高考物理大一轮总复习（主干回顾固基础+典例突破知规律+特色培优增素养）62 电场能的性质的描述课件.ppt

01主干回顾固基础 知识点1电势能 1 静电力做功 1 特点 静电力做功与无关 只与有关 2 计算方法 w qed 只适用于匀强电场 其中d为沿的距离 wab quab 适用于 路径 初 末位置 电场方向 任何电场 2 电势能 1 定义 电荷在电场中具有的与其相对位置有关的能量叫做电势能 用符号ep表示 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 3 大小 电势能在数值上等于 电势能的减少量 将电荷从该点移到零势能位置时电场力所做的功 特别提醒 1 电势能由电场和电荷共同决定 属于电场和电荷系统所共有的 我们习惯说成电场中的电荷所具有的 2 电势能是相对的 与零势能位置的选取有关 但电势能的变化是绝对的 与零势能位置的选取无关 3 电势能是标量 有正负 无方向 电势能为正值表示电势能大于参考点的电势能 电势能为负值表示电势能小于参考点的电势能 4 零势能位置的选取是任意的 但通常选取大地或无穷远处为零势能位置 知识点2电势 1 电势 1 定义 试探电荷在电场中某点具有的与它的的比值 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 电势能ep 电荷量q 标量 零电势 相对性 零电势点 2 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 在同一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 电势相等 电场线 等势面 电势高 电势低 越大 越小 特别提醒 1 电场中某点的电势大小是由电场本身的性质决定的 与在该点是否放有电荷和所放电荷的电荷量及电势能均无关 2 电势具有相对性 某点电势的大小跟零电势点的选取有关 一般选取无穷远处为零电势点 在实际应用中常取大地的电势为零 3 电势是标量 但有正负之分 正值表示该点电势比零电势高 负值表示该点电势比零电势低 知识点3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 与移动的电荷的的比值 电场力做的功wab 电荷量q 3 电势差与电势的关系 uab uab uba 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 a b 无关 无关 2 匀强电场中电势差与电场强度的关系 1 电势差与场强的关系式 uab ed 其中d为电场中两点间的距离 2 电场强度的另一表达式 意义 电场中 场强方向是指最快的方向 在匀强电场中 场强在数值上等于沿方向每单位距离上降低的电势 沿电场方向 电势降低 电场 知识点4静电现象的解释 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 这种现象叫静电感应 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 2 静电平衡 1 定义 当把导体放入电场中时 导体内的自由电荷 如金属导体中的自由电子 在电场力的作用下将发生定向移动而重新分布 在导体表面则出现感应电荷 当感应电荷产生的附加电场与在导体内部的原电场 使得 时 自由电荷不再发生 则导体处于静电平衡状态 大小相等且方向相反 叠加场强为零 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 导体表面是 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 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 凹陷的位置几乎没有净电荷 处处为零 等势体 等势面 垂直 外表面 越大 3 静电现象的应用 1 尖端放电 带电导体尖端附近的电场很强 可使尖端附近的空气而产生放电现象 即尖端放电 2 静电屏蔽 电场中的导体 相当于外部电场影响不到导体内部 好像是外部电场被金属外壳 遮挡 住了 