高考物理一轮复习 第6章 第2讲 电场的能的性质课件.ppt

第2讲电场的能的性质 1 电势能 1 电场力做功的特点 电场力做功与 无关 只与 有关 2 电势能 定义 电荷在 中具有的势能 数值上等于将电荷从该点移到 位置时电场力所做的功 电场力做功与电势能变化的关系 电场力做的功等于 即wab epa epb ep 电势能 电势 考纲要求 路径 初 末位置 电场 零势能 电势能的减少量 2 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 3 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 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 同一等势面 电势高 电势低 越大 越小 判断正误 正确的划 错误的划 1 电场力做功与重力做功相似 均与路径无关 2 有电场力做功时 电荷的机械能也可能守恒 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 答案 1 2 3 4 5 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 uab 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 电势差 考纲要求 电场力 做功 电荷量 a b 无关 无关 匀强电场中电势差与电场强度的关系 考纲要求 电场线 1 静电感应 静电平衡 把金属导体放在外电场中 导体内的自由电子受电场力作用而 使导体的两面出现等量的 电荷 这种现象叫静电感应 当导体内自由电子的定向移动 时 导体处于静电平衡状态 2 静电屏蔽 金属壳或金属网罩所包围的区域 不受 电场的影响 这种现象叫做静电屏蔽 静电现象的解释 考纲要求 发生迁移 异种 停止 外部 判断正误 正确的划 错误的划 1 a b两点的电势差等于将正电荷从a点移到b点时静电力所做的功 2 电势差是一个标量 但是有正值和负值之分 3 由于静电力做功跟移动电荷的路径无关 所以电势差也跟移动电荷的路径无关 只跟这两点的位置有关 4 a b两点的电势差是恒定的 所以uab uba 答案 1 2 3 4 1 多选 如图6 2 1所示 a b为某电场线上的两点 那么以下结论正确的是 基础自测 a 把正电荷从a移到b 电场力做正功 电荷的电势能减小b 把负电荷从a移到b 电场力做负功 电荷的电势能增加c 把负电荷从a移到b 电场力做正功 电荷的电势能增加d 不论正电荷还是负电荷 从a到b电势能都逐渐降低 图6 2 1 解析若正电荷从a移到b 由于电场力方向和位移方向同向 电场力做正功 电荷的电势能减小 a对 若把负电荷从a移到b 电场力做负功 电荷的电势能增加 b对 c d错 答案ab 答案bc 3 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 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 4 单选 将悬挂在细线上的带正电的小球a放在不带电的金属空心球c内 不和球壁接触 另有一个悬挂在细线上的带负电的小球b向c靠近 如图6 2 2所示 下列说法正确的是 图6 2 2 a a往左偏离竖直方向 b往右偏离竖直方向b a的位置不变 b往右偏离竖直方向c a往左偏离竖直方向 b的位置不变d a和b的位置都不变 解析带正电的小球a放在不带电的空心球c内 通过静电感应 空心球外壳带正电 内壁带负电 因此 金属空心球c和带电小球b带异种电荷 所以b受c球的吸引往右偏离竖直方向 而由于空心球c能屏蔽小球b所产生的外部电场 使小球a不受外电场的作用 所以a的位置不变 b对 答案b 图6 2 3 答案b 热点一根据粒子的运动轨迹 电场线 等势面 进行相关问题的判定 2 电势能增 减的判断方法 1 做功判断法 电场力做正功 电势能减小 电场力做负功 电势能增加 2 公式法 由ep q p 将q p的大小 正负号一起代入公式 ep的正值越大电势能越大 ep的负值越小 电势能越大 3 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 动能增加 电势能减小 反之 电势能增加 4 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 典例1 2013 宁夏银川第四次考试 如图6 2 4所示 虚线a b c代表电场中三个等势面 相邻等势面之间的电势差相同 实线为一带正电的质点仅在电场力作用下通过该区域的运动轨迹 p q是这条轨迹上的两点 由此可知 a 三个等势面中 c等势面电势最高b 带电质点通过p点时电势能较大c 带电质点通过q点时动能较大d 带电质点通过p点时加速度较大 图6 2 4 审题指导 解析等差等势面越密集 该区域场强越大 故ep eq 带电质点通过p点时加速度较大 d正确 假设质点由p运动到q 根据 运动轨迹的切线方向为速度方向 电场线与等势面垂直 正电荷所受的电场力与电场强度同向 做曲线运动的质点 其所受的合外力指向运动轨迹的凹侧 从而确定质点经过p时的速度和电场力方向 如图所示 根据正电荷所受电场力的方向可知 电场线由等势面a指向等势面c 故 a b c a错误 电场力与瞬时速度成锐角 故由p运动到q电场力对质点做正功 质点的电势能减小 动能增加 b c正确 假设质点由q运动到p 能得到同样的结论 答案bcd 反思总结这类问题一般综合性较强 运用 牛顿运动定律 功和能 的知识分析 1 运动与力两线法 画出 速度线 运动轨迹在初始位置的切线 与 力线 在初始位置电场线的切线方向 指向轨迹的凹侧 从二者的夹角情况来分析电荷做曲线运动的情况 2 三不知时要假设 电荷的正负 场强的方向或等势面电势的高低 