2020版高考物理一轮复习第7章第2节电场能的性质教学案新人教版.docx

第2节电场能的性质知识点一| 电场力做功与电势能变化的关系1电场力做功(1)特点：电场力做功和路径无关，只与初、末位置有关。(2)计算方法WqEd，只适用于匀强电场，其中d为沿电场线方向的位移。WABqUAB，适用于任何形式的电场。2电势能(1)定义：电荷在电场中某点的电势能，等于静电力把它从该点移动到零势能位置时所做的功。(2)静电力做功与电势能变化的关系静电力做的功等于电势能的减少量，WABEpAEpB。(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穷远处的电势能规定为零，或把电荷在地球表面的电势能规定为零。(1)电场力做功与重力做功相似，均与路径无关。()(2)电势能是一个矢量，所以有正值和负值之分。()(3)电场力与速度方向夹角小于90时，电场力做正功。()电势能大小的判断判断方法方法解读公式法将电荷量、电势连同正负号一起代入公式Epq，正Ep的绝对值越大，电势能越大；负Ep的绝对值越大，电势能越小电势法正电荷在电势高的地方电势能大负电荷在电势低的地方电势能大做功法电场力做正功，电势能减小电场力做负功，电势能增加能量守恒法在电场中，若只有电场力做功时，电荷的动能和电势能相互转化，动能增加，电势能减小，反之，动能减小，电势能增加典例(多选)(2015四川高考)如图所示，半圆槽光滑、绝缘、固定，圆心是O，最低点是P，直径MN水平，a、b是两个完全相同的带正电小球(视为点电荷)，b固定在M点，a从N点静止释放，沿半圆槽运动经过P点到达某点Q(图中未画出)时速度为零，则小球a()A从N到Q的过程中，重力与库仑力的合力先增大后减小B从N到P的过程中，速率先增大后减小C从N到Q的过程中，电势能一直增加D从P到Q的过程中，动能减少量小于电势能增加量BC小球a从N点释放一直到达Q点的过程中，a、b两球的距离一直减小，库仑力变大，a受重力不变，重力和库仑力的夹角从90一直减小，故合力变大，选项A错误；小球a从N到P的过程中，速度方向与重力和库仑力的合力方向的夹角由小于90到大于90，故库仑力与重力的合力先做正功后做负功，a球速率先增大后减小，选项B正确；小球a由N到Q的过程中库仑力一直做负功，电势能一直增加，选项C正确；小球a从P到Q的过程中，减少的动能转化为重力势能和电势能之和，故动能的减少量大于电势能的增加量，则选项D错误。1(多选)(2019绵阳模拟)如图所示，边长为2a的正方形ABCD的中心在直角坐标系xOy的原点O，AD平行于x轴，电荷量为q的点电荷固定在G点 (2a,0)，电荷量为q的点电荷固定在H点(2a,0)。电荷量为Q的点电荷在外力作用下从A点沿AD运动到D点，再沿DC运动到C点，则()AA、B两点的电场强度大小相等BA、B两点的电场强度方向相同C点电荷Q从A到D的过程中，电势能增加D点电荷Q从D到C的过程中，电势能保持不变AC由对称可知，A、B两点的电场强度大小相等，方向不同，选项A正确，B错误；D点电势高于A点，则点电荷Q从A到D的过程中，电势能增加，选项C正确；从D到C电势先升高后降低，则点电荷Q从D到C的过程中，电势能先增加后减小，选项D错误；故选A、C。2.(2019杭州模拟)将一金属小球置于竖直放置的带电平行金属板间，A、B间电场线分布如图所示，则下列判断正确的是()AEMEN，MN BEMNC将正试探电荷从M点移到N点，电场力做正功D将负试探电荷从M点移到N点，电荷的电势能减小C电场线的疏密表示电场强度的强弱，由图象知M点处的电场强度大于N点处的电场强度，沿电场线的方向电势逐渐降低，M点处的电势高于N点电势，故A、B错误；将正检验电荷从M点移到N点，即将正电荷沿电场线方向移动，电场力做正功，故C正确；将负检验电荷从M点移到N点，电场力做负功，该电荷的电势能增加，故D错误。