2020届高考物理总复习第7章静电场第2课时电场能的性质课件教科版.pptx

第2课时电场能的性质 基础回顾 核心探究 演练提升 基础回顾自主梳理 融会贯通 知识梳理 一 电场力做功与电势能1 电场力做功 1 特点 电场力做功与重力做功相似 均与无关 只与有关 2 计算方法 W qEd 只适用于 其中d为沿的距离 WAB qUAB 适用于 路径 初末位置 匀强电场 电场方向 任何电场 2 电势能 1 定义 电荷在电场中具有的势能 数值上等于将电荷从该点移到位置时电场力所做的功 2 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 3 电势能的相对性 电势能是的 通常把电荷离场源电荷处的电势能规定为零 或把电荷在表面的电势能规定为零 二 电势与等势面1 电势 1 定义与定义式 检验电荷在电场中某点具有的与它的的比值 即 零势能 电势能的减小量 相对 无穷远 大地 电势能 电荷量 2 矢标性 电势是 有正负之分 其正 负 表示该点电势比高 低 3 相对性 电势具有 同一点的电势因选取零电势点的不同而不同 4 电场中电场强度为零的位置电势为零 电场强度相同的区域电势相同 2 等势面 1 定义 电场中的各点构成的曲面 2 特点 等势面一定与电场线 在移动电荷时电场力不做功 电场线总是从的等势面指向的等势面 等差等势面越密的地方越大 反之越小 标量 零电势 相对性 不一定 不一定 电势值相等 垂直 同一等势面上 电势高 电势低 电场强度 三 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 2 定义式 UAB 3 电势差与电势的关系 UAB UAB UBA 4 电势差是标量 但有正 负之分 正负表示两点电势的高低 如UAB为正 负 表示A点电势高于 低于 B点电势 5 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 电场力做的功 电荷量 无关 无关 2 匀强电场中电势差与电场强度的关系 1 电势差与电场强度的关系式 E 其中d为电场中两点间的距离 2 公式只适用于 3 电场强度的方向是电势降低最快的方向 沿电场方向 匀强电场 自主检测 1 思考判断 1 电场强度处处为零的区域内 电势一定也处处为零 2 电场强度处处相同的区域内 电势一定也处处相同 3 电场强度的方向总是跟等势面垂直 4 电势降低的方向就是电场强度的方向 5 A B两点间的电势差等于将正电荷从A移到B时电场力所做的功 答案 1 2 3 4 5 2 多选 某静电除尘器工作时内部电场线分布的俯视图如图 带负电的粉尘被吸附时由b点运动到a点 以下说法正确的是 A a点电场强度小于b点的电场强度B a点电场强度大于b点的电场强度C 电场力对粉尘做正功D 粉尘的电势能增大 AC 解析 电场线的疏密表示电场强度大小 选项A正确 B错误 带负电的粉尘受到的电场力方向与电场方向相反 电场力对粉尘做正功 粉尘的电势能减少 选项C正确 D错误 3 2017 云南昆明质检 一个带正电的质点 电荷量为q 2 0 10 9C 在静电场中由a点移到b点 在这个过程中 除电场力做功外 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 B C 核心探究分类探究 各个击破 考点一电势 电势能 等势面 1 电势高低的四种判断方法 1 据电场线的方向判断 电场线由高电势面指向低电势面 或者说沿电场线方向电势逐渐降低 3 据电场力做功来判断 电场力对正电荷做正功 电荷由高电势处移向低电势处 正电荷克服电场力做功 电荷由低电势处移向高电势处 对于负电荷 情况恰好相反 4 根据电势能判断 正电荷在电势高处电势能较大 负电荷在电势低处电势能较大 2 电势能高低的四种判断方法 1 做功判断法 电场力做正功 电势能减小 电场力做负功 电势能增大 2 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 4 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 动能增大时 电势能减小 反之电势能增大 典例1 2017 山西太原二模 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为电场中的四个点 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 核心点拨 1 由等势面的对称性可知 一定是等量的异种电荷产生的电场 2 电场强度是矢量 比较是否相同 不仅要看大小 