2019年度高考物理一轮复习第七章静电场第2讲电场能的性质课件.ppt

第七章静电场,第2讲电场能的性质,过好双基关,一、静电力做功和电势能1.静电力做功(1)特点：静电力做功与无关，只与电荷量和电荷移动过程始、末位置间的电势差有关.(2)计算方法WqEd，只适用于匀强电场，其中d为带电体在沿的位移.WABqUAB，适用于.,路径,电场方向,任何电场,2.电势能(1)定义：电荷在电场中具有的，称为电势能.(2)说明：电势能具有相对性，通常取无穷远或大地为电势能零点.3.静电力做功与电势能变化的关系(1)静电力做的功等于电荷电势能的，即WABEpAEpB.(2)通过WABEpAEpB可知：静电力对电荷做多少正功，电荷电势能就_多少；静电力对电荷做多少负功，电荷电势能就多少.(3)电势能的大小：由WABEpAEpB可知，若令EpB0，则EpAWAB，即一个电荷在电场中某点具有的电势能，数值上等于将其从该点移到零势能位置过程中静电力所做的功.,势能,减少量,减少,增加,答案,自测1关于静电力做功和电势能的理解，下列说法正确的是A.静电力做功与重力做功相似，均与路径无关B.正电荷具有的电势能一定是正的，负电荷具有的电势能一定是负的C.静电力做正功，电势能一定增加D.静电力做功为零，电荷的电势能也为零,二、电势等势面1.电势(1)定义：电荷在电场中某一点的与它的电荷量的比值.(2)定义式：.(3)矢标性：电势是量，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，同一点的电势因选取零电势点的不同而不同.,电势能,标,相对性,2.等势面(1)定义：电场中的各点组成的面.(2)四个特点：在同一等势面上移动电荷时电场力.电场线一定与等势面垂直，并且从电势的等势面指向电势的等势面.等差等势面越密的地方电场强度，反之.任意两个等势面都不相交.,电势相等,不做功,高,低,越大,越小,三、电势差1.定义：电荷在电场中由一点A移到另一点B时，电场力所做的功WAB与移动电荷的的比值.2.定义式：UAB_.3.影响因素电势差UAB由决定，与移动的电荷q及电场力做的功WAB，与零势点的选取.4.电势差与电势的关系：UAB，UABUBA.,电荷量q,电场本身的性质,无关,无关,AB,5.匀强电场中电势差与电场强度的关系(1)电势差与电场强度的关系式：，其中d为电场中两点间沿电场方向的距离.(2)电场强度的方向和大小与电势差的关系：电场中，电场强度方向指向最快的方向.在匀强电场中，电场强度在数值上等于沿_方向每单位距离上降低的电势.,UABEd,电势降低,电场强度,答案,自测2(多选)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UAB说明两点间的电势差UAB与电场力做功WAB成正比，与移动电荷的电荷量q成反比B.把正电荷从A点移动到B点电场力做正功，则有UAB0C.电势差的公式UAB中，UAB与移动电荷的电荷量q无关D.电场中A、B两点间的电势差UAB等于把正电荷q从A点移动到B点时电场力所做的功,四、静电感应和静电平衡1.静电感应当把一个不带电的金属导体放在电场中时，导体的两端分别感应出等量的正、负电荷，“近端”出现与施感电荷异种的感应电荷，“远端”出现与施感电荷同种的感应电荷.这种现象叫静电感应.2.静电平衡(1)定义：导体放入电场中时，附加电场与原电场在导体内部大小相等且方向相反，使得叠加场强为零时，自由电荷不再发生，导体处于静电平衡状态.,定向移动,(2)处于静电平衡状态的导体的特点导体内部的场强；导体是一个等势体，导体表面是等势面；导体表面处的场强方向与导体表面；导体内部没有净电荷，净电荷只分布在导体的外表面上；在导体外表面越尖锐的位置，净电荷的密度(单位面积上的电荷量)越大，凹陷的位置几乎没有净电荷.,处处为零,垂直,研透命题点,1.电势高低的四种判断方法(1)依据电场线方向：沿电场线方向电势逐渐降低.(2)依据电场力做功：根据UAB将WAB、q的正负号代入，由UAB的正负判断A、B的高低.(3)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.(4)依据电势能的高低：正电荷在电势能大处电势较高，负电荷在电势能大处电势较低.,命题点一电场能的性质的理解,基础考点自主悟透,2.电势能高低的四种判断方法(1)做功判断法：电场力做正功，电势能减小；电场力做负功，电势能增大.(2)电荷电势法：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.(3)公式法：由Epq，将q、的大小、正负号一起代入公式进行判断.(4)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，动能增大时，电势能减小，反之电势能增大.,例1(多选)(2016全国卷20)如图1所示，一带负电荷的油滴在匀强电场中运动，其轨迹在竖直面(纸面)内，且相对于过轨迹最低点P的竖直线对称.忽略空气阻力.由此可知A.Q点的电势比P点高B.油滴在Q点的动能比它在P点的大C.