高考物理复习 第6章 第3课时 电场能的性质训练题（含解析） 新人教版.doc

第3课时电场能的性质考纲解读1.掌握电势、电势能、电势差的概念，理解电场力做功的特点；会判断电场中电势的高低、电势能的变化.2.会计算电场力做功及分析电场中的功能关系1对电场力做功与电势能变化关系的理解如图1所示，a、b为某电场线上的两点，那么以下结论正确的是()图1a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电势能都逐渐降低答案ab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2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uab0c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bc解析电场中两点间的电势差是一个定值，不会随着电场力做的功wab和移动电荷的电荷量q的变化而变化，故a错，c对；又由uab知，电场力做正功，q为正电荷，则电势差为正，即b正确；电场中a、b两点间的电势差uab等于把单位正电荷从a点移动到b点时电场力所做的功，故d错误3对电势和场强关系的理解在静电场中，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答案c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4对电场线和等势面关系的理解图2甲、乙、丙分别是等量异种点电荷、等量正点电荷、正点电荷的电场线与等势面的分布情况问：甲 乙丙图2(1)在图甲中，比较a、b、c三点的电势大小？(2)在图乙中，o点、m点电势一样吗？(3)在图丙中，a、b、c三点场强关系如何？电势关系如何？答案(1)abc，且a0，b0，cm(3)场强的大小关系eaebec，方向不同；电势的大小关系abc考点梳理一、电场力做功与电势能1电场力做功的特点(1)在电场中移动电荷时，电场力做功与路径无关，只与初末位置有关，可见电场力做功与重力做功相似(2)在匀强电场中，电场力做的功weqd，其中d为沿电场线方向的位移2电势能(1)定义：电荷在电场中具有的势能电荷在某点的电势能，等于把它从该点移到零势能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电势能的减少量，即wabepaepb.(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无限远处的电势能规定为零，或把电荷在大地表面上的电势能规定为零二、电势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(2)定义式：.(3)标矢性：电势是标量，其大小有正负之分，其正(负)表示该点电势比电势零点高(低)(4)相对性：电势具有相对性，同一点的电势因零电势点的选取的不同而不同(5)沿着电场线方向电势逐渐降低2等势面(1)定义：电场中电势相等的各点构成的面(2)特点电场线跟等势面垂直，即场强的方向跟等势面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；反之越小任意两等势面不相交深化拓展(1)电势是描述电场本身的能的性质的物理量，由电场本身决定，而电势能反映电荷在电场中某点所具有的电势能，由电荷与电场共同决定(2)或epq.三、电势差1电势差：电荷q在电场中a、b两点间移动时，电场力所做的功wab跟它的电荷量q的比值，叫做a、b间的电势差，也叫电压公式：uab.单位：伏(v)2电势差与电势的关系：uabab，电势差是标量，可以是正值，也可以是负值，而且有uabuba.3电势差uab由电场中a、b两点的位置决定，与移动的电荷q、电场力做的功wab无关，与零电势点的选取也无关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电场线方向的距离的乘积即ued，也可以写作e.5电场力做功与重力做功特点的比较下列说法中错误的是()a重力做功与路径无关，与移动物体的初末位置的竖直高度差有关，即wabmghabb电场力做功与路径无关，与移动电荷的初末位置的电势差有关，即wabquabc重力对物体做正功，其重力势能减少，做负功，则重力势能增加d电场力对正电荷做正功，正电荷电势能减少，对负电荷做正功，负电荷电势能增加答案d解析电场力做功的特点与重力做功的特点相同，且有电场力对电荷做的功等于其电势能的减少量做正功，电势能减少，做负功，电势能增加，选项d错误6几个功能关系的理解如图3为一匀强电场，某带电粒子从a点运动到b点，在这一运动过程中克服重力做的功为3.0 j，电场力做的功为2.0 j则下列说法正确的是()a粒子带正电 图3b粒子在a点的电势能比在b点少2.0 jc粒子在a点的机械能比在b点少1.0 jd粒子在a点的动能比在b点多1.0 j答案ad规律总结1电场力做功的特点是：与路径无关，只与初末位置有关. 2电场力做的功等于电势能的减少量3电场力做功时，伴随着能量的转化与守恒考点一电势高低及电势能大小的判断与比较1比较电势高低的方法(1)沿电场线方向，电势越来越低(2)判断出uab的正负，再由uabab，比较a、b的大小，若uab0，则ab，若uab0，则ab.