还要看方向 3 根据电势高低 由W qU判断电场力做功 电势能变化 D 针对训练 2017 石家庄二中一模 如图所示 真空中等量同种正点电荷放置在M N两点 在M N的连线上有对称点a c M N连线的中垂线上有对称点b d 则下列说法正确的是 A 正电荷 q在c点电势能大于在a点电势能B 正电荷 q在c点电势能小于在a点电势能C 在M N连线的中垂线上 O点电势最高D 负电荷 q从d点静止释放 在它从d点运动到b点的过程中 加速度先减小再增大 C 解析 由等量同种正点电荷电场分布特点可知a c两点电势相等 正电荷 q在a c两点的电势能相等 选项A B错误 M N连线的中垂线上由无穷远到O点电场强度先变大再变小 中间某一位置电场强度最大 负电荷从无穷远到O点做加速度先增大再减小的加速运动 在O点时速度最大 动能最大 电势能最小 过O点后做加速度先增大再减小的减速运动 动能减小 电势能增加 所以负电荷在M N连线中垂线上的O点电势能最小 则O点电势最高 选项C正确 由于不知b d在M N连线中垂线上的具体位置 负电荷从d到b运动过程中加速度可能先减小再增大 也可能先增大再减小 再增大再减小 选项D错误 考点二带电粒子的运动轨迹问题 带电粒子在电场中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 速度方向与电场力的方向 确定电场力做功的正负 从而确定电势能 电势和电势差的变化等 3 根据动能定理 能量守恒定律或功能关系判断动能的变化 典例2 2017 辽宁大连一模 多选 如图所示 虚线a b c表示电场中的三个等势面 相邻等势面间的电势差相等 实线为一个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是轨迹上的两点 下列说法中正确的是 A 三个等势面中 等势面a的电势最高B 带电质点通过P点时的电势能比通过Q点时的小C 带电质点通过P点时的动能比通过Q点时的小D 带电质点通过P点时的加速度比通过Q点时的大 CD 核心点拨 解析 电荷所受电场力指向轨迹内侧 由于质点带正电 因此电场线指向右下方 沿电场线电势降低 故c等势面的电势最高 a等势面的电势最低 选项A错误 从P到Q过程中电场力做正功 电势能降低 动能增大 故P点的动能小于Q点的动能 选项C正确 B错误 等势线密的地方电场线密 电场电场强度大 则P点电场强度大于Q点电场强度 则P点的加速度大 选项D正确 多维训练 1 电场线与运动轨迹 2018 广州六校联考 多选 如图所示 实线是一个电场中的电场线 虚线是一带电粒子在此电场中运动的轨迹 若带电粒子只在电场力作用下从a处运动到b处 以下说法正确的是 A 带电粒子在a处的加速度较大B 带电粒子在a处的加速度较小C 带电粒子在a处的电势能较大D 带电粒子在a处的电势能较小 AD 2 仅由运动轨迹分析受力和能量变化 2016 全国 卷 20 多选 如图 一带负电荷的油滴在匀强电场中运动 其轨迹在竖直面 纸面 内 且相对于过轨迹最低点P的竖直线对称 忽略空气阻力 由此可知 A Q点的电势比P点高B 油滴在Q点的动能比它在P点的大C 油滴在Q点的电势能比它在P点的大D 油滴在Q点的加速度大小比它在P点的小 AB 考点三E 结合几何关系的拓展应用 1 匀强电场中电势差与电场强度的关系 1 U Ed 其中d为电场强度方向上的有效长度 若UAB Ed 应通过电势高低提前预判电势差的正负 2 沿电场强度的方向电势降落得最快 3 在同一直线上或相互平行的两条直线上 两线段的长度之比等于其电势差之比 3 E 在非匀强电场中的几点妙用 1 解释等差等势面的疏密与电场强度大小的关系 当电势差U一定时 电场强度E越大 则沿电场强度方向的距离d越小 即电场强度越大 等差等势面越密 2 定性判断非匀强电场电势差的大小关系 如距离相等的两点间的电势差 E越大 U越大 E越小 U越小 典例3 2017 全国 卷 21 多选 一匀强电场的方向平行于xOy平面 平面内a b c三点的位置如图所示 三点的电势分别为10V 17V 26V 下列说法正确的是 A 电场强度的大小为2 5V cmB 坐标原点处的电势为1VC 电子在a点的电势能比在b点的低7eVD 电子从b点运动到c点 电场力做功为9eV ABD 核心点拨 1 利用同一直线上 两线段的长度之比等于其电势差之比 找出ac连线上与b点电势相等的点的坐标 2 利用电场线与等势线垂直 确定电场强度的方向 由几何关系求出沿电场强度方向的距离 反思总结等分法的应用 1 在匀强电场中 沿任意一个方向 电势降落都是均匀的 故在同一直线上间距相同的两点间电势差相等 如果把某两点间的距离等分为n段 