3.如图所示，匀强电场的电场强度E2104 N/C。一个电荷量q1108 C的点电荷从电场中的A点移动到B点，A、B之间的距离d0.1 m。求：(1)电荷所受电场力的大小F；(2)电场力对电荷做的功W。解析：(1)点电荷在A点所受电场力的大小：FqE1.01082.0104 N2.0104 N。(2)电场力对电荷做的功：WqEd1.01082.01040.1 J2.0105 J。答案：(1)2.0104 N(2)2.0105 J考法指导求电场力做功的四种方法(1)由公式WFlcos 计算，此公式只适用于匀强电场，可变形为WEqlcos 。(2)由WABqUAB计算，此公式适用于任何电场。(3)由电势能的变化计算：WABEpAEpB。(4)由动能定理计算：W电场力W其他力Ek。知识点二| 电势与等势面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，有正负之分，其正(负)表示该点电势比零电势高(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不同而不同。2等势面(1)定义：电场中电势相同的各点构成的面。(2)特点在同一等势面上移动电荷时，电场力不做功。等势面一定与电场线垂直，即与场强方向垂直。电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面。等差等势面的疏密表示电场的强弱(等差等势面越密的地方，电场线越密)。(1)电场强度为零的地方电势一定为零。()(2)电势为零的地方电场强度一定为零。()(3)同一等势面上各点的电场强度不一定相等。()电势高低的判断判断依据判断方法电场线方向沿电场线方向电势逐渐降低场源电荷的正负取无穷远处电势为零，正电荷周围电势为正值，负电荷周围电势为负值；靠近正电荷处电势高，靠近负电荷处电势低电势能的高低正电荷在电势较高处电势能大，负电荷在电势较低处电势能大电场力做功根据UAB，将WAB、q的正负号代入，由UAB的正负判断A、B的高低典例(多选)(2018全国卷)图中虚线a、b、c、d、f代表匀强电场内间距相等的一组等势面，已知平面b上的电势为2 V。一电子经过a时的动能为10 eV，从a到d的过程中克服电场力所做的功为6 eV。下列说法正确的是()A平面c上的电势为零B该电子可能到达不了平面fC该电子经过平面d时，其电势能为4 eVD该电子经过平面b时的速率是经过d时的2倍AB电子在等势面b时的电势能为Eq2 eV，电子由a到d的过程中电场力做负功，电势能增加6 eV，由于相邻两等势面之间的距离相等，故相邻两等势面之间的电势差相等，则电子由a到b、由b到c、由c到d、由d到f电势能均增加2 eV，则电子在等势面c的电势能为零，等势面c的电势为零，A正确。由以上分析可知，电子在等势面d的电势能应为2 eV，C错误。电子在等势面b的动能为8 eV，电子在等势面d的动能为4 eV，由公式Ekmv2可知，该电子经过平面b时的速率为经过平面d时速率的倍，D错误。如果电子的速度与等势面不垂直，则电子在该匀强电场中做曲线运动，所以电子可能到达不了平面f就返回平面a，B正确。考法1等势面与电场线1.