高三物理一轮复习第七章静电场第2讲电场力的性质的描述课件.ppt

第2讲电场能的性质的描述,【知识梳理】知识点1电势能电势1.静电力做功:(1)特点:静电力做功与_无关,只与_有关。,路径,初末位置,(2)计算方法。W=qEd,只适用于_,其中d为沿_的距离。WAB=qUAB,适用于_。,匀强电场,电场方向,任何电场,2.电势能:(1)定义:电荷在电场中具有的势能,数值上等于将电荷从该点移到_位置时静电力所做的功。(2)静电力做功与电势能变化的关系:静电力做的功等于_,即WAB=EpA-EpB=-Ep。,零势能,电势能的减少量,(3)电势能的相对性:电势能是相对的,通常把电荷离场源电荷_处的电势能规定为零,或把电荷在大地表面的电势能规定为零。,无穷远,3.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_,有正负值之分,其正(负)值表示该点电势比_高(低)。,电势能,电荷量,标量,零电势,(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。,相对性,4.等势面:(1)定义:电场中_的各点组成的面。(2)特点。,电势相等,如图所示,实线为正点电荷的电场线,虚线为等势面,且相邻的两个等势面间的电势差相等,A、B是同一等势面上的两个点。则:等势面与电场线_;电场线由高等势面指向低等势面;等差等势面密集的地方场强大;将电荷由A沿等势面移动到B,电场力做功为零。等势面一定与电场线_。,垂直,垂直,在同一等势面上移动电荷时电场力_(选填“做功”或“不做功”)。电场线总是从_的等势面指向_的等势面。等差等势面越密集的地方电场强度_,反之_。,不做功,电势高,电势低,越大,越小,知识点2电势差匀强电场中电势差与电场强度的关系1.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:_。(3)电势差与电势的关系:UAB=_,而UBA=_。,电场,力做的功,电荷量,A-B,B-A,(4)影响因素:电势差UAB由电场本身的性质决定,与移动的电荷q及电场力做的功WAB_,与零电势点的选取_。,无关,无关,2.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:E=_,其中d为电场中两点间_的距离。(2)公式只适用于_。,沿电场方向,匀强电场,【易错辨析】(1)电场力做功与重力做功相似,均与路径无关。()(2)电势差是一个矢量,有正值和负值之分。()(3)电场中电场强度为零的地方电势一定为零。(),(4)沿电场线方向电势越来越低,电场强度越来越小。()(5)电场力与速度方向夹角小于90时,电场力做正功。(),(6)A、B两点间的电势差等于将正电荷从A移到B点时静电力所做的功。()(7)某等势面上各点的场强方向均与此等势面垂直。(),提示:(1)。电场力做功与路径无关。(2)。电势差虽然有正负值之分,但不是矢量。(3)。电场强度是描述电场力的性质的物理量,电势是描述电场能的性质的物理量,两者之间没有必然的关系。(4)。在匀强电场中,电场强度不变。,(5)。根据功的定义式W=Flcos可知,此种说法正确。(6)。A、B两点间的电势差等于将单位正电荷从A移到B点时静电力所做的功。(7)。带电粒子沿等势面运动时,电场力不做功,所以电场力的方向必与等势面垂直,场强方向与电场力的方向相同或相反。,考点1电场线、电势、电势能、等势面之间的关系【核心要素精讲】1.电场线与电场强度的关系:电场线越密的地方表示电场强度越大,电场线上某点的切线方向表示该点的电场强度方向。,2.电场线与等势面的关系:电场线与等势面垂直,并从电势较高的等势面指向电势较低的等势面。3.电场强度大小与电势无直接关系:零电势可人为选取,电场强度的大小由电场本身决定,故电场强度大的地方,电势不一定高。4.