高考物理新一轮复习（热点视角+对点自测+讲练互动）第六章第二节 电场能的性质课件 新人教版.ppt

第六章静电场 第二节电场能的性质 一 电场力做功和电势能1 静电力做功 1 特点 静电力做功与 无关 只与 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 实际路径 初末位置 电场方向 任何电场 2 电势能 1 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 3 电势能具有相对性 电场 零势能 电势能的减少量 电势能 电荷量 零电势点 2 等势面 1 定义 电场中 的各点构成的面 2 特点 在等势面上移动电荷 电场力不做功 等势面一定与电场线垂直 即与场强方向 电场线总是由电势 的等势面指向电势 的等势面 等差等势面的疏密表示电场的强弱 等差等势面越密的地方 电场线越密 电势相同 垂直 高 低 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与移动的电荷的电量q的比值 2 定义式 uab 3 电势差与电势的关系 uab uab uba 4 电势差与电场强度的关系匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点沿 的距离的乘积 即uab ed 特别提示 电势和电势差都是由电场本身决定的 与检验电荷无关 但电势是相对量 电场中各点的电势与零电势点的选取有关 而电势差是绝对量 与零电势点的选取无关 a b 电场方向 1 单选 2014 重庆模拟 如图所示 正点电荷 电荷量为q 产生的电场中 已知a b间的电势差为u 现将电荷量为q的正点电荷从b移到a 则 a 外力克服电场力做功qu 电势能增加qub 外力克服电场力做功qu 电势能增加quc 外力克服电场力做功qu 电势能增加qud 外力克服电场力做功qu 电势能减少qu c 2 1 单选 2012 高考重庆卷 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所示 a b c d为电场中的4个点 则 a p q两点处的电荷等量同种b a点和b点的电场强度相同c c点的电势低于d点的电势d 负电荷从a到c 电势能减少 d 2 2 单选 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 c bc 3 2 单选 2014 宜昌高三检测 如图所示是一个匀强电场的等势面 每两个相邻等势面相距2cm 由此可以确定电场强度的方向和数值是 a 竖直向下 e 100v mb 水平向左 e 100v mc 水平向左 e 200v md 水平向右 e 200v m b 1 比较电势高低的方法 1 根据电场线方向 沿电场线方向电势越来越低 2 根据uab a b 若uab 0 则 a b 若uab 0 则 a b 3 根据场源电荷 取无穷远处电势为零 则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 电势高低及电势能大小的比较 2 电势能大小的比较方法 1 做功判断法电场力做正功 电势能减小 电场力做负功 电势能增加 与其他力做功无关 2 电荷电势法正电荷在电势高处电势能大 负电荷在电势低处电势能大 3 公式法由ep q 将q 的大小 正负号一起代入公式 ep的正值越大 电势能越大 ep的负值越大 电势能越小 多选 2013 高考江苏卷 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 尝试解答 abd 解析 电场线的疏密程度表示场强的大小 a正确 沿电场线方向电势降低 b正确 负电荷在电势越高的位置电势能越小 c错误 因负电荷从a点移到b点的过程中电势能增大 由功能关系知电场力必做负功 d正确 1 多选 2014 潍坊模拟 如图所示 mn pq是圆的两条相互垂直的直径 o为圆心 两个等量正电荷分别固定在m n两点 现有一带电的粒子 不计重力及粒子对电场的影响 从p点由静止释放 粒子恰能在p q之间做直线运动 则以下判断正确的是 a o点的场强一定为零b p点的电势一定比o点的电势高c 粒子一定带负电d 粒子在p点的电势能一定比在q点的电势能小 ac 解析 由于m n两点放置的是等量同种电荷 根据点电荷产生的电场的特点及电场叠加可知o点的合场强为零 a正确 因带电粒子从p点由静止释放 只在电场力作用下运动到q点 说明带电粒子在p点受到的电场力由p点指向q点 故带电粒子一定带负电 带电粒子从p点运动到q点的过程中 电场力先做正功后做负功 p点电势比o点电势低 b错误 c正确 根据对称性可知p q两点的电势相同 d错误 1 几种常见的典型电场的等势面比较 等势面与粒子运动轨迹的分析 垂直于电场线的一簇平面 以点电荷为球心的一簇球面 连线的中垂线上的电势为零 连线上 中点电势最低 而在中垂线上 中点电势最高 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 