这种现象叫做静电屏蔽 发生电离 由于静电感应 使得导体内部合场强为零 一 基础知识题组1 电场力做功与电势能变化的关系 多选 某电场的电场线分布如图所示 电场中有a b两点 则以下判断正确的是 a a点的场强大于b点的场强 b点的电势高于a点的电势b 若将一个电荷由a点移到b点 电荷克服电场力做功 则该电荷一定为负电荷c 一个负电荷处于a点的电势能大于它处于b点的电势能d 若将一个正电荷由a点释放 该电荷将在电场中做加速度减小的加速运动 负电荷在电势低的a处 电势能反而大 c正确 将正电荷从a点释放由于正电荷受力方向与场强方向一致 所以将往电场线的密集区运动 所以所受的电场力增大 由牛顿第二定律可得加速度也随之增大 d错误 答案 ac 2 电场力做功与电势能变化的理解 在静电场中 将一电子从a点移到b点 静电力做了正功 则 a 电场强度的方向一定是由a点指向b点b 电场强度的方向一定是由b点指向a点c 电子在a点的电势能一定比在b点的大d 电子在b点的电势能一定比在a点的大 解析 在静电场中 将电子从a点移到b点 静电力做正功 则电子从低等势面向高等势面运动 场强方向无法确定 但电势能一定减小 所以选项c正确 答案 c 3 对电势的理解 将一正电荷从无穷远处移入电场中的m点 电势能减少了8 0 10 9j 若将另一等量的负电荷从无穷远处移入电场中的n点 电势能增加了9 0 10 9j 则下列判断正确的是 a m m 0c n n 0 答案 c 4 对场强和电势的理解 2014 西城一模 如图甲所示 a b是某电场中一条电场线上的两点 一个带负电的点电荷仅受电场力作用 从a点沿电场线运动到b点 在此过程中 该点电荷的速度v随时间t变化的规律如图乙所示 下列说法中正确的是 a a点的电场强度比b点的大b a b两点的电场强度相等c a点的电势比b点的电势高d a点的电势比b点的电势低解析 由点电荷的速度v随时间t变化的规律可知 带负电的点电荷是做加速度逐渐增大的减速运动 故a点的电场强度比b点的小 负电荷的动能减小 电势能增加 对应位置的电势降低 因此c对 答案 c 5 对电势和场强关系的理解 在静电场中 下列说法正确的是 a 电场强度处处为零的区域内 电势一定也处处为零b 电场强度处处相同的区域内 电势一定也处处相同c 电场强度的方向总是跟等势面垂直d 电势降低的方向就是电场强度的方向 解析 电场强度大小和电势高低没有直接关系 不能根据电场强度大小判断电势高低 也不能根据电势的高低判断电场强度的大小 故a b错 电场强度的方向一定跟等势面垂直 c对 沿电场强度的方向电势降低 但电势降低的方向不一定是电场强度的方向 d错 答案 c 二 规律方法题组6 与等势面有关的运动轨迹问题 2012 山东高考 多选 图中虚线为一组间距相等的同心圆 圆心处固定一带正电的点电荷 一带电粒子以一定初速度射入电场 实线为粒子仅在静电力作用下的运动轨迹 a b c三点是实线与虚线的交点 则该粒子 a 带负电b 在c点受力最大c 在b点的电势能大于在c点的电势能d 由a点到b点的动能变化大于由b点到c点的动能变化 答案 cd 与等势面有关的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判断动能的变化情况 02典例突破知规律 考点1电势高低及电势能大小的比较考点解读 1 电势高低的四种判断方法 2 电势能大小的比较方法 1 做功判断法电场力做正功 电荷 无论是正电荷还是负电荷 从电势能较大的地方移向电势能较小的地方 反之 如果电荷克服电场力做功 那么电荷将从电势能较小的地方移向电势能较大的地方 知能拓展 其他各种方法都是在此基础上推理出来的 最终还要回归到电场力做功与电势能变化关系上 2 场电荷判断法 离场正电荷越近 正电荷的电势能越大 负电荷的电势能越小 离场负电荷越近 正电荷的电势能越小 负电荷的电势能越大 典例透析 2012 福建高考 如图所示 在点电荷q产生的电场中 将两个带正电的试探电荷q1 q2分别置于a b两点 虚线为等势线 取无穷远处为零电势点 若将q1 q2移动到无穷远的过程中外力克服静电力做的功相等 则下列说法正确的是 a a点电势大于b点电势b a b两点的电场强度相等c