油滴在Q点的电势能比它在P点的大D.油滴在Q点的加速度大小比它在P点的小,答案,解析,图1,解析由于油滴受到的电场力和重力都是恒力，所以合外力为恒力，加速度恒定不变，所以D选项错；由于油滴轨迹相对于过P的竖直线对称且合外力总是指向轨迹弯曲内侧，所以油滴所受合外力沿竖直向上的方向，因此电场力竖直向上，且qEmg，则电场方向竖直向下，所以Q点的电势比P点的高，A选项正确；当油滴从P点运动到Q点时，电场力做正功，电势能减小，C选项错误；当油滴从P点运动到Q点的过程中，合外力做正功，动能增加，所以油滴在Q点的动能大于在P点的动能，B选项正确.,变式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,答案,解析,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，A错；电场线一定与等势面垂直，B对；同一等势面上的电势相同，但电场强度不一定相同，C错；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，D错.,变式2(2017河南六市一联)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2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,答案,解析,图2,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，A项错误.因沿着电场线方向电势逐渐降低，可知a0)的液滴，在场强大小为方向水平向右的匀强电场中运动，运动轨迹在竖直平面内.A、B为其运动轨迹上的两点，已知该液滴在A点的速度大小为v0，方向与电场方向的夹角为60；它运动到B点时速度方向与电场方向的夹角为30.求A、B两点间的电势差.,图5,答案,解析,竖直方向：vcos60v0cos30gt,变式4(多选)(2017天津理综7)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EpAEb，则FaFb，再结合牛顿第二定律可知粒子在a点的加速度一定大于在b点的加速度，D项正确.,类型1vt图象根据vt图象的速度变化、斜率变化(即加速度大小的变化)，可确定电荷所受电场力的方向与电场力的大小变化情况，进而确定电场的方向、电势的高低及电势能的变化.,命题点四静电场中的图象问题,能力考点师生共研,例4(多选)如图8甲所示，有一绝缘圆环，圆环上均匀分布着正电荷，圆环平面与竖直平面重合.一光滑细杆沿垂直圆环平面的轴线穿过圆环，细杆上套有一个质量为m10g的带正电的小球，小球所带电荷量q5.0104C.小球从C点由静止释放，其沿细杆由C经B向A运动的vt图象如图乙所示.小球运动到B点时，速度图象的切线斜率最大(图中标出了该切线).则下列说法正确的是A.在O点右侧杆上，B点场强最大，场强大小为E1.2V/mB.由C到A的过程中，小球的电势能先减小后变大C.由C到A电势逐渐降低D.C、B两点间的电势差UCB0.9V,答案,解析,图8,解析vt图象切线的斜率表示小球运动的加速度，由加速度定义式可知，a0.06m/s2，由牛顿第二定律得：Eqma，解得：E1.2V/m，A项正确；由vt图象及动能定理可知，小球由C到A过程中，电场力一直做正功，故小球的电势能一直减小，B项错；由电势能与电势关系Epq可知，由C到A过程中，电势不断降低，C项正确；小球由C到B过程中，qUCB解得：UCB0.9V，D项正确.,类型2x图象电场强度的大小等于x图线的切线斜率大小，电场强度为零处，x图线存在极值，其切线的斜率为零.,例5(多选)(2017全国卷20)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9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,答案,解析,图9,变式6(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10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,答案,解析,图10,解析由题图可知，两点电荷q1和q2带有异种电荷，A正确；在x图象中，图象切线的斜率大小表示电场强度大小，则x1处的电场强度不为零，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，D错误；由Epq可知，负电荷在电势高处的电势能小，则负电荷从x1移到x2，电势能减小，C正确.,类型3Ex图象在给定了电场的Ex图象后，可以由图线确定电场强度的变化情况，Ex图线与x轴所围图形面积表示电势差大小.在与粒子运动相结合的题目中，可进一步确定粒子的电性、动能变化、电势能变化等情况.,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.,例6(多选)静电场在x轴上的场强E随x的变化关系如图11所示，x轴正向为场强正方向，带正电的点电荷沿x轴正向运动，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,答案,解析,图11,类型4Epx图象1.