电势能与电势的关系: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。,5.电势能大小的四种判断方法:,【高考命题探究】【典例1】(多选)(2016海南高考)如图,一带正电的点电荷固定于O点,两虚线圆均以O为圆心,两实线分别为带电粒子M和N先后在电场中运动的轨迹,a、b、c、d、e为轨迹和虚线圆的交点。不计重力。下列说法正确的是世纪金榜导学号42722155(),A.M带负电荷,N带正电荷B.M在b点的动能小于它在a点的动能C.N在d点的电势能等于它在e点的电势能D.N在从c点运动到d点的过程中克服电场力做功,【解析】选A、B、C。由图中带电粒子M和N先后在电场中运动的轨迹可知,粒子M受到引力作用所以带负电,粒子N受到斥力作用所以带正电,选项A正确;由于a点比b点更靠近带正电的点电荷,所以粒子M由a点运动到b点的过程中粒子要克服电场力做功,动能减小,选项B正确;d点和e点在同一个等势面上,所以N在d点的电势能,等于它在e点的电势能,选项C正确;粒子N带正电,从c点运动到d点的过程中电场力做正功,选项D错误。,【强化训练】1.如图所示,实线为电场线,虚线为等势面,a=50V,c=20V,则a、c连线中点b的电势b为()A.等于35VB.大于35VC.小于35VD.等于15V,【解析】选C。从电场线疏密可以看出EaEbEc,由公式U=Ed可以判断UabUbc,所以bFaFcC.带电粒子在三点动能的大小EkcEkaEkbD.带电粒子在三点电势能的大小相等,【解析】选C。根据电场线与等势面垂直,且指向电势较低的等势面,由图可知,电场的方向向上,根据轨迹弯曲方向可知,带电粒子受到的电场力方向向下,说明粒子带负电。无论是依次沿a、b、c运动,还是依次沿c、b、a运动,都会得到如图的轨迹,故A错误;因表示电场中三个等势面的三条虚线是平行且等间距的,由此可判断电场是匀强电场,所以带电粒子在电场中各点受到的,电场力相等,故B错误;根据Ep=q知,带电粒子在三点电势能的大小关系为EpcEkaEkb。故C正确,D错误。,考点2带电粒子的运动轨迹问题【核心要素精讲】带电粒子在电场中运动轨迹问题的分析方法:(1)从轨迹的弯曲方向判断受力方向(轨迹向合外力方向弯曲),从而分析电场方向或电荷的正负。,(2)结合轨迹、速度方向与静电力的方向,确定静电力做功的正负,从而确定电势能、电势和电势差的变化等。(3)根据动能定理或能量守恒定律判断动能的变化情况。,【高考命题探究】【典例2】(多选)(2016全国卷)如图,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。由此可知世纪金榜导学号42722156(),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,【解析】选A、B。带负电荷的油滴在匀强电场中运动,且相对于过轨迹最低点P的竖直线对称,由此可判断匀强电场方向竖直向下,Q点的电势比P点高,油滴的加速度不变,A对、D错;油滴由P到Q过程电场力做正功,电势能减小,动能增大,B对、C错。故选A、B。,【强化训练】(2017漳州模拟)如图所示,直线MN是某电场中的一条电场线(方向未画出)。虚线是一带电的粒子只在电场力的作用下,由a到b的运动轨迹,轨迹为一抛物线。下列判断正确的是(),A.电场线MN的方向一定是由N指向MB.带电粒子由a运动到b的过程中动能一定逐渐减小C.带电粒子在a点的电势能一定大于在b点的电势能D.带电粒子在a点的加速度一定大于在b点的加速度,【解析】选C。由于带电粒子的电性不确定,所以电场线的方向不确定,选项A错误;带电粒子由a运动到b的过程中,只受电场力的作用,由轨迹的弯曲方向知电场力做正功,电势能减小,动能增加,故选项B错误,C正确;由a到b的运动轨迹为抛物线可知,粒子一定受恒力,即带电粒子在a点的加速度等于在b点的加速度,选项D错误。