q1的电荷量小于q2的电荷量d q1在a点的电势能小于q2在b点的电势能 解题探究 1 如何判断电荷q的电性 提示 根据正电荷所受静电力的做功情况 可判断电荷q的电性 2 如何判断a b两点的电势高低及场强大小 提示 根据电荷q的正负 判断a b两点的电势高低及场强大小 3 如何判断q1 q2电荷量大小及电势能情况 提示 根据静电力做功w qu及ep q 可判断q1 q2电荷量大小及电势能 尝试解答 选c 根据题述 点电荷q为负点电荷 a点电势小于b点电势 a点电场强度大于b点电场强度 选项a b错误 由q1u1 q2u2可知 q1的电荷量小于q2的电荷量 q1在a点的电势能等于q2在b点的电势能 选项c正确 选项d错误 电势与电势能的比较 1 电势是反映电场的能的性质的物理量 电势能是电荷在电场中某点所具有的势能 2 电场中某一点的电势 的高低 跟电场本身和零电势点的选取有关 跟试探电荷无关 电势能ep的大小是由试探电荷的电荷量q与其所处位置的电势 共同决定的 3 沿电场线方向电势逐渐降低 确定零电势点后 某点的电势高于零电势点则为正值 某点的电势低于零电势点则为负值 4 电势能与电势之间的关系是ep q 应用该式时必须代入各物理量的正负号 答案 d 考点2电场的等势面考点解读 1 几种常见的典型电场的等势面比较 知能拓展 电场线密集的地方 等差等势面也密集 电场线稀疏的地方 等差等势面也稀疏 等差等势面的疏密表示电场的强弱 2 解决该类问题应熟练掌握以下知识及规律 1 带电粒子所受合力 往往仅为电场力 指向轨迹曲线的内侧 2 该点速度方向为轨迹切线方向 3 电场线或等差等势面密集的地方场强大 4 电场线垂直于等势面 5 顺着电场线电势降低最快 6 电场力做正功 电势能减小 电场力做负功 电势能增大 有时还要用到牛顿第二定律 动能定理等知识 典例透析 多选 一粒子从a点射入电场 从b点射出 电场的等势面和粒子的运动轨迹如图所示 图中左侧前三个等势面彼此平行 不计粒子的重力 下列说法正确的有 a 粒子带负电荷b 粒子的加速度先不变 后变小c 粒子的速度不断增大d 粒子的电势能先减小 后增大 解题探究 分析此类问题关键要明确三个方向 速度v的方向 场强e的方向和电场力f的方向 v和f的方向要符合 e和f的方向要符合 提示 电荷的运动轨迹电荷的电性 尝试解答 选ab 根据电场线与等势面垂直并指向电势低的等势面的特点 可大致画出运动轨迹上某些点的电场线 如图所示 粒子在电场力作用下的运动轨迹向下弯曲 根据曲线运动的特点可知电场力应指向轨迹内侧 与场强方向相反 即粒子带负电荷 a正确 等势面先是平行等间距 后变得稀疏 说明此空间的电场先是匀强电场 后场强变小 即电场力先不变 后变小 b正确 电场力f与粒子的速度v的夹角始终为钝角 应做负功 粒子速度不断减小 由功能关系可知 粒子的电势能始终增加 c d错误 带电粒子运动轨迹类问题的解题技巧 1 判断速度方向 带电粒子的轨迹的切线方向为该点处的速度方向 2 判断电场力 或场强 的方向 带电粒子所受电场力方向 仅受电场力作用 指向轨迹曲线的凹侧 再根据粒子的正负判断场强的方向 3 判断电场力做功的正负及电势能的增减 若电场力与速度方向成锐角 则电场力做正功 电势能减少 若电场力与速度方向成钝角 则电场力做负功 电势能增加 a b d两点处的电势相同b 四个点中c点处的电势最低c b d两点处的电场强度相同d 将一试探电荷 q沿圆周由a点移至c点 q的电势能减小 解析 等量异种点电荷的电场线及等势线的分布如图所示 由于b d两点关于x轴对称 故b d两点电势相等 a项正确 a b c d四个点中 c点电势为零 其余各点的电势均大于零 故b项正确 b d两点的电场强度大小相等 方向不同 故c项错 将一正的试探电荷由a点移动到c点的过程中 由于a点电势高于c点电荷 故该电荷的电势能减小 d项正确 答案 abd 考点3电场力做功与电场中的功能关系考点解读 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 典例透析 多选 空间存在匀强电场 有一电荷量q q 0 质量m的粒子从o点以速率v0射入电场 运动到a点时速率为2v0 现有另一电荷量 q 