高考物理一轮复习 第七章 静电场 2 电场能的性质课件.ppt

第2节电场能的性质 2 基础夯实 自我诊断 一 静电力做功和电势能1 静电力做功 1 特点 静电力做功与路径无关 只与电荷量和电荷移动过程始 末位置间的电势差有关 2 计算方法 w qed 只适用于匀强电场 其中d为带电体在沿电场方向上的位移 wab quab 适用于任何电场 2 电势能 1 定义 电荷在电场中具有的势能 称为电势能 2 说明 电势能具有相对性 通常取无穷远或大地为电势能零点 3 基础夯实 自我诊断 3 静电力做功与电势能的关系 1 静电力做的功等于电荷电势能的减少量 即wab epa epb 2 通过wab epa epb可知 静电力对电荷做多少正功 电荷电势能就减少多少 静电力对电荷做多少负功 电荷电势能就增加多少 3 电势能的大小 由wab epa epb可知 若令epb 0 则epa wab 即一个电荷在电场中某点具有的电势能 数值上等于将电荷从该点移到零势能位置过程中静电力所做的功 4 基础夯实 自我诊断 二 电势 等势面1 电势 1 定义 电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值 3 相对性 电势具有相对性 同一点的电势因零电势点的选取不同而不同 5 基础夯实 自我诊断 2 等势面 1 定义 电场中电势相同的各点构成的面 2 等势面的特点 等势面一定与电场线垂直 即与电场强度的方向垂直 在等势面上移动电荷时电场力不做功 电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面 等差等势面越密的地方电场强度越大 反之越小 6 基础夯实 自我诊断 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与移动的电荷的电荷量q的比值 3 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无关 与零势点的选取无关 4 电势差与电势的关系 uab a b uab uba 7 基础夯实 自我诊断 5 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 u ed 其中d为电场中两点间沿电场线方向的距离 2 电场强度的方向和大小与电势差的关系 电场中 电场强度方向指向电势降低最快的方向 在匀强电场中 电场强度在数值上等于沿电场方向每单位距离上降低的电势 1 电势和电势差与检验电荷有关吗 电场中各点的电势与零电势点的选取有关 电势差与零电势点的选取有关吗 提示电势和电势差由电场本身决定 与检验电荷无关 电势差与零电势点的选取无关 2 电势降低的方向一定是沿电场线方向吗 提示不一定沿着电场线的方向 8 基础夯实 自我诊断 1 多选 对电势差的理解 关于电势差的计算公式 下列说法正确的是 a 电势差的公式uab 说明两点间的电势差uab与电场力做功wab成正比 与移动电荷的电荷量q成反比b 把正电荷从a点移到b点电场力做正功 则有uab 0c 电势差的公式uab 中 uab与移动电荷的电荷量q无关d 电场中a b两点间的电势差uab等于把正电荷q从a点移动到b点时电场力所做的功 答案 解析 9 基础夯实 自我诊断 2 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方向 答案 解析 10 基础夯实 自我诊断 3 如图所示 在e 500v m的匀强电场中 a b两点相距d 2cm 它们的连线跟电场强度方向的夹角是60 则uab等于 a 5vb 10vc 5vd 10v 答案 解析 11 基础夯实 自我诊断 4 多选 光滑绝缘水平面上有两个带等量异种电荷的小球a b 小球a通过绝缘轻弹簧与竖直墙相连 如图所示 小球b在外力f作用下缓慢向右移动 移动中两小球电荷量不变 则对两小球和弹簧组成的系统的分析正确的是 a 外力f对系统做正功 弹性势能增加b 外力f对系统做正功 弹性势能减少c 静电力做正功 电势能减少d 静电力做负功 两球间电势差增大 答案 解析 12 考点一 考点二 考点三 考点四 考点一电势高低与电势能大小的判断 师生共研 1 电势高低的判断 13 考点一 考点二 考点三 考点四 2 电势能大小的判断 14 考点一 考点二 考点三 考点四 例1 多选 某导体置于电场后 周围的电场分布情况如图所示 图中虚线表示电场线 实线表示等势面 a b c为电场中的三个点 下列说法正确的是 a a点的电场强度小于b点的电场强度b a点的电势高于b点的电势c 将负电荷从a点移到b点 电场力做正功d 