2019版高考物理总复习 第七章 静电场 基础课2 电场的能的性质课件.ppt

基础课2电场的能的性质,电势能、电势,1.电势能,知识排查,(1)电场力做功的特点：电场力做功与无关，只与有关。(2)电势能定义：电荷在中具有的势能，数值上等于将电荷从该点移到位置时电场力所做的功。电场力做功与电势能变化的关系：电场力做的功等于，即WABEpAEpBEp。,2.电势,(1)定义：试探电荷在电场中某点具有的与它的的比值。(2)定义式：。(3)矢标性：电势是，有正、负之分，其正(负)表示该点电势比高(低)。(4)相对性：电势具有，同一点的电势因选取的不同而不同。,3.等势面,(1)定义：电场中的各点组成的面。(2)四个特点等势面一定与垂直。在上移动电荷时电场力不做功。电场线方向总是从的等势面指向的等势面。等差等势面越密的地方电场强度，反之。,电势差,1.定义：电荷在电场中，由一点A移到另一点B时，与移动电荷的的比值。2.定义式：UAB。3.电势差与电势的关系：UAB，UABUBA。,匀强电场中电势差与电场强度的关系,电场线,(1)电势等于零的物体一定不带电。()(2)电场强度为零的点，电势一定为零。()(3)A、B两点的电势差是恒定的，所以UABUBA。()(4)电场中，场强方向是指电势降落最快的方向。()(5)电势有正负之分，因此电势是矢量。()答案(1)(2)(3)(4)(5),小题速练,1.思考判断,2.(多选)某电场的电场线分布如图1所示，以下说法正确的是(),A.a点电势高于b点电势B.c点场强大于b点场强C.若将一检验电荷q由a点移至b点，它的电势能增大D.若在d点再固定一点电荷Q，将一检验电荷q由a移至b的过程中，电势能减小解析沿着电场线的方向电势逐渐降低，由题图可知由a到b为电场线方向，故选项A正确；电场线密集的地方电场强度大，故选项B错误；电荷q由a点移至b点，则电场力做正功，其电势能将减小，故选项C错误；若在d点再固定一点电荷Q，则由合场强的方向可知电荷q由a移至b的过程中，电场力将做正功，其电势能将减小，故选项D正确。答案AD,图1,3.人教版选修31P22T3改编如图2所示，下列说法正确的是(),A.ABB.负电荷在A点时的电势能大于在B点时的电势能C.负电荷由B移动到A时静电力做正功D.UAB0答案B,图2,判断电场力做功、电势和电势能,1.判断电场力做功的正负(1)根据电场力与速度夹角：夹角是锐角，电场力做正功。夹角是钝角，电场力做负功。(2)根据WABqUAB：由q和UAB的正负，判断WAB的正负。2.判断电势能的变化(1)根据电场力做功：电场力做正功，电势能减少，电场力做负功，电势能增加。(2)根据Epq：正电荷在电势越高处电势能越大；负电荷在电势越高电势能越小。,3.判断电势高低,1.(2016全国卷，15)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，电场力做正功解析若两个不同的等势面相交，则在交点处存在两个不同电势数值，与事实不符，选项A错误；电场线一定与等势面垂直，选项B正确；同一等势面上的电势相同，但电场强度不一定相同，选项C错误；将一负电荷从电势较高的等势面移至电势较低的等势面，电场力做负功，故选项D错误。答案B,2.(多选)将一电荷量为Q的小球放在不带电的金属球附近，所形成的电场线分布如图3所示，金属球表面的电势处处相等。a、b为电场中的两点，则(),A.a点的电场强度比b点的大B.a点的电势比b点的高C.检验电荷q在a点的电势能比在b点的大D.将检验电荷q从a点移到b点的过程中，电场力做负功答案ABD,图3,3.(2017河南六市一联，17)在真空中A、B两点分别放有异种点电荷Q和2Q，以A、B连线中点O为圆心作一圆形路径acbd，如图4所示，则下列说法正确的是(),A.场强大小关系有EaEb、EcEdB.电势高低关系有ab、cdC.将一负点电荷沿圆弧由a运动到b的过程中电场力做正功D.