高考物理 62 电场能的性质描述课件 新人教版.ppt

第2讲电场能的性质描述 1 电场力做功 1 特点 电场力做功和路径无关 只与有关 2 计算方法 w qed 只适用于 其中d为沿方向的位移 wab 适用于任何形式的电场 初 末位置 匀强电场 电场线 quab 2 电势能 1 定义 电荷在电场中某点的电势能 等于静电力把它从该点移动到位置时所做的功 2 静电力做功与电势能变化的关系静电力做的功等于电势能的 wab epa epb 3 电势能的相对性 电势能是相对的 通常把电荷在离场源电荷的电势能规定为零 或把电荷在表面的电势能规定为零 零势能 减少量 无穷远处 地球 针对训练 1 2013届青岛二中检测 如图6 2 1所示 已知菱形abcd处于一静电场中 ac与bd相交于o 若一个电子从a点运动到b点动能减小10ev 将电子从b点移动到c点 电场力做功也是10ev 则由此可推断此空间存在的静电场可能是 a 匀强电场 方向垂直于ac由o指向bb 匀强电场 方向垂直于ac由b指向oc 位于o点的负点电荷形成的电场d 位于d点的负点电荷形成的电场 解析 电子从a点运动到b点动能减小10ev 则电势能增大10ev 由于电子带负电 故电势降低10v 将电子从b点移动到c点 电场力做正功则电势能减小10ev 故电势升高10v 由此推得a c两点电势相等且比b点电势高10v 如果是匀强电场 则电场方向一定垂直ac 由电势高的o点指向电势低的b点 故选项a正确 b错误 如果是负点电荷产生的电场 则电势外高内低 由图可知负点电荷位于o点和d点都是b点电势高于a c点的电势 故选项c d错误 答案 a 1 电势 1 定义式 2 矢标性 电势是量 其大小有正负之分 其正 负 表示该点电势比高 或低 3 相对性 电势具有 同一点的电势因选取的不同而不同 2 等势面的特点 1 等势面一定与电场线 即跟场强的方向 2 在上移动电荷时电场力不做功 3 电场线总是从的等势面指向的等势面 4 等差等势面越密的地方电场强度 反之 标 电势零点 相对性 电势 零点 垂直 垂直 等势面 电势高 电势低 越大 越小 针对训练 2 2013届安庆一中检测 一个匀强电场的电场线分布如图6 2 2甲所示 把一个空心导体引入到该匀强电场后的电场线分布如图6 2 2乙所示 在电场中有a b c d四个点 b c两点在空心导体的表面上 下面说法正确的是 a a bb b cc ea edd ea ed 解析 沿电场线方向电势逐渐降低 a b 选项a错误 空心导体是等势体 表面是等势面 b c 选项b正确 电场线疏密表示电场强度大小 ea ed 选项c错误 d正确 答案 b 1 定义式 uab 2 电势差与电势的关系 uab 3 影响因素电势差uab由决定 与移动的电荷q及电场力做的功wab 与零势点的选取 4 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 其中d为电场中两点间的距离 2 电场强度的方向和大小 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 a b 电场本身的性质 无关 无关 u ed 沿电场线方向 电势 降低 电场 针对训练 3 一个带正电的质点 电荷量q 2 0 10 9c 在静电场中由a点移到b点 在这个过程中 除电场力外 其他力做的功为6 0 10 5j 质点的动能增加了8 0 10 5j 则a b两点间的电势差uab为 a 3 104vb 1 104vc 4 104vd 7 104v 答案 b 1 电势高低的判断 2 电势能大小的判断 2012 重庆高考 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6 2 3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 图6 2 3 审题视点 1 注意题中所给图是等势面分布图 非电场线分布图 2 a b同一等势面 c d不在同一等势面上 应找出电场线方向再判断c d电势高低 3 确定电场线方向 就可比较电荷移动时电势能变化 解析 由题中所给的等势面分布图是对称的及电场线与等势面垂直可得 p q两点应为等量的异种电荷 a错 a b两点的电场强度大小相等 但方向不同 故b错 因p处为正电荷 因此c点的电势高于d点的电势 c错 因p处为正电荷 故q处为负电荷 负电荷从靠负电荷q较近的a点移到靠正电荷p较近的c点时 电场力做正功 电势能减小 d对 答案 d 即学即用 1 2012 山东高考 图6 2 4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点的动能变化小于由b点到c点的动能变化 图6 2 4 答案 c 图6 2 5 图6 2 6 图6 2 7 答案 a 答案 c 此类问题的解题方法可归纳为以下几点1 运动粒子的曲线轨迹必定向电场力方向弯曲 即电场力方向指向曲线的内侧 且运动轨迹必定在v和f之间 先画出入射点的轨迹切线 即画出初速度的方向 再根据轨迹的弯曲方向 确定电场力方向 2 电场线和等势面垂直 电场线又从高电势指向低电势 3 先根据电场线的方向以及疏密情况 确定场强及电性情况 定性判断电场力 或加速度 的大小和方向 再根据电场力方向与速度方向的关系来判断速度的变化情况以及运动性质 4 根据电场力方向与速度方向的关系来判断电场力做功情况及判断电势能的变化情况 另外可以通过能量的转化和守恒确定电势能及动能的变化情况 2013届辽宁省实验中学检测 如图6 2 10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 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 即学即用 3 2013届大连一中检测 如图6 2 11所示 实线为一匀强电场的电场线 两个带电粒子q1 q2分别从a c两点以垂直于电场线的初速度射入电场 