(3)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2电势能大小的比较方法(1)做功判断法电场力做正功，电荷(无论是正电荷还是负电荷)从电势能较大的地方移向电势能较小的地方，反之，如果电荷克服电场力做功，那么电荷将从电势能较小的地方移向电势能较大的地方特别提醒其他各种方法都是在此基础上推理出来的，最终还要回归到电场力做功与电势能变化关系上(2)场电荷判断法离场正电荷越近，正电荷的电势能越大；负电荷的电势能越小离场负电荷越近，正电荷的电势能越小；负电荷的电势能越大(3)电场线法正电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐减小；逆着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大负电荷顺着电场线的方向移动时，电势能逐渐增大；逆着电场线的方向移动时，电势能逐渐减小(4)公式法由epq，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，电势能越小例1如图4所示，xoy平面内有一匀强电场，场强为e，方向未知，电场线跟x轴的负方向夹角为，电子在坐标平面xoy内，从原点o以大小为v0、方向沿x轴正方向的初速度射入电场，最后打在y轴上的m点电子的质量为m，电荷量为e，重力不计则()图4ao点电势高于m点电势b运动过程中，电子在m点电势能最大c运动过程中，电子的电势能先减少后增加d电场力对电子先做负功，后做正功解析由电子的运动轨迹知，电子受到的电场力方向斜向左上，故电场方向斜向右下，m点电势高于o点电势，a错误；电子在m点电势能最小，b错误；运动过程中，电子先克服电场力做功，电势能增加，后电场力对电子做正功，电势能减少，故c错误，d正确答案d电势、电势能的高低的判断方法有多种，选择哪种方法要根据具体情况而定例如在本题中，可根据电场线的方向直接判断电势的高低，也可根据电场力的做功情况来判断突破训练1如图5是某一点电荷形成的电场中的一条电场线，a、b是电场线上的两点，一负电荷q仅在电场力作用下以初速度v0从a向b运动并经过b点，一段时间后q以速度图5v又一次经过a点，且v与v0的方向相反，则以下说法中正确的是()aa、b两点的电场强度是eabc负电荷q在a、b两点的电势能epab，epaepb，b、c项正确由于只有这一条电场线，不知道电场的具体分布，所以无法判断场强的大小，a项错误负电荷再回到a点时，其电势能不变，动能也不变，所以v0v，d项正确考点二电场线、等势面及带电粒子的运动轨迹的综合问题1几种常见的典型电场的等势面比较电场等势面(实线)图样重要描述匀强电场垂直于电场线的一簇平面点电荷的电场以点电荷为球心的一簇球面等量异种点电荷的电场连线的中垂线上的电势为零等量同种正点电荷的电场连线上，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)该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、动能定理等知识例2(2011江苏单科8)一粒子从a点射入电场，从b点射出， 电场的等势面和粒子的运动轨迹如图6所示，图中左侧前三个等势面彼此平行，不计粒子的重力下列说法正确的有()a粒子带负电荷图6b粒子的加速度先不变，后变小c粒子的速度不断增大d粒子的电势能先减小，后增大解析电场线如图所示，由于受力总指向运动轨迹的凹侧，故粒子带负电荷，a对；由电场线分布知电场力先不变，后越来越小，由a知b对；电场力一直做负功，粒子速度一直减小，电势能一直增大，c、d错答案ab 解题突破口：根据所给的等势面，明确电场分布 情况，画出电场线，再根据电荷电性找到电荷的受力方向、受力大小变化；根据运动轨迹或路径，判断功的正负、动能及电势能的变化突破训练2如图7所示，o是一固定的点电荷，虚线是该点电荷产生的电场中的三条等势线，正点电荷q仅受电场力的作用下沿实线所示的轨迹从a处运动到b处，然后又运动到c处由此可知()ao为负电荷b在整个过程中q的速度先变大后变小 图7c在整个过程中q的加速度先变大后变小d在整个过程中，电场力做功为零答案cd解析由运动轨迹可以分析可知q受到库仑斥力的作用，o点的电荷应为正电荷，a错；从a到b的过程q受到逐渐变大的库仑斥力，速度逐渐减小，加速度增大，而从b到c的过程q受到逐渐变小的库仑斥力，速度逐渐增大，加速度减小，b错，c对；由于a、c两点在同一等势面上，整个过程中，电场力不做功，d对考点三电势差与电场强度的关系1在匀强电场中ued，即在沿电场线方向上，ud.2在非匀强电场中ued虽不能直接应用，但可以做定性判断例3如图8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，a30，c90.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2 v该三角形的外接圆上最低、最高电势分别为() 图8a(2) v、(2) vb0、4 vc. v、 vd0、2 v解析如图，圆心o是ab的中点，所以圆心o点的电势为2 v，所以oc是等势线，则电场线如图中mn所示，方向由m指向n.沿电场线方向电势均匀降低，过圆心的电势为2 v，则圆周上电势最低为0，最高为4 v，选b.