将一正点电荷沿直线由c运动到d的过程中电势能始终不变,图4,解析对比等量异种点电荷的电场分布可知，题图中场强大小关系有EbEa，EcEd，选项A错误；因沿着电场线方向电势逐渐降低可知，aa0，则下列叙述正确的是(),图5,解析因不确定该电场为匀强电场，由题中所述条件无法确定c点电势的高低，故选项A错误；根据电势能的定义可知，正电荷所在位置的电势越高，其电势能也越大，选项B正确；因c点的电势无法判定，故正电荷只受电场力作用从a点运动到c点，动能的增减无法判定，正电荷从b点运动到c点，电场力做功的正负也无法判定，选项C正确，D错误。答案BC,电场线、等势面和带电粒子轨迹问题,1.常见等势面比较,2.分析方法,(1)根据等势面与电场线垂直，画出电场线。(2)根据运动轨迹的弯曲方向，判断电场力方向，从而分析电场方向或电荷的正负，确定电势能、电势的变化。,1.(2017天津理综，7)(多选)如图6所示，在点电荷Q产生的电场中，实线MN是一条方向未标出的电场线，虚线AB是一个电子只在静电力作用下的运动轨迹。设电子在A、B两点的加速度大小分别为aA、aB，电势能分别为EpA、EpB。下列说法正确的是(),A.电子一定从A向B运动B.若aAaB，则Q靠近M端且为正电荷C.无论Q为正电荷还是负电荷一定有EpAaB，说明电子在A点受到的电场力较大，A点的电场强度较大，根据点电荷的电场分布可知，靠近M端为场源电荷的位置，应为正电荷，故选项B正确；无论Q为正电荷还是负电荷，一定有电势AB，电子电势能Epe，电势能是标量，所以一定有EpA0，得EkMEkN，选项D错误。答案A,(1)只适用于匀强电场。(2)d为某两点沿电场强度方向上的距离，或两点所在等势面之间的距离。(3)电场强度的方向是电势降低最快的方向。,电势差与电场强度的关系,甲乙图10,【典例】(2017全国卷，21)(多选)一匀强电场的方向平行于xOy平面，平面内a、b、c三点的位置如图11所示，三点的电势分别为10V、17V、26V。下列说法正确的是(),A.电场强度的大小为2.5V/cmB.坐标原点处的电势为1VC.电子在a点的电势能比在b点的低7eVD.电子从b点运动到c点，电场力做功为9eV,图11,答案ABD,1.(多选)如图12，在正点电荷Q的电场中有M、N、P和F四点，M、N、P为直角三角形的三个顶点，F为MN的中点，M30。M、N、P、F四点处的电势分别用M、N、P、F表示。已知MN，PF，点电荷Q在M、N、P三点所在平面内，则(),A.点电荷Q一定在MP连线上B.连接PF的线段一定在同一个等势面上C.将正试探电荷从P点搬运到N点，电场力做负功D.P大于M,图12,解析根据正点电荷的电场的特点可知，点电荷的电场的等势面是以点电荷为中心的同心球面，故分别作MN连线的中垂线和PF连线的中垂线，如图所示，根据图中几何关系可知，两条线交MP于A点，即点电荷在A点，选项A正确，B错误；将正试探电荷从P点搬运到N点，电场力做正功，选项C错误；沿着电场线的方向电势逐渐降低，故PM，选项D正确。答案AD,2.如图13所示，a、b、c代表某固定点电荷电场中的三个等势面，相邻两等势面间的距离相等，直线是电场中的几条没标明方向的电场线，粗曲线是一带正电粒子只在电场力作用下运动轨迹的一部分，M、N是轨迹上的两点。粒子过M、N两点时的加速度大小分别是aM、aN，电势能分别是EpM、EpN，a、b、c的电势分别是a、b、c，a、b间的电势差为Uab，b、c间的电势差为Ubc，则下列判断正确的是(),图13,A.aMaN，EpMEpNB.aaN，UabUbcD.UabUbc，EpM|Ubc|；设粒子从M点向N点运动，电场力做负功，电势能增加，所以EpMEpN，选项B正确。答案B,1.求电场力做功的几种方法(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。,电场中的功能关系,2.电场中的功能关系(1)若只有电场力做功，电势能与动能之和保持不变。(2)若只有电场力和重力做功，电势能、重力势能、动能之和保持不变。(3)除重力、弹簧弹力之外，其他各力对物体做的功等于物体机械能的变化。