反映了电势能随位移变化的规律.2.图线的切线斜率大小等于电场力大小.3.进一步判断场强、动能、加速度等随位移的变化情况.,例7(多选)一带负电的粒子只在电场力作用下沿x轴正方向运动，其电势能Ep随位移x的变化关系如图12所示，则下列说法正确的是A.粒子从x1处运动到x2处的过程中电场力做正功B.x1、x2处电场强度方向沿x轴正方向C.x1处的电场强度大小大于x2处的电场强度大小D.x1处的电势比x2处的电势低,答案,解析,图12,解析由于粒子从x1运动到x2，电势能减小，因此电场力做正功，粒子所受电场力的方向沿x轴正方向，粒子带负电，故电场强度方向沿x轴负方向，选项A正确，B错误；由于x1处的图线斜率的绝对值小于x2处图线斜率的绝对值，因此x1处的电场强度大小小于x2处的电场强度大小，选项C错误；沿着电场线方向电势降低，故x1处的电势比x2处的电势低，选项D正确.,课时作业,1.(2017安徽江南十校联考)如果空气中的电场很强，使得气体分子中带正、负电荷的微粒所受的相反的静电力很大，以至于分子破碎，于是空气中出现了可以自由移动的电荷，那么空气变成了导体.这种现象叫做空气的“击穿”.已知高铁上方的高压电接触网的电压为27.5kV，阴雨天时当雨伞伞尖周围的电场强度达到2.5104V/m时空气就有可能被击穿.因此乘客阴雨天打伞站在站台上时，伞尖与高压电接触网的安全距离至少为A.0.6mB.1.1mC.1.6mD.2.1m,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,2.(多选)(2014新课标全国19)关于静电场的电场强度和电势，下列说法正确的是A.电场强度的方向处处与等电势面垂直B.电场强度为零的地方，电势也为零C.随着电场强度的大小逐渐减小，电势也逐渐降低D.任一点的电场强度总是指向该点电势降落最快的方向,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,解析电场线(电场强度)的方向总是与等电势面垂直，选项A正确.电场强度和电势是两个不同的物理量，电场强度等于零的地方，电势不一定等于零，选项B错误.沿着电场线方向，电势不断降低，电势的高低与电场强度的大小无必然关系，选项C错误.电场线(电场强度)的方向总是从高的等电势面指向低的等电势面，而且是电势降落最快的方向，选项D正确.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,3.如图所示，实线表示电场线，虚线表示带电粒子运动的轨迹，带电粒子只受电场力的作用，运动过程中电势能逐渐减少，它运动到b处时的运动方向与受力方向可能的是,答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,解析,解析由于带电粒子只受电场力的作用，而且运动过程中电势能逐渐减少，可判断电场力做正功，即电场力方向与粒子速度方向夹角为锐角，且电场力方向沿着电场线指向轨迹凹侧，故D项正确.,4.在某电场中画出了四条电场线，带电粒子仅在电场力作用下，从电场中a点以初速度v0进入电场并沿虚线所示的轨迹运动到b点，如图1所示，则从a到b过程中，下列说法正确的是A.粒子带负电荷B.粒子先加速后减速C.粒子加速度一直增大D.粒子的动能先减小后增大,答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,图1,5.(多选)如图2所示，在某电场中画出了三条电场线，C点是A、B连线的中点.已知A点的电势为A30V，B点的电势为B20V，则下列说法正确的是A.C点的电势C5VB.C点的电势C5VC.C点的电势CCB，所以有C5V，C正确，A、B错误；因为负电荷在电势高的地方电势能较小，所以D正确.,A.电场强度大小恒定，方向沿x轴负方向B.从O到x1的过程中，小球的速率越来越大，加速度越来越大C.从O到x1的过程中，相等的位移内，小球克服电场力做的功越来越大,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,6.(多选)(2018江西南昌调研)某空间区域的竖直平面内存在电场，其中竖直的一条电场线如图3甲所示，一个质量为m、电荷量为q的带正电小球，在电场中从O点由静止开始沿电场线竖直向下运动.以O为坐标原点，取竖直向下为x轴的正方向，小球的机械能E与位移x的关系如图乙所示，则(不考虑空气阻力),图3,解析小球的机械能变化是由电场力做功引起的，由题图乙可知，从O到x1机械能在减小，即电场力做负功，又因为小球带正电，故场强方向沿x轴负方向，Ex图线的斜率为电场力，由图象可知，从O到x1斜率的绝对值在减小，故F电在减小，即场强减小，故A错误.由牛顿第二定律mgF电ma可知a在增大，故B正确.因为电场力逐渐减小，故相等位移内，小球克服电场力做的功越来越小，C错误.