2019_2020学年高中物理第一章电场第五节课时2等势面的特点电场线与等势面的关系学案粤教版选修3_1.docx

教学资料范本2019_2020学年高中物理第一章电场第五节课时2等势面的特点电场线与等势面的关系学案粤教版选修3_1编 辑：_时 间：_课时2等势面的特点电场线与等势面的关系学科素养与目标定位物理观念：1.知道等势面及典型电场的等势面特点.2.知道电场线与等势面的关系科学思维：1.知道电场线和等势面都是对电场的形象描述.2.会根据电场线和等势面的规律分析带电粒子或带电体的运动1等势面的定义：电场中电势相同的各点构成的面2等势面的特点(1)在同一等势面上移动电荷时静电力不做功(选填“做功”或“不做功”)(2)电场线跟等势面垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面(3)等差等势面密的地方，电场强度较强；等差等势面疏的地方，电场强度较弱(4)任意两个等势面不相交判断下列说法的正误(1)电荷在等势面上移动时不受电场力作用，所以电场力不做功()(2)等势面上各点的场强相等()(3)点电荷在真空中形成的电场的等势面是以点电荷为球心的一簇球面()(4)匀强电场中的等势面是相互平行的垂直于电场线的一簇平面()一、等势面的特点及应用几种典型电场的等势面图1(1)点电荷的等势面是以点电荷为球心的一簇球面(2)等量异号点电荷的等势面：点电荷的连线上，从正电荷到负电荷电势越来越低，两点电荷连线的中垂线是一个等势面(3)等量同号点电荷的等势面等量正点电荷连线的中点电势最低，两点电荷连线的中垂线上该点的电势最高，从中点沿中垂线向两侧，电势越来越低等量负点电荷连线的中点电势最高，两点电荷连线的中垂线上该点的电势最低从中点沿中垂线向两侧，电势越来越高(4)匀强电场的等势面是垂直于电场线的一簇平行等间距的平面例1(多选)如图2所示，实线表示一簇关于x轴对称的等势面，在x轴上有A、B两点，则()图2AA点场强小于B点场强BA点场强方向指向x轴负方向CA点场强大于B点场强DA点电势高于B点电势答案AD解析由于电场线与等势面总是垂直，则B点电场线比A点密，B点场强大于A点场强，故A正确，C错误电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面，场强方向指向x轴正方向，故B错误由图中数据可知D正确针对训练1带有等量异种电荷的一对平行金属板，如果两极板间距不是足够近或者两极板面积不是足够大，即使在两极板之间，它的电场线也不是彼此平行的直线，而是如图3所示的曲线(电场的方向未画出)在图中，若上极板带正电，虚线MN是穿过两板正中央的一条直线，则关于这个电场，以下说法正确的是()图3Aa点的场强小于b点的场强Bb点的电势低于c点的电势C平行金属板之间的电场，可以看做匀强电场D若将一正电荷从电场中的任一点由静止释放，它必将沿电场线运动到负极板答案B解析由电场线疏密可知，a点场强大于b点场强，选项A错误；由于bd，而cd，所以cb，选项B正确；由于电场线不是平行的等间距直线，所以平行金属板间的电场不能看做匀强电场，选项C错误；由于有的电场线不是直线，所以电荷不一定沿电场线运动，选项D错误例2(20xx哈尔滨三中高二期中)空间中P、Q两点处各固定一个点电荷，其中P点处为正电荷，P、Q两点附近电场的等势面分布如图4所示，a、b、c、d为电场中的4个点则()图4AP、Q两点处的电荷等量同号Ba点和b点的电场强度相同Cc点的电势低于d点的电势D负电荷从a到c，电势能减少答案D解析根据题图可知，该电场是等量异号点电荷的电场，故A错误根据电场的对称性，a、b两点的电场强度大小相等，而方向不同，故B错误c点所在等势面距离P点(正电荷)比d点所在等势面距离P点近，c点的电势较高，故C错误负电荷从a到c，电场力做正功，所以电势能减少，故D正确二、电场线、等势面和运动轨迹例3(多选)(20xx山师附中期末)某静电场中的电场线如图5所示，带电粒子在电场中仅受电场力作用，沿图中虚线由M运动到N，以下说法正确的是()图5A粒子带正电荷B粒子在M点的加速度小于在N点的加速度C粒子在M点的电势能小于在N点的电势能D粒子在M点的动能小于在N点的动能答案ABD解析带电粒子在电场中运动时，受到的电场力的方向指向运动轨迹的凹侧，由此可知，带电粒子受到的电场力的方向为沿着电场线向上，所以此粒子带正电荷，故A正确；由电场线的分布可知，电场线在N点较密，所以粒子在N点时受到的电场力大，在N点的加速度大，故B正确；从M点到N点的过程中，电场力对粒子做正功，所以粒子的电势能要减小，动能增加，即粒子在M点的电势能大于在N点的电势能，在M点的动能小于在N点的动能，故C错误，D正确1.