某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 单选 2012 高考天津卷 两个固定的等量异号点电荷所产生电场的等势面如图中虚线所示 一带负电的粒子以某一速度从图中a点沿图示方向进入电场在纸面内飞行 最后离开电场 粒子只受静电力作用 则粒子在电场中 a 做直线运动 电势能先变小后变大b 做直线运动 电势能先变大后变小c 做曲线运动 电势能先变小后变大d 做曲线运动 电势能先变大后变小 c 方法总结 这类问题关键是画出电场线 判断出电场力方向 粒子所受合力 一般仅受电场力 指向轨迹的凹侧 以此为基础再结合其他条件 就可对有关问题作出正确的判断 解析 由题图等势面可知两固定的等量异号点电荷的电场分布如图所示 带负电的粒子在等量异号点电荷所产生电场中的偏转运动轨迹如图所示 则粒子在电场中做曲线运动 电场力对带负电的粒子先做正功后做负功 电势能先变小后变大 故c正确 2 多选 2012 高考山东卷 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 实线为粒子仅在电场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 cd 公式u e d的拓展应用 1 在匀强电场中u ed 即在沿电场线方向上 u d 3 在非匀强电场中u ed虽不能直接应用 但可以用作定性判断 a 尝试解答 3 单选 在匀强电场中有四个点a b c d 恰好为平行四边形的四个顶点 o点为平行四边形两条对角线的交点 已知 a 4v b 6v c 8v 则 d o分别为 a 6v 6vb 2v 1vc 2v 2vd 4v 4v c 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 注意 电荷沿等势面移动电场力不做功 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 如图所示 在o点放置一个正电荷 在过o点的竖直平面内的a点 自由释放一个带正电的小球 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为半径的圆 图中实线表示 相交于b c两点 o c在同一水平线上 boc 30 a距离oc的竖直高度为h 若小球通过b点的速度为v 试求 1 小球通过c点的速度大小 2 小球由a到c的过程中电势能的增加量 思路点拨 1 b c两点电势具有什么关系 小球从b c电场力做功为多少 2 a c小球电势能的增加量与电场力做功有何关系 课堂笔记 规律总结 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 能量守恒定律和功能关系 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 答案 见解析 4 多选 如图所示 竖直向上的匀强电场中 绝缘轻质弹簧竖直立于水平地面上 上面放一质量为m的带正电小球 小球与弹簧不连接 施加外力f将小球向下压至某位置静止 现撤去f 小球从静止开始运动到离开弹簧的过程中 重力 电场力对小球所做的功分别为w1和w2 小球离开弹簧时速度为v 不计空气阻力 则上述过程中 bd 解析 由于电场力做正功 故小球与弹簧组成的系统机械能增加 机械能不守恒 故a选项错误 重力做功是重力势能变化的量度 由题意知重力做负功 重力势能增加 故b选项正确 小球增加的机械能在数值上等于除重力和弹力外 电场力所做的功即w2 故c选项错误 根据电场力做功是电势能变化的量度 电场力做正功电势能减少 电场力做负功电势能增加 故d选项正确 1 e x图象 1 反映了电场强度随位移变化的规律 2 e 0表示场强沿x轴正方向 e 0表示场强沿x轴负方向 3 图线与x轴围成的 面积 表示电势差 面积 大小表示电势差大小 两点的电势高低根据电场方向判定 e x和 x图象的处理方法 2 x图象 1 描述了电势随位移变化的规律 2 根据电势的高低可以判断电场强度的方向是沿x轴正方向还是负方向 3 斜率的大小表示场强的大小 斜率为零处场强为零 范例 单选 空间有一沿x轴对称分布的电场 其电场强度e随x变化的图象如图所示 下列说法中正确的是 a o点的电势最低b x2点的电势最高c x1和 x1两点的电势相等d o到x1和o到x3两点的电势差相等 c 解析 沿x轴对称分布的电场 由题图可得其电场线以o点为中心指向正 负方向 或从正 负无穷远指向o 沿电场线电势降落 最快 所以o点电势最高 或最低 a b错误 由于电场沿x轴对称分布 则o点到x1与o点到 x1的电势差相等 故x1与 x1两点电势相等 c正确 x1和x3两点电场强度大小相等 电势不相等 故o到x1和o到x3两点的电势差也不相等 d错误 规律总结 看懂图象是解题的前提 解答此题的关键是明确图象的斜率 面积的物理意义 5 单选 两电荷量分别为q1和q2的点电荷固定在x轴上的o m两点 两电荷连线上各点电势 随x变化的关系如图所示 其中c为nd段电势最低的点