,【加固训练】1.(多选)如图所示,实线是两个等量点电荷P、Q形成电场的等势面,虚线是一带电粒子仅在电场力作用下运动的轨迹,a、b、c是轨迹上的三个点,b位于P、Q连线的中点。则(),A.两点电荷P、Q电性相反B.a点的电场强度大于b点的电场强度C.带电粒子在a点的电势能大于在c点的电势能D.带电粒子在a点的动能小于在b点的动能,【解析】选B、D。由带电粒子运动轨迹可以看出其靠近P、Q两电荷时均受到库仑斥力作用,所以P、Q两点电荷电性相同,选项A错误;由于a点等势面比b点等势面密,故a点电场强度大,选项B正确;由于两点电荷带等量同种电荷,从图象可以看出c点与a点电势相等,经判断可知带电粒子在a点的电势能等于在c点的电势能,选项C错误;若带电粒子从b点向a点运动,电场力做负功,其电势能增加,动能减小,选项D正确。,2.如图所示,空间存在两个被固定的、等量同种正点电荷M、N,在它们的连线上有A、B、C三点,已知MA=CN=NB,MANA。现有一正点电荷q,关于在电场中移动点电荷q的下列说法中正确的是(),A.沿半圆弧l将q从B点移到C点,电场力不做功B.沿曲线s将q从A点移到C点,电场力做正功C.沿曲线r将q从B点移到C点,电场力做负功D.沿直线将q从A点移到B点,电场力做正功,【解析】选B。从B到N电场力做负功,从N到C电场力做正功,根据场强的叠加,知NC段的电场强度大于BN段的电场强度,从B到C过程中,电场力做的负功小于电场力做的正功,所以从B到C电场力做正功,故A、C错误;A点与B点等电势,所以从A点移动到C点与从B点移动到C点等效,所以将电荷从A点移动到C点电场力做正功,故B正确;A、B两点等电势,所以从A点移动到B点,电场力不做功,故D错误。,考点3公式E=的拓展应用【核心要素精讲】1.公式E=的三点注意:(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。,2.由E=可推出的两个重要推论:推论1:如图甲所示,匀强电场中任一线段AB的中点C的电势,等于两端点电势的等差中项,即C=。,推论2:如图乙所示,若匀强电场中两线段AB=CD且ABCD,则A-B=C-D。,【高考命题探究】【典例3】(多选)如图所示,A、B、C、D、E、F为匀强电场中一个边长为10cm的正六边形的六个顶点,A、B、C三点电势分别为1V、2V、3V,正六边形所在平面与电场线平行。下列说法正确的是()世纪金榜导学号42722157,A.通过CD和AF的直线应为电场中的两条等势线B.匀强电场的电场强度大小为10V/mC.匀强电场的电场强度方向为由C指向AD.将一个电子由E点移到D点,电子的电势能将减少1.610-19J,【解析】选A、C、D。由AC的中点电势为2V,所以BE为等势线,CD、AF同为等势线,故A正确;CA为电场线方向,电场强度故B错误,C正确;由UED=UBC=-1V,WED=-eUED=1.610-19J,故D正确。,【强化训练】1.如图所示的同心圆是电场中的一簇等势线,一个电子只在电场力作用下沿着直线由AC运动的速度越来越小,B为线段AC的中点,则下列说法正确的是(),A.电子沿AC方向运动时受到的电场力越来越小B.电子沿AC方向运动时它具有的电势能越来越大C.电势差UAB=UBCD.电势A1),到达B点时动能恰好为零,小滑块最终停在O点,小滑块与水平面间的摩擦力大小为f,求:,(1)小滑块在A点时的初速度。(2)OB两点间的电势差UOB。(3)小滑块运动的总路程s。,【解析】(1)因电场力不做功,小滑块从A滑到B,由动能定理得-2fx0=0-因此小滑块在A点时的初速度vA=,(2)小滑块第一次从A滑到O,由动能定理得-fx0+qUOA=因此UOB=UOA=,(3)小滑块最终停在O点,由动能定理得应有-fs+qUOA=0-小滑块运动的总路程:s=(2n+1)x0答案:(1)(2)(3)(2n+1)x0,考点4电场中的功能关系【核心要素精讲】1.