质量m的粒子以速率2v0仍从o点射入该电场 运动到b点时速率为3v0 若忽略重力的影响 则 a 在o a b三点中 b点电势最高b 在o a b三点中 a点电势最高c oa间的电势差比bo间的电势差大d oa间的电势差比ba间的电势差小 解题探究 1 如何比较o a b三点中电势的高低 提示 先比较o a的电势高低 再比较o b的电势高低 最后比较a b电势高低 2 本题比较电势高低宜采用的方法 尝试解答 选ad 解法一 定性分析法 带正电的粒子从o点运动到a点 速度增大 电场力做正功 电势能ep q 减少 电势 降低 所以 o a 带负电的粒子从o点运动到b点 速度增大 电场力做正功 电势能ep q 减少 电势 升高 所以 o o a a正确 b错误 处理电场中能量问题的基本方法在解决电场中的能量问题时常用到的基本规律有动能定理 能量守恒定律 有时也会用到功能关系 1 应用动能定理解决问题需研究合外力的功 或总功 2 应用能量守恒定律解决问题需注意电势能和其他形式能之间的转化 3 应用功能关系解决该类问题需明确电场力做功与电势能改变之间的对应关系 4 有电场力做功的过程机械能不守恒 但机械能与电势能的总和可以守恒 变式训练 1 如图所示 实线为电场线 虚线为等势面 一个正电荷在等势面l3时 动能为ek3 20j 运动到l1时 动能为ek1 4j 若以l2为零势面 且不计空气阻力和重力 则当电荷的电势能ep 4j时 其动能为 a ek 10jb ek 16jc ek 4jd ek 8j 答案 d 2 2013 山东泰安一模 多选 图中甲是匀强电场 乙是孤立的正点电荷形成的电场 丙是等量异种点电荷形成的电场 a b位于两点电荷连线上 且a位于连线的中点 丁是等量正点电荷形成的电场 a b位于两点电荷连线的中垂线上 且a位于连线的中点 有一个正检验电荷仅在电场力作用下分别从电场中的a点由静止释放 动能ek随位移x变化的关系图象如图中的 图线所示 其中图线 是直线 下列说法正确的是 a 甲对应的图线是 b 乙对应的图线是 c 丙对应的图线是 d 丁对应的图线是 答案 ac 考点4电势差与电场强度的关系考点解读 1 在匀强电场中u ed 即在沿电场线方向上 u d 2 在非匀强电场中u ed虽不能直接应用 但可以做定性判断 典例透析 解题探究 1 匀强电场中如何寻找等势线 提示 由几何关系找两个等势点 其连线即为等势线 2 如何确定电场方向 提示 与等势线垂直 指向电势降低的方向 尝试解答 选b 1 在匀强电场中 电势沿直线是均匀变化的 即直线上距离相等的线段两端的电势差值相等 2 等分线段找等势点法 将电势最高点和电势最低点连接后根据需要平分成若干段 必能找到第三点电势的等势点 它们的连线即等势面 或等势线 与其垂直的线即为电场线 变式训练 1 2012 安徽高考 如图所示 在平面直角坐标系中 有方向平行于坐标平面的匀强电场 其中坐标原点o处的电势为0v 点a处的电势为6v 点b处的电势为3v 则电场强度的大小为 答案 a 2 a b c d是匀强电场中的四个点 它们正好是一个矩形的四个顶点 电场线与矩形所在平面平行 已知a点的电势为20v b点的电势为24v d点的电势为4v 如图所示 由此可知c点的电势为 a 4vb 8vc 12vd 24v 解析 因为沿任意方向 电势是均匀变化的 所以 a d b c即20 4 24 c 得 c 8v 选项b正确 答案 b 考点5图象在电场中的应用考点解读 1 主要类型 1 v t图象 2 x图象 3 e t图象 2 应对策略 1 v t图象 根据v t图象的速度变化 斜率变化 即加速度大小的变化 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 2 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大小 并可根据电势大小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wab quab 进而分析wab的正负 然后作出判断 3 e t图象 根据题中给出的e t图象 确定e的方向的正负 再在草纸上画出对应电场线的方向 根据e的大小变化 确