电荷运动的方向 是题目中相互制约的三个方面 若已知其中的任一个 可顺次向下分析判定各待求量 若三个都不知 三不知 则要用 假设法 分别讨论各种情况 有时各种情景的讨论结果是归一的 跟踪短训 1 2013 重庆卷 3 如图6 2 5所示 高速运动的 粒子被位于o点的重原子核散射 实线表示 粒子运动的轨迹 m n和q为轨迹上的三点 n点离核最近 q点比m点离核更远 则 图6 2 5 a 粒子在m点的速率比在q点的大b 三点中 粒子在n点的电势能最大c 在重核产生的电场中 m点的电势比q点的低d 粒子从m点运动到q点 电场力对它做的总功为负功 解析利用动能定理可判断 粒子的速率大小 由电势的高低可判断电势能的大小 重原子核带正电 离核越近 电势越高 选项c错误 同一正电荷在电势越高的地方 其电势能越大 选项b正确 带正电的 粒子在从m点到q点的过程中 电场力做的总功为正功 据动能定理知 其速率增大 选项a d错误 答案b 2 如图6 2 6所示 在两等量异种点电荷连线上有d e f三点 且de ef k m l分别为过d e f三点的等势面 一不计重力的带负电粒子 从a点射入电场 运动轨迹如图中实线所示 以 wab 表示该粒子从a点到b点电场力做功的数值 以 wbc 表示该粒子从b点到c点电场力做功的数值 则 a wab wbc b wab wbc c 粒子由a点到b点 动能减少d a点的电势较b点的电势低 图6 2 6 解析由等量异种点电荷的电场线特点可知靠近电荷处电场强度大 类比公式u ed知 uab ubc 而w qu 所以 wab wbc 则a b均错误 从带负电粒子的运动轨迹可知该粒子从a点到c点受到大体向左的作用力 故左侧为正电荷 从左向右电势降低 则d错误 粒子由a点到b点 电场力做负功 电势能增加 动能减少 则c正确 答案c 3 真空中某处 在x轴上关于o点对称的a b两点有着等量异种点电荷 q和 q 两点电荷形成的电场中分布着c d e三点 如图6 2 7所示 其中oc od be bd 则下列判断正确的是 图6 2 7 a 比较电场强度的大小有ec dc 将同一正点电荷从o点移到d点电场力所做的功大于从o点移到e点电场力所做的功d 将同一正点电荷从o点移到d点电场力所做的功小于从o点移到e点电场力所做的功 解析a b两点为等量异种点电荷 其电场线 等势面如图所示 由图可知 c点电场线较d点更稀疏 所以有ec d 故选b 由等势面分布知 o d两点间电势差uod小于o e两点间电势差uoe 将同一正点电荷从o点移动至d点电场力做功为wod quod 从o点移动至e点电场力做功为woe quoe 比较可知wod woe 故不选c 选d 答案abd 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 热点二电场力做功与电场中的功能关系 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 典例2 2013 天津卷 6 两个带等量正电的点电荷 固定在图6 2 8中p q两点 mn为pq连线的中垂线 交pq于o点 a为mn上的一点 一带负电的试探电荷q 从a点由静止释放 只在静电力作用下运动 取无限远处的电势为零 则 a q由a向o的运动是匀加速直线运动b q由a向o运动的过程电势能逐渐减小c q运动到o点时的动能最大d q运动到o点时的电势能为零 图6 2 8 解析根据等量同种电荷形成的电场的特点 力与运动的关系 功能关系解决问题 等量同种电荷的电场线如图所示 负试探电荷q在a点由静止释放 在电场力的作用下从a向o做变加速直线运动 且电场力做正功 电势能减小 a错误 b正确 负试探电荷q通过o点后在电场力的作用下向下做变减速运动 因此q运动到o点时的速度最大 动能最大 选项c正确 因无限远处的电势为零 则o点的电势 0 所以q在o点的电势能不为零 选项d错误 答案bc 反思总结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一定守恒 但机械能与电势能的总和可以守恒 答案bd 5 在光滑的绝缘水平面上 有一个正方形abcd 顶点a c处分别固定一个正点电荷 电荷量相等 如图6 2 9所示 若将一个带负电的粒子置于b点 自由释放 粒子将沿着对角线bd往复运动 粒子从b点运动到d点的过程中 a 先做匀加速运动 后做匀减速运动b 先从高电势到低电势 后从低电势到高电势c 电势能与机械能之和先增大 后减小d 电势能先减小 后增大 图6 2 9 解析a c两点放等量正点电荷后的电场 如图所示 电场是非匀强电场 负电荷在其中受的电场力是变力 由牛顿第二定律知加速度也是变化的 故不选a 由于只有电场力做功 所以只有电势能与动能的相互转化 其总和不变 故不选c 在bd连线上的负电荷受力方向如图所示 由b到o时 电场力做正功 电势能减小 由o到d时 电场力做负功 电势能增大 故选d 答案d 1 匀强电场中场强与电势差的关系在匀强电场中 沿场强方向的两点间的电势差等于场强与这两点的距离的乘积 用公式u ed表示 场强在数值上等于沿场强方向每单位距离上的电势差 电势降落最快的方向为电场强度的方向 图6 2 10图6 2 11结论2匀强电场中若两线段ab cd 且ab cd 则uab ucd 或 a b c d 如图6 2 11所示 答案a 答案c 附 对应高考题组1 2012 山东理综 19 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 答案cd 2 2012 天津理综 5 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解析带负电的粒子以速度v进入电场后 电场力的方向与v的方向不在一条直线上 故带负电的粒子做曲线运动 选项a b错误 带负电的粒子先由低电势面运动到高电