将正电荷从a点移到c点 电场力做功为零 答案 解析 15 考点一 考点二 考点三 考点四 思维点拨 1 如何判断a b两点电势高低 2 如何判断电子在a b两点电势能的大小 提示 1 沿电场线电势降低 2 负电荷在电势越高的地方电势能越小 16 考点一 考点二 考点三 考点四 例2 多选 如图所示 两电荷量分别为q q 0 和 q的点电荷对称地放置在x轴上原点o的两侧 a点位于x轴上o点与点电荷q之间 b点位于y轴o点上方 取无穷远处的电势为零 下列说法正确的是 a b点电势为零 电场强度也为零b 正的试探电荷在a点的电势能大于零 所受电场力方向向右c 将正的试探电荷从o点移到a点 必须克服电场力做功d 将同一正的试探电荷先后从o b两点移到a点 后者电势能的变化较大 答案 解析 17 考点一 考点二 考点三 考点四 规律总结电场中各点的电势与试探电荷无关 电荷在电场中某点的电势能与试探电荷有关 在电场中移动电荷 电场力做功和电势能的变化都与电荷有关 18 考点一 考点二 考点三 考点四 突破训练1 多选 如图所示 在x轴上相距为l的两点固定两个等量异种点电荷 q q 虚线是以 q所在点为圆心 为半径的圆 a b c d是圆上的四个点 其中a c两点在x轴上 b d两点关于x轴对称 下列判断正确的是 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的电势能减少 答案 解析 19 考点一 考点二 考点三 考点四 2 如图所示 一圆环上均匀分布着正电荷 x轴垂直于环面且过圆心o 下列关于x轴上的电场强度和电势的说法正确的是 a o点的电场强度为零 电势最低b o点的电场强度为零 电势最高c 从o点沿x轴正方向 电场强度减少 电势升高d 从o点沿x轴正方向 电场强度增加 电势降低 答案 解析 20 考点一 考点二 考点三 考点四 考点二公式u ed的拓展应用 师生共研 1 在匀强电场中u ed 即在沿电场线方向上 u d 推论如下 2 如图乙所示 ab cd 且ab cd 则uab ucd 21 考点一 考点二 考点三 考点四 2 e 在非匀强电场中的三点妙用 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 22 考点一 考点二 考点三 考点四 例3如图所示 匀强电场中有a b c三点 在以它们为顶点的三角形中 a 30 c 90 电场方向与三角形所在平面平行 已知a b和c点的电势分别为 2 v 2 v和2v 该三角形的外接圆上最低 最高电势分别为 答案 解析 23 考点一 考点二 考点三 考点四 思维点拨 1 电场线与等势线垂直 2 线段ab的中点电势为2v 与c等势 3 画出三角形的外接圆 确定电势最高和电势最低的点 24 考点一 考点二 考点三 考点四 例4 多选 某电场中等势面的分布如图所示 图中虚线表示等势面 过a b两点的等势面电势分别为40v和10v c点是a b连线的中点 则a b两点的电场强度ea eb及c处的电势 c应满足 a ea ebb c大于25vc c小于25vd ea eb 答案 解析 25 考点一 考点二 考点三 考点四 规律总结匀强电场中求解电势 电场强度 的两点技巧 1 在匀强电场中 电势沿直线均匀变化 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 26 考点一 考点二 考点三 考点四 突破训练3 多选 如图所示 a b c d e f为匀强电场中一个边长为10cm的正六边形的六个顶点 a b c三点电势分别为1v 2v 3v 正六边形所在平面与电场线平行 下列说法正确的是 a 通过cd和af的直线应为电场中的两条等势线b 匀强电场的电场强度大小为10v mc 匀强电场的电场强度方向为由c指向ad 将一个电子由e点移到d点 电子的电势能将减少1 6 10 19j 答案 解析 27 考点一 考点二 考点三 考点四 考点三电场线 等势面及运动轨迹问题 师生共研 1 几种常见的典型电场的等势面比较 28 考点一 考点二 考点三 考点四 29 考点一 考点二 考点三 考点四 2 在电场中带电粒子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定律判断动能的变化情况 30 考点一 考点二 考点三 考点四 例5 多选 2016 山东青岛质检 两个固定的等量异种点电荷所形成电场的等势面如图中虚线所示 一带电粒子以某一速度从图中a点进入电场 其运动轨迹为图中实线所示 若粒子只受静电力作用 则下列关于带电粒子的判断正确的是 a 带正电b 速度先变大后变小c 