速度方向沿运动轨迹的切线方向，所受电场力的方向沿电场线的切线方向或反方向，所受合外力的方向指向曲线凹侧2电势能大小的判断方法(1)电场力做功：电场力做正功，电势能减小；电场力做负功，电势能增加(2)利用公式法：由Epq知正电荷在电势高处电势能大，负电荷在电势低处电势能大学科素养例3需分析受力与运动的关系、功能关系以及电势能与电势的关系，综合性较强，锻炼了学生的思维，提高了学生综合运用物理知识解决问题的能力，较好地体现了“科学思维”的学科素养针对训练2(多选)(20xx市期末)如图6所示，虚线A、B、C表示某电场中的三个等势面，相邻等势面间的电势差相等，一电子从右侧垂直等势面A向左进入电场，运动轨迹与等势面分别交于a、b、c三点，则可以判断()图6A三个等势面的电势大小为ABCB三个等势面的电势大小为CBAC电子由a到c电势能不断减小D电子由a到c动能不断减小答案AD解析由等势面画出电场线、电子在c点受力和运动方向如图，并由此得出电场线垂直等势面指向左，ABC，A正确，B错误；从a至c电场力做负功，电势能不断增加，动能不断减小，C错误，D正确三、用等分法确定等势面和电场线1由UEd知，在匀强电场中，任意方向上距离相等的两点间的电势差相等2确定电场方向的方法先由等分法确定电势相等的点，画出等势面，然后根据电场线与等势面垂直画出电场线，且电场线的方向由电势高的等势面指向电势低的等势面例4(多选)如图7所示，A、B、C是匀强电场中平行于电场线的某一平面上的三个点，各点的电势分别为A5V，B2V，C3V，H、F三等分AB，G为AC的中点，在下列各示意图中，能正确表示该电场强度方向的是()图7答案BC解析根据匀强电场的特点可知，H、F的电势分别为H4V，F3V，G的电势G4V，则HG，则电场线垂直于GH，又CF3V，可知电场线与CF垂直，故选B、C.学科素养等分法是在理解电势差与电场强度关系基础上的应用，通过等分法相关习题的练习，提升了学生综合分析问题的能力和建模能力，体现了“科学思维”的学科素养1(等势面及应用)(20xx市期末)a、b；c、d；e、f；g、h为图8所示电场中的四组点，其中a、b两点距正点电荷的距离相等；c、d两点在两点电荷连线的中垂线上，并关于两点电荷的连线对称；e、f两点在两点电荷的连线上，并关于连线中点对称；g、h两点在两点电荷连线的中垂线上，并关于两点电荷的连线对称这四组点中，电场强度和电势均相同的是()图8Aa、bBc、dCe、fDg、h答案B2(等势面的特点)(20xx人大附中期中)如图9所示，孤立点电荷Q固定在正方体的一个顶点上，与Q相邻的三个顶点分别是A、B、C，下列说法正确的是()图9AA、B、C三点的场强相同BA、B、C三点的电势相同CA、B、C三点所在的平面为一等势面D将一电荷量为q的检验电荷由A点沿直线移动到B点的过程中电势能始终保持不变答案B解析正点电荷的电场强度方向呈放射状，所以A、B、C三点电场强度大小相等，方向不同，故A错误；点电荷Q周围的等势面是以Q为球心的一簇球面，因为A、B、C三点与Q之间的距离相同，即A、B、C位于同一等势面上，但A、B、C三点所在平面不是等势面，故B正确，C错误；同理知，直线A、B不在同一等势线上，所以电荷从A点沿直线移到B点的过程中电势能会变化，故D错误3.(电场线与运动轨迹)(20xx市期末)如图10所示，带箭头的线表示某一电场的电场线在电场力作用下，一带负电的粒子(不计重力)经A点飞向B点，径迹如图中虚线所示，A、B两点相比，下列说法正确的是()图10A粒子在A点的加速度大BB点电势较高C粒子在B点动能大D粒子在B点的电势能较大答案D4.