两点间的电势差 与移动电荷的电荷量 q 成反比 B 把正电荷从 A 点移到 B 点电场力做正功 ， 则有 C 电势差的公式 ， q 无关 D 电场中 A、 B 两点间的电势差 q 从 A 点移动到 B 点时电场力所做的功 答案 析 电场中两点间的电势差是一个定值，不会随着电场力做的功 q 的变化而变化，故 A 错， C 对；又由 ，电场力做正功， q 为正电荷，则电势差为正，即 B 正确；电场中 A、 B 两点间的电势差 点移动到 B 点时电场力所做的功，故 D 错误 3 对电势和场强关系的理解 在静电场中 ， 下列说法正确的是 ( ) A 电场强度处处为零的区域内 ， 电势一定也处处为零 B 电场强度处处相同的区域内 ， 电势一定也处处相同 C 电场强度的方向总是跟等势面垂直 D 电势降低的方向就是电场强度的方向 答案 C 解析 电场强度大小和电势高低没有直接关系，不能根据电场强度大小判断电势高低，也不能根据电势的高低判断 电场强度的大小，故 A、 B 错；电场强度的方向一定跟等势面垂直， C 对；沿电场强度的方向电势降低，但电势降低的方向不一定是电场强度的方向， D 错 4 对电场线和等势面关系的理解 图 2 甲 、 乙 、 丙分别是等量异种点电荷 、 等量正点电荷 、正点电荷的电场线与等势面的分布情况 问 ： 甲 乙 丙 图 2 (1)在图甲中 ， 比较 A、 B、 C 三点的电势大小 ？ (2)在图乙中 ， O 点 、 M 点电势一样吗 ？ (3)在图丙中 ， A、 B、 C 三点场强关系如何 ？ 电势关系如何 ？ 答案 (1)ABC， 且 A0， B 0， 3)场强的大小关系 C， 方向不同 ； 电势的大小关系 A BC 考点梳理 一、电场力做功与电势能 1 电场力做功的特点 (1)在电场中移动电荷时 ， 电场力做功与 路径 无关 ， 只与 初末位置 有关 ， 可见电场力做功与 重力 做功相似 (2)在匀强电场中 ， 电场力做的功 W 其中 d 为沿 电场线方向 的位移 2 电势能 (1)定义 ： 电荷在电场中具有的势能 电荷在某点的电势能 ， 等于把它从该点移到 零势能位置时电场力所做的功 (2)电场力做功与电势能变化的关系 电场力做的功等于 电势能的减少量 ， 即 (3)电势能的相对性 ： 电势能是相对的 ， 通常把电荷在离场源电荷 无限远处 的电势能规定 为零 ， 或把电荷在 大地 表面上的电势能规定为零 二、电势 1 电势 (1)定义 ： 电荷在电场中某一点的电势能与它 的电荷量的比值 (2)定义式 ： (3)标矢性 ： 电势是标量 ， 其大小有正负之分 ， 其正 (负 )表示该点电势比电势零点高 (低 ) (4)相对性 ： 电势具有相对性 ， 同一点的电势因 零电势点 的选取的不同而不同 (5)沿着电场线方向电势逐渐降低 2 等势面 (1)定义 ： 电场中 电势相等 的各点构成的面 (2)特点 电场线跟等势面 垂直 ， 即场强的方向跟等势面 垂直 在 等势面 上移动电荷时电场力不做功 电场线总是从 电势高 的等势面指向 电势低 的等势面 等差等势面越密的地方电场强度 越大 ； 反之 越 小 任意两等势面不相交 深化拓展 (1)电势是描述电场本身的能的性质的物理量，由电场本身决定，而电势能反映电荷在电场中某点所具有的电势能，由电荷与电场共同决定 (2) q. 