电势能先变大后变小d 经过b点和d点时的速度大小相同 答案 解析 31 考点一 考点二 考点三 考点四 规律总结带电粒子运动轨迹类问题的解题技巧 1 判断速度方向 带电粒子运动轨迹上某点的切线方向为该点处的速度方向 2 判断电场力 或电场强度 的方向 仅受电场力作用时 带电粒子所受电场力方向指向轨迹曲线的凹侧 再根据粒子的正负判断电场强度的方向 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 32 考点一 考点二 考点三 考点四 突破训练4 多选 如图所示 一带电粒子在两个固定的等量正电荷的电场中运动 图中的实线为等势面 虚线abc为粒子的运动轨迹 其中b点是两点电荷连线的中点 a c位于同一等势面上 下列说法正确的是 a 该粒子可能带正电b 该粒子经过b点时的速度最大c 该粒子经过b点时的加速度一定为零d 该粒子在b点的电势能小于在a点的电势能 答案 解析 33 考点一 考点二 考点三 考点四 考点四电场中的功能关系 师生共研 想一想利用w qu计算电场力做功时 正负号如何处理 提示 利用w qu计算电场力做功时 可将q u的正负号一起代入 计算出的w也有正负之分 能表示电场力做正 负功 也可以只代q u的绝对值 然后根据电场力的方向和电荷移动方向判断功的正负 34 考点一 考点二 考点三 考点四 知识整合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 特别提醒电荷沿等势面移动电场力不做功 35 考点一 考点二 考点三 考点四 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 36 考点一 考点二 考点三 考点四 例6如图所示 一带电小球沿与cd平行方向 射入倾角为 的光滑斜面上 斜面所在区域存在和ad平行的匀强电场 小球运动轨迹如图中虚线所示 则 a 若小球带正电荷 则电场方向一定沿斜面向下b 小球从m点运动到n点电势能一定增加c 小球从m点运动到n点动能一定增加d 小球从m点运动到n点机械能一定增加 答案 解析 37 考点一 考点二 考点三 考点四 例7如图所示 虚线pq mn间存在如图所示的水平匀强电场 一带电粒子质量为m 2 0 10 11kg 电荷量为q 1 0 10 5c 从a点由静止开始经电压为u 100v的电场加速后 垂直于匀强电场方向进入匀强电场中 从虚线mn上的某点b 图中未画出 离开匀强电场时速度与电场方向成30 角 已知pq mn间距离为20cm 带电粒子的重力忽略不计 求 1 带电粒子刚进入匀强电场时的速度v1 2 匀强电场的电场强度大小 3 a b两点间的电势差 答案 解析 38 考点一 考点二 考点三 考点四 规律总结处理电场中能量问题的四点注意 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 39 考点一 考点二 考点三 考点四 突破训练5 多选 如图所示 半圆槽光滑 绝缘 固定 圆心是o 最低点是p 直径mn水平 a b是两个完全相同的带正电小球 视为点电荷 b固定在m点 a从n点静止释放 沿半圆槽运动经过p点到达某点q 图中未画出 时速度为零 则小球a a 从n到q的过程中 重力与库仑力的合力先增大后减小b 从n到p的过程中 速率先增大后减小c 从n到q的过程中 电势能一直增加d 从p到q的过程中 动能减少量小于电势能增加量 答案 解析 40 思维激活 方法概述 典例示范 以题说法 类题过关 静电场中的图象问题在电势能ep与位移x的图象中 与x轴的交点和图象斜率分别表示什么 提示 与x轴的交点是电势为零的点 图象斜率反映静电力的大小 也间接反映了电场强度e的大小 41 思维激活 方法概述 典例示范 以题说法 类题过关 1 图象类型 1 v t图象 2 x图象 3 e t图象 4 ep x图象 2 求解方法 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 42 思维激活 方法概述 典例示范 以题说法 类题过关 3 e t图象 根据题中给出的e t图象 确定e的方向 再画出对应电场线的方向 根据e的大小变化 确定电场的强弱分布 4 ep x图象 ep x图象提供了势能随距离x的变化信息 图象斜率的绝对值表示电场力 求解时充分利用功能关系 43 思维激活 方法概述 典例示范 以题说法 类题过关 例1 多选 静电场在x轴上的电场强度e随x的变化关系如图所示 x轴正向为电场强度正方向 带正电的点电荷沿x轴运动 则点电荷 a 在x2和x4处电势能相等b 由x1运动到x3的过程中电