则每段两端点的电势差等于原电势差的 采用这种等分间距求电势问题的方法 叫等分法 2 若已知电场中某几点的电势 要求其他点的电势时 一般采用 等分法 在电场中找与待求点的电势相同的等势点 等分法也常用在画电场线的问题中 3 在匀强电场中 相互平行的相等线段的两端点电势差相等 可用来求解电势 B 考点四电场中的功能关系 1 电场中的功能关系 1 若只有电场力做功 则动能和电势能相互转化 动能 Ek 和电势能 Ep 的总和守恒 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 合力对物体所做的功 等于物体动能的变化 2 解决电场力做功问题时应注意以下两点 1 利用电场线的特点 等势面的特点来分析电场力做功情况 2 应用公式WAB qUAB计算时 WAB q UAB都要带正 负号计算 典例4 2017 黑龙江哈尔滨二模 如图所示 真空中的匀强电场与水平方向成15 角 AB线段垂直匀强电场E 现有一质量为m 电荷量为 q的小球在A点以初速度大小v0 方向水平向右抛出 经时间t小球下落到C点 图中未画出 时速度大小仍为v0 则小球由A点运动到C点的过程中 下列说法正确的是 A 电场力对小球做功为零B 小球的机械能减少量为mg2t2C 小球的电势能减小D C一定位于AB所在直线的右侧 D 核心点拨 带电小球由A到C的过程中 重力做正功 电场力一定做负功 才能满足总功为零 1 功能关系的定性分析 2018 山东潍坊模拟 在等势面沿竖直方向的匀强电场中 一带负电的微粒以一定初速度射入电场 并沿直线AB运动 由此可知 A 电场中A点的电势低于B点的电势B 微粒在A点时的动能大于在B点时的动能 在A点时的电势能小于在B点时的电势能C 微粒在A点时的动能小于在B点时的动能 在A点时的电势能大于在B点时的电势能D 微粒在A点时的动能与电势能之和等于在B点时的动能与电势能之和 B 多维训练 解析 一带负电的微粒以一定初速度射入电场 并沿直线AB运动 分析知其受到的电场力F只能垂直等势面水平向左 电场强度则水平向右 如图所示 所以电场中A点的电势高于B点的电势 选项A错误 微粒从A向B运动 则合外力做负功 动能减小 电场力做负功 电势能增加 选项C错误 B正确 微粒的动能 重力势能 电势能三种能量的总和保持不变 选项D错误 2 O b两点间的电势差UOb 3 小滑块运动的总路程s 演练提升真题体验 强化提升 高考模拟 1 电场强度 电势的理解 2014 全国 卷 19 多选 关于静电场的电场强度和电势 下列说法正确的是 A 电场强度的方向处处与等电势面垂直B 电场强度为零的地方 电势也为零C 随着电场强度的大小逐渐减小 电势也逐渐降低D 任一点的电场强度总是指向该点电势降落最快的地方 AD 解析 因电场线方向处处与等势面方向垂直 因此电场强度的方向处处与等势面垂直 由此可知A项正确 电场强度大小与电势的大小没有必然的关系 因此B C项错误 在电场中电场强度的方向是电势降落最快的方向 由此可知任一点的电场强度总是指向该点电势降落最快的方向 D项正确 2 等势面的理解 2016 全国 卷 15 关于静电场的等势面 下列说法正确的是 A 两个电势不同的等势面可能相交B 电场线与等势面处处相互垂直C 同一等势面上各点电场强度一定相等D 将一负的试探电荷从电势较高的等势面移至电势较低的等势面 电场力做正功 B 解析 在静电场中 两个电势不同的等势面不会相交 选项A错误 电场线与等势面一定相互垂直 选项B正确 同一等势面上的电场强度可能相等 也可能不相等 选项C错误 电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面 顺着电场线移动负试探电荷时 电场力做负功 选项D错误 3 带电粒子的运动轨迹问题 2016 全国 卷 15 如图 P是固定的点电荷 虚线是以P为圆心的两个圆 带电粒子Q在P的电场中运动 运动轨迹与两圆在同一平面内 a b c为轨迹上的三个点 若Q仅受P的电场力作用 其在a b c点的加速度大小分别为aa ab ac 速度大小分别为va vb vc 则 A aa ab ac va vc vbB aa ab ac vb vc vaC ab ac aa vb vc vaD ab ac aa va vc vb D AC 拓展增分 静电场中的三类图像1 v t图像根据v t图像的速度变化 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 示例1 2018 四川成都模拟 多选 如图 甲 所示 有一绝缘圆环 圆环上均匀分布着正电荷 圆环平面与竖直平面重合 一光滑细杆沿垂直圆环平面的轴线穿过圆环