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,7.如图4所示，以O点为圆心，以R0.20m为半径的圆与坐标轴交点分别为a、b、c、d，该圆所在平面内有一匀强电场，场强方向与x轴正方向成60角，已知a、b、c三点的电势分别为则下列说法正确的是A.该匀强电场的场强EB.该匀强电场的场强E80V/mC.d点的电势为D.d点的电势为4V,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,图4,b、d之间沿电场线方向的距离d2Rcos60R0.2m.b、d之间电势差UEd8V，由bd8V可得d点的电势为d4V，选项C错误，D正确.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,8.(多选)如图5所示，一带电粒子在两个固定的等量正点电荷的电场中运动，图中的实线为等势面，虚线ABC为粒子的运动轨迹，其中B点是两点电荷连线的中点，A、C位于同一等势面上.下列说法正确的是A.该粒子可能带正电B.该粒子经过B点时的速度最大C.该粒子经过B点时的加速度一定为零D.该粒子在B点的电势能小于在A点的电势能,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,图5,解析从该带电粒子的运动轨迹看，固定电荷对它有吸引力，由固定电荷带正电可知，该粒子一定带负电，故A错误；B点是两点电荷连线的中点，合场强为零，故粒子受力为零，则加速度为零，C正确；因为离正电荷越远，电势越低，则由题图知粒子从A运动到B的过程中，电势先增大后减小且AEpB，故B错误，D正确.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,9.两电荷量分别为q1和q2的点电荷放在x轴上的O、M两点，两电荷连线上各点电势随x变化的关系如图6所示，其中A、N两点的电势均为零，ND段中的C点电势最高，则A.N点的电场强度大小为零B.A点的电场强度大小为零C.NC间电场强度方向指向x轴正方向D.将一负点电荷从N点移到D点，电场力先做正功后做负功,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,图6,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,解析x图线切线的斜率大小等于电场强度大小，A、N点的电势等于零，电场强度大小不为零，选项A、B错误；从N到C电势升高，N、C间电场强度方向指向x轴负方向，选项C错误；从N到C电势升高，从C到D电势降低，将一负点电荷从N点移到C点，电场力做正功，从C点到D点，电场力做负功，选项D正确.,10.(2015新课标全国15)如图7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,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,图7,解析电子带负电荷，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，有WMNWMP0，而WMNqUMN，WMPqUMP，q0，所以有UMNUMP0，即MNP，匀强电场中等势线为平行的直线，所以NP和MQ分别是两条等势线，有MQ，故A错误，B正确；电子由M点到Q点过程中，WMQq(MQ)0，电子由P点到Q点过程中，q0，WPQq(PQ)0，故C、D错误.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,11.(多选)如图8所示，在xOy坐标系中，x轴上关于y轴对称的A、C两点固定等量异种点电荷Q、Q，B、D两点分别位于第二、四象限，ABCD为平行四边形，边BC、AD分别与y轴交于E、F，以下说法正确的是A.E、F两点电势相等B.B、D两点电场强度相同C.试探电荷q从B点移到D点，电势能增加D.试探电荷q从B点移到E点和从F点移到D点，电场力对q做功相同,答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,图8,解析,解析等量异种点电荷Q、Q连线的垂直平分线是一条等势线，所以y轴是一条等势线，E、F的电势相等，故A正确；根据电场线的分布情况和对称性可知，B、D两点电场强度相同，故B正确；根据顺着电场线电势降低可知，B点的电势高于D点的电势，而正电荷在电势高处电势能大，所以试探电荷q从B点移到D点，电势能减小，故C错误；由以上分析可知，B、E间的电势差等于F、D间的电势差，根据电场力做功公式WqU知q从B点移到E点和从F点移到D点，电场力对q做功相同，故D正确.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,12.如图9所示，在空间中存在竖直向上的匀强电场，质量为m、电荷量为q的物块从A点由静止开始下落，加速度为下降高度H到B点后与一