(4)所有外力对物体所做的功等于物体动能的变化。,【典例】(多选)如图14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,图14,解析a从N点静止释放，过P点后到Q点速度为零，整个运动过程只有重力和库仑力做功，库仑力方向与a速度方向夹角一直大于90，所以库仑力整个过程做负功。小球a从N到Q的过程中，库仑力增大，库仑力与重力的夹角从90一直减小，所以它们的合力一直增大，故A错误；带电小球a受力如图所示，在靠近N点的位置，合力与速度夹角小于90，在P点合力与速度夹角大于90，所以小球a从N到P的过程中，速率应先增大后减小，故B正确；从N到Q的过程中，库仑力一直做负功，所以电势能一直增加，故C正确；根据能量守恒可知，P到Q的过程中，动能的减少量等于重力势能和电势能的增加量之和，故D错误。,答案BC,【拓展延伸】(1)在【典例】中小球a从N到Q的过程中机械能守恒吗？(2)在【典例】中，若把b球固定在圆心O点(其他条件不变)，小球a从N点静止释放，小球a到达何处时的速度为零？在此过程中机械能守恒吗？为什么？答案(1)机械能不守恒。(2)小球a到达M点时速度为零，在此过程中机械能守恒，因为库仑力、轨道的支持力都不做功。,1.电场中有a、b两点，已知a500V，b1500V，将电荷量为q4109C的点电荷从a移到b时，电场力做功为()A.负功8106JB.正功8106JC.负功4106JD.正功4106J解析用绝对值进行计算。WqU41092000J8106J(注意此式仅为数值关系)，因为负电荷从低电势处移至高电势处，所以电场力做正功。故选项B正确。答案B,图15,答案C,3.如图16所示，表面均匀带电的圆盘水平放置，从靠近圆心O处以初速度v0竖直向上抛出一个质量为m、带电荷量为q的小球(看作试探电荷)，小球上升的最高点为B点，经过A点时速度最大，已知OAh1，OBh2，重力加速度为g，取O点电势为零，不计空气阻力，则可以判断(),图16,答案B,解决电场力做功问题时应注意以下两点(1)利用电场线的特点、等势面的特点来分析电场力做功情况。(2)应用公式WABqUAB计算时，WAB、q、UAB一般都要带正、负号计算。,电场中的三类图象识图、用图能力的培养,【例1】(2017全国卷，20)(多选)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17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(),A.EaEb41B.EcEd21C.WabWbc31D.WbcWcd13,图17,答案AC,易错点(1)不能准确识图，没有明确各点间距的关系。(2)没有及时联想到点电荷电场中场强与距离关系。(3)不能灵活应用电场中的功能关系。,【针对训练1】(2017江苏单科，8)(多选)在x轴上有两个点电荷q1、q2，其静电场的电势在x轴上分布如图18所示。下列说法正确的有(),A.q1和q2带有异种电荷B.x1处的电场强度为零C.负电荷从x1移到x2，电势能减小D.负电荷从x1移到x2，受到的电场力增大,图18,解析由x1处电势为零可知，两点电荷q1和q2带有异种电荷，选项A正确；在x图象中，图象切线的斜率表示电场强度，则x1处的电场强度不为零，选项B错误；且有x1到x2电场强度逐渐减小，负电荷受到的电场力逐渐减小，选项D错误；由Epq可知，负电荷在电势高处的电势能低，负电荷从x1移到x2，电势能减小，选项C正确。答案AC,类型二Ex图象1.描述电场强度随位移变化的规律。2.场强E正负表示场强的方向。3.图线与x轴围成的“面积”表示电势差。,【例2】(多选)静电场在x轴上的场强E随x的变化关系如图19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,图19,解析由题图可知，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。答