求电场力做功的几种方法:(1)由公式W=Flcos计算,此公式只适用于匀强电场,可变形为W=Eqlcos。(2)由WAB=qUAB计算,此公式适用于任何电场。(3)由电势能的变化计算:WAB=EpA-EpB。(4)由动能定理计算:W电场力+W其他力=Ek。,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。,【高考命题探究】【典例4】(多选)(2015海南高考)如图,两电荷量分别为Q(Q0)和-Q的点电荷对称地放置在x轴上原点O的两侧,a点位于x轴上O点与点电荷Q之间,b点位于y轴O点上方。取无穷远处的电势为零。下列说法正确的是世纪金榜导学号42722158(),A.b点电势为零,电场强度也为零B.正的试探电荷在a点的电势能大于零,所受电场力方向向右C.将正的试探电荷从O点移到a点,克服电场力做功D.将同一正的试探电荷先后从O、b两点移到a点,后者电势能的变化较大,【解析】选B、C。因为等量异种电荷在其连线的中垂线为等势线,因为中垂线延伸到无穷远处,所以中垂线的电势为零,故b点的电势为零,但是电场强度不为零,A错误;等量异种电荷连线上,电场方向由正电荷指向负电荷,方向水平向右,在中点O处电势为零,O点左侧电势为正,右侧电势为负,又知道正电荷在正电势处电势,能为正,故B正确;O点的电势低于a点的电势,将正的试探电荷从O点移到a点,电场力做负功,所以克服电场力做功,C正确;O点和b点的电势相等,所以先后从O、b两点移到a点,电场力做功相等,电势能变化相同,D错误。故选B、C。,【迁移训练】,迁移1:利用v-x图象考查功能关系(多选)如图甲所示,两个点电荷Q1、Q2固定在x轴上距离为L的两点,其中Q1带正电位于原点O,a、b是它们连线延长线上的两点,其中b点与O点相距3L。现有一带正电的粒子q以一定的初速度沿x轴从a点开始经b点向远处运动(粒子只受电场力作用),设粒子经过a、b两点时的速度分别为va、vb,其速度随坐标x变化的图象如图乙所示。则以下判断正确的是(),A.Q2带负电且电荷量可能等于Q1B.b点的场强一定为零C.a点的电势比b点的电势低D.粒子在a点的电势能比b点的电势能大,【解析】选B、C。粒子在b点前做减速运动,b点后做加速运动,可见b点的加速度为0,则在b点受到两点电荷的电场力平衡,可知Q2带负电,且有所以Q2Q1,故A错误,B正确;该粒子从a点到b点做减速运动,且该粒子带正电荷,电场力做负功,所以电势能增大,电势升高,所以b点电势较高,故C正确;粒子从a点到b点,速度减小,电场力做负功,故电势能增大,粒子在a点的电势能比b点的电势能小,故D错误。,迁移2:利用Ep-x图象考查功能关系(多选)M、N是某电场中一条电场线上的两点,若在M点释放一个初速度为零的电子,电子仅受电场力作用,并沿电场线由M点运动到N点,其电势能随位移变化的关系如图所示,则下列说法正确的是(),A.电子运动的轨迹为直线B.该电场是匀强电场C.电子在N点的加速度小于在M点的加速度D.电子在N点的动能小于在M点的动能,【解析】选A、C。电子初速度为零,且沿着电场线运动,其轨迹一定为直线,故选项A正确;电子通过相同位移时,电势能的减少量越来越小,说明电场力做功越来越少,由W=Fs可知,电子所受的电场力越来越小,场强减小,不可能是匀强电场,故选项B错误;由于Ep-x图线的斜率表示电场力的大小,根据图象可知,电子受到的电场力越来越小,故该电场不是匀强电场,电子做加速度逐渐,减小的加速运动,选项C正确;电子从M运动到N过程中,只受电场力,电势能减小,电场力做正功,则动能增大,因此在N点的动能大于在M点的动能,故选项D错误。,迁移3:除电场力做功外,还有其他力做功如图所示,在O点放置一个正点电荷,在过O点的竖直平面内由A点自由释放一个带正电的小球(可视为质点),小球的质量为m、电荷量为q。小球落下的轨迹如图中虚线所示,它与以O为圆心、R为