(2016全国卷)关于静电场的等势面，下列说法正确的是()A两个电势不同的等势面可能相交B电场线与等势面处处相互垂直C同一等势面上各点电场强度一定相等D将一负的试探电荷从电势较高的等势面移至电势较低的等势面，电场力做正功B在静电场中，两个电势不同的等势面不会相交，选项A错误；电场线与等势面一定相互垂直，选项B正确；同一等势面上的电场强度可能相等，也可能不相等，选项C错误；电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面，移动负试探电荷时，电场力做负功，选项D错误。2(2016全国卷)如图所示，P是固定的点电荷，虚线是以P为圆心的两个圆带电粒子Q在P的电场中运动，运动轨迹与两圆在同一平面内，a、b、c为轨迹上的三个点。若Q仅受P的电场力作用，其在a、b、c点的加速度大小分别为aa、ab、ac，速度大小分别为va、vb、vc。则()Aaaabac，vavcvbBaaabac，vbvcvaCabacaa，vbvcvaDabacaa，vavcvbDa、b、c三点到固定的点电荷P的距离rbrcEcEa，故带电粒子Q在这三点的加速度abacaa。由运动轨迹可知带电粒子Q所受P的电场力为斥力，从a到b电场力做负功，由动能定理|qUab|mvmv0，则vb0，vcvb，又|Uab|Ubc|，则vavc，故vavcvb，选项D正确。3如图所示，实线为某电场的电场线，虚线表示该电场的等势面，A、B、C是电场中的三点，下列说法正确的是()A三点中，B点的场强最大B三点中，A点的电势最高C将一带负电的检验电荷从A移动到B，电势能增大D将一带正电的检验电荷从A移动到B和从A移动到C，电势能的变化相同D电场线的疏密表示电场强度的大小，所以三点中，A点场强最大，A错误；沿电场线方向，电势逐渐降低，A点电势最低，B错误；将一带负电的检验电荷从A移动到B，电场力做正功，电势能减小，C错误；因为B、C两点在同一等势面上，所以将一带正电的检验电荷从A移动到B和从A移动到C，电场力做的功相同，电势能变化相同，D正确。考法2场强、电势和电势能的判断4(2015全国卷)如图所示，直线a、b和c、d是处于匀强电场中的两组平行线，M、N、P、Q是它们的交点，四点处的电势分别为M、N、P、Q。一电子由M点分别运动到N点和P点的过程中，电场力所做的负功相等。则()A直线a位于某一等势面内，MQB直线c位于某一等势面内，MNC若电子由M点运动到Q点，电场力做正功D若电子由P点运动到Q点，电场力做负功B由电子从M点分别运动到N点和P点的过程中电场力所做的负功相等可知，N、P两点在同一等势面上，且电场线方向为MN，故选项B正确，选项A错误。M点与Q点在同一等势面上，电子由M点运动到Q点，电场力不做功，故选项C错误。电子由P点运动到Q点，电场力做正功，故选项D错误。5.(2018天津高考)如图所示，实线表示某电场的电场线(方向未标出)，虚线是一带负电的粒子只在电场力作用下的运动轨迹，设M点和N点的电势分别为M、N，粒子在M和N时加速度大小分别为aM、aN，速度大小分别为vM、vN，电势能分别为EpM、EpN。下列判断正确的是()AvMvN，aMaNBvMvN，MNCMN，EpMEpNDaMaN，EpMEpND本题考查带电粒子在电场中的运动。由粒子的轨迹知电场力的方向偏向右，因粒子带负电，故电场线方向偏向左，由沿电场线方向电势降低，可知NM，EpMEpN。N点电场线比M点密，故场强EMEN，由加速度a知aMvN。综上所述，选项D正确。6.(2019厦门模拟)如图(a)所示，直线MN表示某电场中一条电场线，a、b是线上的两点，将一带负电荷的粒子从a点处由静止释放，粒子从a运动到b过程中的vt图象如图(b)所示，设a、b两点的电势分别为a、b，场强大小分别为Ea、Eb，粒子在a、b两点的电势能分别为Epa、Epb，不计重力，则有()(a)(b)AabBEaEbCEpaEpbD无法比较Ea、Eb的大小关系B负电荷从a释放后，能加速运动到b，说明负电荷受到的电场力方向是从a指向b，那么电场方向就是由b指向a，由于沿电场线方向电势逐渐降低，所以a、b两点的电势关系是aEb，故B正确，D错误；负电荷在电势高处电势能小，因aEpb，故C错误。