答案b1.在匀强电场中，电势沿直线是均匀变化的，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突破训练3a、b、c、d是匀强电场中的四个点，它们正好是一个矩形的四个顶点电场线与矩形所在平面平行已知a点的电势为20 v，b点的电势为24 v，d点的电势为4 v，如图9所示，由此可知c点的电势为()图9a4 v b8 vc12 v d24 v答案b考点四电场中的功能关系1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)除重力外，其他各力对物体做的功等于物体机械能的变化(4)所有力对物体所做功的代数和，等于物体动能的变化2电场力做功的计算方法(1)由公式wflcos 计算，此公式只适用于匀强电场，可变形为：wqelcos .(2)由wqu来计算，此公式适用于任何形式的静电场(3)由动能定理来计算：w电场力w其他力ek.(4)由电势能的变化来计算：wabepaepb.例4如图10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 图10中()a小球与弹簧组成的系统机械能守恒b小球的重力势能增加w1c小球的机械能增加w1mv2d小球的电势能减少w2解析本题考查势能大小和机械能守恒定律由于电场力做正功，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选项正确答案bd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变化之间的对应关系突破训练4在电场和重力场都存在的空间中，一带电小球从a点运动到b点，电场力做了10 j的功，重力做了6 j的功，克服阻力做了7 j的功，则此过程中带电小球的()a机械能增加了10 j，动能减少了7 jb机械能减少了7 j，动能增加了10 jc电势能增加了10 j，动能增加了9 jd电势能减少了10 j，重力势能减少了6 j答案d32静电场中涉及图象问题的处理方法和技巧 1主要类型：(1)vt图象；(2)x图象；(3)et图象2应对策略：(1)vt图象：根据vt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wabquab，进而分析wab的正负，然后作出判断(3)et图象：根据题中给出的et图象，确定e的方向的正负，再在草纸上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例5(2010江苏单科5)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11所示下列说法中正确的是()ao点的电势最低bx2点的电势最高图11cx1和x1两点的电势相等dx1和x3两点的电势相等解析由题图知，o点两侧电场强度方向相反，因电场强度的方向沿x轴，故o点可能电势最低，也可能电势最高，a不正确；x1、x2、x3三点在同一电场线上，由沿电场线方向电势逐渐降低可知，无论o点右侧电场强度沿x轴向右还是向左，x2点电势都不是最高，x1、x3两点的电势也不相等，故b、d不正确；由题图知，电场强度在o点两侧对称，故x1、x1两点电势相等，c正确答案c例6两电荷量分别为q1和q2的点电荷放在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12所示，其中a、n两点的电势为零，nd段中c点电势最高，则()ac点的电场强度大小为零图12ba点的电场强度大小为零cnc间场强方向沿x轴正方向d将一负点电荷从n点移到d点，电场力先做正功后做负功解析由题图可知，由o点到m点，电势一直降低，且图线在a点的斜率也不为零，故a点的电场强度大小不为零，而c点向n、向d两个方向电势均降低，说明c点两侧电场方向相反，且图线在c点的切线斜率为零，故c点电场强度大小为零，故a正确，b错误；由n到c电势升高，故nc间电场方向沿x轴负方向，c错误；wncuncq，unc0，q0，而wcducdq，ucd0，q0，所以wcdea，即qbqa，所以a错误；由x图象的斜率表示电场强度e，知b对；由epq知，c对；a、p间的电场方向应都指向p点，d错误.高考题组1(2012山东理综19)图14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带负电图14b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解析由带电粒子进入正点电荷形成的电场中的运动轨迹可以看出两者相互排斥，故带电粒子带正电，选项a错误；根据库仑定律fk可知，a、b、c三点中，在a点时受力最大，选项b错误；带电粒子从b点到c点的过程中，电场力做正功，电势能减小，故在b点的电势能大于在c点的电势能，选项c正确；由于虚线为等间距的同心圆，故uabubc，所以wabwbc，根据动能定理，带电粒子由a点到b点的动能变化大于由b点到c点的动能变化，选项d正确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15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