仅受电场力作用 运动轨迹分别如图中的abc cda所示 已知q1是带正电的粒子 则下列说法中正确的是 a q2可能也带正电b a点的电势一定低于c点的电势c 电场力对q1做正功 对q2做负功d q1 q2的电势能均减少 解析 由图中带电粒子q1的运动轨迹可知带电粒子q1受水平向右电场力 则电场方向水平向右 a点的电势一定高于c点的电势 q2受水平向左的电场力 为负电荷 则a b错误 两粒子的电场力都做正功 电势能均减少 则c错误 d正确 答案 d 1 电场力做功的计算方法 1 由公式w flcos 计算 此公式只适用于匀强电场 可变形为w qed d lcos 式中d为电荷初 末位置在电场方向上的位移 2 由公式w qu计算时有两种方法 三个量都取绝对值 先计算出功的数值 然后再根据电场力的方向与电荷移动位移方向间的夹角确定是电场力做功 还是克服电场力做功 代入符号 将公式写成wab quab 特别是在比较a b两点电势高低时更为方便 先计算uab wab q 若uab 0 即 a b 0 则 a b 若uab 0 即 a b 0 则 a b 3 由动能定理计算 w电场力 w其他力 ek 4 由电势能变化计算 w ep 2 带电粒子在电场中做曲线运动时正负功的判断 1 粒子速度方向一定沿轨迹的切线方向 粒子合力方向一定沿电场线指向轨迹弯曲的凹侧 2 电场力与速度方向间夹角小于90 电场力做正功 夹角大于90 电场力做负功 3 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 2013届青岛二中检测 如图6 2 12所示 有三根长度皆为l 1 00m的不可伸长的绝缘轻线 其中两根的一端固定在天花板上的o点 另一端分别挂有质量皆为m 1 00 10 2kg的带电小球a和b 它们的电荷量分别为 q和 q q 1 00 10 7c a b之间用第三根线连接起来 空间中存在大小为e 1 00 106n c的匀强电场 场强方向水平向右 平衡时a b两球的位置如图甲所示 现将o b之间的线烧断 由于有空气阻力 a b两球最后会到达新的平衡位置 则最后两球的机械能与电势能的总和与烧断前相比改变了多少 不计两带电小球间相互作用的静电力 潜点探究 1 ob线烧断前处于平衡状态 烧断后最终也处于平衡状态 要从受力分析角度判断最后平衡状态下 a b球的位置 2 由a b球的始末位置 可计算出机械能的变化 3 由a b球在电场中的始末位置可计算出其电势能的变化 4 只要ab相对距离不变 二者之间的库仑力引起的相对势能不变 规范解答 将o b之间的线烧断后 由于有空气阻力 a b两球最后会达到新的平衡位置 处于静止状态 对于a b整体 其受力情况如图a所示 重力2mg 竖直向下 两个电场力qe 一个水平向左 一个水平向右 相互平衡 所以线oa的拉力应竖直向上 即oa呈现竖直状态 对于b球 其受力情况如图b所示 重力mg 竖直向下 电场力qe 水平向右 设线ba的拉力t2与竖直方向成 角 由平衡条件得 t2sin qet2cos mg解得 45 由此可知 a b两球重新达到平衡的位置如图b所示 与原来位置相比 a球的重力势能减少了 epa mgl 1 sin60 b球的重力势能减少了 epb mgl 1 sin60 cos45 a球的电势能增加了 ea qelcos60 b球的电势能减少了 eb qel sin45 sin30 两种势能的总和减少了e eb ea epa epb 6 8 10 2j 答案 减少了6 8 10 2j 即学即用 4 2013届山东省实验中学检测 如图6 2 13所示 a b是位于竖直平面内 半径r 0 5m的圆弧形的光滑绝缘轨道 其下端点b与水平绝缘轨道平滑连接 整个轨道处在水平向左的匀强电场中 电场强度e 5 103n c 今有一质量m 0 1kg 带电荷量q 8 10 5c的小滑块 可视为质点 从a点由静止释放 若已知滑块与水平轨道间的动摩擦因数 0 05 取g 10m s2 求 1 小滑块第一次经过圆弧形轨道最低点b时对b点的压力 2 小滑块在水平轨道上通过的总路程 答案 1 2 2n 2 6m 场强 电势 电势能的大小比较1 2012 福建高考 如图6 2 14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电场力做的功相等 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 答案 c 匀强电场中电势差与场强的关系2 2010 安徽高考 如图6 2 15所示 在xoy平面内有一个以o为圆心 半径r 0 1m的圆 p为圆周上的一点 o p两点连线与x轴正方向的夹角为 若空间存在沿y轴负方向的匀强电场 场强大小e 100v m 则o p两点的电势差可表示为 a uop 10sin v b uop 10sin v c uop 10cos v d uop 10cos v 解析 根据 沿电场线方向 电势降低 可知 o p uop 0 根据匀强电场中电势差和场强的关系u ed可知 uop ersin 10sin v 选项a正确 答案 a 等量异种点电荷电场 电势分布特点3 2011 山东高考 如图6 2 16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和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 a b点场强大于d点场强b b点场强等于d点场强c a b两点间的电势差等于b c两点间的电势差d 试探电荷 q在a点的电势能小于在c点的电势能 解析 如图所示 两电荷连线的中点位置用o表示 在中垂线mn上 o点场强最大 在两电荷之间连线上 o点场强最小 即eb eo eo ed 故eb ed a b错误 等量异种电荷的电场中 电场线 等势线均具有对称性 a c两点关于mn对称 uab ubc c正确 试探电荷 q从a移到c 远离正电荷 靠近负电荷 电场力做正功