(电场线与运动轨迹)(多选)(20xx天津理综)如图11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()图11A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，场源电荷靠近M端且为正电荷，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EpAEpB，故C正确，D错误5(等分法确定电势和电场强度)a、b、c是匀强电场中的三个点，各点电势分别为a10V，b2V，c6V，a、b、c三点所在平面与电场方向平行，下列各图中电场强度的方向表示正确的是()答案D解析由于是匀强电场，因此a、b连线的中点与c点电势相等，电场强度的方向垂直于等势面且由高电势处指向低电势处，所以D正确一、选择题考点一等势面的特点及应用1(20xx泰州中学期中)如图1所示，在两等量异种点电荷的电场中，MN为两电荷连线的中垂线，a、b、c三点所在直线平行于两电荷的连线，且a与c关于MN对称，b点位于MN上，d点位于两电荷的连线上，以下判断正确的是()图1Ab点场强大于d点场强Bb点电势高于d点电势C试探电荷q在a点的电势能小于在c点的电势能Da、b两点的电势差等于b、c两点间的电势差答案D解析在两等量异种电荷的连线上，中间点电场强度最小；在两等量异种电荷连线的中垂线上，中间点电场强度最大，所以b点场强小于d点场强，A错误；等量异种电荷连线的中垂线是一条等势线，与在两等量异种电荷连线上的点相比较，d点的电势要高，所以d点电势高于b点电势，B错误；因a点的电势高于c点的电势，故试探电荷q在a点的电势能大于在c点的电势能，C错误；由对称性可知，a、b两点的电势差等于b、c两点间的电势差，D正确2.某导体置于电场后周围的电场分布情况如图2所示，图中虚线表示电场线，实线表示等势面，A、B、C为电场中的三个点下列说法正确的是()图2AA点的电场强度大于B点的电场强度BA点的电势高于B点的电势C将负电荷从A点移到B点，电场力做正功D将正电荷从A点移到C点，电荷的电势能减小答案B3(多选)位于A、B处的两个带有不等量负电荷的点电荷在平面内电势分布如图3所示，图中实线表示等势面，则()图3Aa点和b点的电场强度相同B正电荷从c点移到d点，电场力做正功C负电荷从a点移到c点，电场力做正功D正电荷从e点沿图中虚线移到f点，电势能先减小后增大答案CD解析a点的等势面比b点的稀疏，故a点的电场强度比b点的小，而且两点场强方向也不同，A项错误c点电势低于d点，正电荷从c点移到d点，即正电荷向高电势处移动，电场力做负功，B项错误a点电势低于c点，从a到c，把负电荷移向高电势处，电场力做正功，C项正确从e沿题图中虚线到f，电势先变低后变高，故沿此方向移动正电荷，电场力先做正功后做负功，电势能先减小后增大，D项正确考点二电场线、等势面和运动轨迹4.(20xx市期末)某带电粒子仅在电场力作用下由A点运动到B点，电场线、粒子在A点的初速度及运动轨迹如图4所示，可以判定()图4A粒子带负电B粒子的加速度减小C粒子的动能增加D粒子的电势能增加答案C解析粒子所受的电场力方向指向轨迹的内侧，与电场线的切线方向一致，可知粒子带正电，A错误；由电场线的疏密程度可知粒子在A点所受的电场力小于在B点所受的电场力，故粒子的加速度增加，B错误；由运动轨迹的弯曲方向知粒子在运动过程中，电场力对其做正功，则其动能增加，电势能减小，C正确，D错误5(20xx丹阳高中高二上期中)如图5所示，虚线a、b、c是电场中的三个等势面，相邻等势面间的电势差相同，实线为一带正电的质点仅在静电力作用下通过该区域的运动轨迹，P、Q是轨迹上的两点，下列说法中正确的是()图5A三个等势面中，等势面a的电势最高B带电质点一定是从P点向Q点运动C带电质点通过P点时的加速度比通过Q点时小D带电质点通过P点时的动能比通过Q点时小答案D解析由等势面画出电场线如图所示，根据轨迹判断受力方向指向曲线内侧，由于是正电荷，可判断出c的电势最高，A错；带电质点运动方向无法判断，B错；等差等势面密集处场强大，由题图知P点的场强大于Q点的场强，故带电质点在P点的加速度大于在Q点的加速度，C错；若从P向Q运动，电场力做正功，EkPEkQ，若从Q向P运动，电场力做负功，EkPEkQ，D正确6(多选)如图6所示，虚线a、b和c是某静电场中的三个等势面，它们的电势分别为a、b和c，且abc.一带正电的粒子射入该电场中，其运动轨迹如图中KLMN所示，则()图6A粒子从K到L的过程中，电场力做负功B粒子从L到M的过程中，电场力做负功C粒子从K到L的过程中，电势能增加D粒子从L到M的过程中，动能减少答案AC考点三等分法确定等势线和电场线7(多选)如图7所示，图中五点均在匀强电场中，它们分别是一个圆的四个等分点和圆心已知电场线与圆所在平面平行下列有关圆心O和等分点a的电势、电场强度的相关描述正确的是()图7Aa点的电势为6VBa点的电势为2VCO点的场强方向指向a点DO点的场强方向指向电势为2V的点答案AD解析在匀强电场中，沿某一直线若存在电势变化，则沿与该直线平行的其他