考法3静电场中的图象问题7(多选)静电场在x轴上的场强E随x的变化关系如图所示，x轴正向为场强正方向，带正电的点电荷沿x轴运动，则点电荷()A在x2和x4处电势能相等B由x1运动到x3的过程中电势能增大C由x1运动到x4的过程中电场力先增大后减小D由x1运动到x4的过程中电场力先减小后增大BC由题图可知，x1到x4场强先变大，再变小，则点电荷受到的电场力先增大后减小，C正确，D错误。由x1到x3及由x2到x4过程中，电场力做负功，电势能增大，知A错误，B正确。8(多选)A、B为某电场中一条直线上的两个点，现将正点电荷从A点由静止释放，仅在电场力作用下运动一段距离到达B点，其电势能Ep随位移x的变化关系如图所示，从A到B过程中，下列说法正确的是()A电场力对电荷一直做正功B电荷所受电场力先减小后增大C电势先降低后升高DA、B两点处场强方向相同BC从A到B电势能先减小后增大，说明电场力先做正功后做负功，A错误；Epx图象的斜率F电场力，所以电场力先减小后增大，B正确；电场力先做正功后做负功，所以电场强度方向先向右后向左，电势先降低后升高，C正确，D错误。9.(多选)(2017全国卷)在一静止点电荷的电场中，任一点的电势与该点到点电荷的距离r的关系如图所示。电场中四个点a、b、c和d的电场强度大小分别为Ea、Eb、Ec和Ed。点a到点电荷的距离ra与点a的电势a已在图中用坐标(ra，a)标出，其余类推。现将一带正电的试探电荷由a点依次经b、c点移动到d点，在相邻两点间移动的过程中，电场力所做的功分别为Wab、Wbc和Wcd。下列选项正确的是()AEaEb41BEcEd21CWabWbc31DWbcWcd13ACA对：由题图知，a、b、c、d四个点距点电荷的距离依次增大，且rb2ra，由E知，EaEb41。B错：rd2rc，由E知，EcEd41。C对：在移动电荷的过程中，电场力做的功与电势能的变化量大小相等，则WabWbcq(ab)q(bc)31。D错：WbcWcdq(bc)q(cd)11。考法指导静电场常见图象问题归纳类型特点及规律x图象电场强度的大小等于x图线的斜率大小，电场强度为零处，x图线存在极值，其切线的斜率为零；在x图象中可以直接判断各点电势的高低，并可根据电势高低关系确定电场强度的方向；在x图象中分析电荷移动时电势能的变化，可用WABqUAB，进而分析WAB的正负，然后做出判断Ex图象反映了电场强度随位移变化的规律；E0表示场强沿x轴正方向，E0)的粒子从a点移动到b点，其电势能减小W1；若该粒子从c点移动到d点，其电势能减小W2。下列说法正确的是()A此匀强电场的场强方向一定与a、b两点连线平行B若该粒子从M点移动到N点，则电场力做功一定为C若c、d之间的距离为L，则该电场的场强大小一定为D若W1W2，则a、M两点之间的电势差一定等于b、N两点之间的电势差BD由题意得，(ab)qW1，(cd)qW2，只能得出a、b两点间和c、d两点间的电势关系，无法确定场强的方向，选项A错误；若c、d之间的距离为L，因无法确定场强的方向，故无法确定场强的大小，选项C错误；由于M、N、WMNq(MN)，上述式子联立求解得粒子从M点移动到N点电场力做的功为WMN，所以B正确；若W1W2，有abcd，变形可得acbd，又aMa，bNb，所以aMbN，D正确。5.(多选)某静电除尘设备集尘板内壁带正电，设备中心位置有一带负电的放电极，它们之间的电场线分布如图所示，虚线为某带电烟尘颗粒(重力不计)的运动轨迹，A