三、电势差 1 电势差 ： 电荷 q 在电场中 A、 B 两点间移动时 ， 电场力所做的功 q 的比值 ， 叫做 A、 B 间的电势差 ， 也叫电压 公式 ： 单位 ： 伏 (V) 2 电势差与电势的关系 ： A B， 电势差是标量 ， 可以是正值 ， 也可以是负值 ， 而且有 3 电势差 场中 A、 B 两点的位置 决定 ， 与移动的电荷 q、 电场力做的功 与零电势点的选取也 无关 4 电势差与电场强度的关系 ： 匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点沿 电场线方向的距离的乘积 即 U 也可以写作 E 5 电场力做功与重力做功特点的比较 下列说法中错误的是 ( ) A 重力做功与路径无关 ， 与移动物体的初末位置的竖直高度差有关 ， 即 电场力做 功与路径无关 ， 与移动电荷的初末位置的电势差有关 ， 即 重力对物体做正功 ， 其重力势能减少 ， 做负功 ， 则重力势能增加 D 电场力对正电荷做正功 ， 正电荷电势能减少 ， 对负电荷做正功 ， 负电荷电势能增加 答案 D 解析 电场力做功的特点与重力做功的特点相同，且有电场力对电荷做的功等于其电势能的减少量 做正功，电势能减少，做负功，电势能增加，选项 D 错误 6 几个功能关系的理解 如图 3 为一匀强电场 ， 某带电粒子从 A 点运动到 B 点 ， 在这一运动过程中克服重力做的功为 ， 电场力做的功为 则 下列说法正确的是 ( ) A 粒子带正电 图 3 B 粒子在 A 点的电势能比在 B 点少 C 粒子在 A 点的机械能比在 B 点少 D 粒子在 A 点的动能比在 B 点多 答案 律总结 1 电场力做功的特点是 ： 与路径无关 ， 只与初末位置有关 . 2 电场力做的功等于电势能的减少量 3 电场力做功时 ， 伴随着能量的转化与守恒 考点一 电势高低及电势能大小的判断与比较 1 比较电势高低的方法 (1)沿电场线方向，电势越来越低 (2)判断出 由 A B，比较 A、 ，则 AB，若 负电荷 q 在 A、 B 两点的电势能 q， ， qb以 A 错误；由 x 图象的斜率表示电场强度 E，知 B 对；由 ， C 对； a、 p 间的电场方向应都指向 D 错误 . 高考题组 1 (2012山东理综 19)图 14 中虚线为一组间距相等的同心圆 ， 圆心处 固定一带正电的点电荷 一带电粒子以一定初速度射入电场 ， 实线 为粒子仅在电场力作用下的运动轨迹 ， a、 b、 c 三点是实线与虚线 的交点 则该粒子 ( ) A 带负电 图 14 B 在 c 点受力最大 C 在 b 点的电势能大于在 c 点的电势能 D 由 a 点到 b 点的动能变化大于由 b 点到 c 点的动能变化 答案 析 由带电粒子进入正点电荷形成的电场中的运动轨迹可以看出两者相互排斥，故带电粒子带正电，选项 A 错误；根据库仑定律 F 知， a、 b、 c 三点中，在 a 点时受力最大，选项 B 错误；带电粒子从 b 点到 c 点的过程中，电场力做正功，电势能减小，故在 b 点的电势能大于在 c 点的电势能，选项 C 正确；由于虚 线为等间距的同心圆，故以 据动能定理，带电粒子由 a 点到 b 点的动能变化大于由 b 点到 c 点的动能变化，选项 D 正确 2 (2012天津理综 5 )两个固定的等量异号点电荷所产生电场的 等势面如图 15 中虚线所示 ， 一带负电的粒子以某一速度从 图中 A 点沿图示方向进入电场在纸面内飞行 ， 最后离开电场 ， 粒子只受静电力作用 ， 则粒子在电场中 ( ) 图 15 A 做直线运动 ， 电势能先变小后变大 B 做直线运动 ， 电势能先变大后变小 C 做曲线运动 ， 电势能先变小后变大 D 做曲线运动 ， 电 势能先变大后变小 答案 C 解析 带负电的粒子以速度 v 进入电场后，电场力的方向与 带负电的粒子做曲线运动，选项 A、 B 错误 带负电的粒子先由低电势面运动到高电势面，然后由高电势面运动到低电势面，所以电势能先减小后增大，选项 C 正