高考物理总复习 63电势 电势差 电势能 等势面课件 新人教版.ppt

第3单元电势电势差电势能等势面 答案 c 名师点拨 电势差中的uab a b 一定是 a b 而动能定理中的动能的变化量一定是末态量减去初态量 3 进一步的理解和应用 1 电场中两点间的电势差可与重力场中的高度差类比 重力场中 同一物体 高度差越大 重力做功越多 电场中两点间电势差越大 电场力做功越多 电势差与高度差一样与参考点的选取无关 电势也称为电位 2 电势差 必须明确所指的是哪两点的电势差 uab uba 电势差的正负 仅表示电场中两点电势的高低 二 电场力的功在任意电场中 将电荷q从a点移到b点 电场力做的功wab为wab quab 学法指导 1 公式wab quab适用于任何电场 2 wab仅是电场力的功 不包括从a移动电荷到b点时 可能还有其他力的功 3 利用公式wab quab解决问题时 可以将q uab都带符号计算 也可以先判断电场力做功的正负 只代q uab的数值计算 4 电场力做功与重力做功相似 只与初末位置有关 与具体路径无关 例2 如图所示 一质量为m 电荷量为 q的小物体 在水平轨道ox上运动 o端有一与轨道垂直的固定墙 轨道处在匀强电场中 场强大小为e 方向沿ox轴正方向 小物体以初速度v0从距o点x0处沿ox轨道运动 运动中受到大小不变的摩擦力f的作用 且f qe 设小物体与墙碰撞时不损失能量且电荷量保持不变 求它在停止运动前所通过的总路程 触类旁通 在一个水平面上建立x轴 在过原点o垂直于x轴的平面的右侧空间有一个匀强电场 场强大小e 6 0 105n c 方向与x轴正方向相同 在o处放一个电荷量q 5 0 10 8c 质量m 1 0 10 2kg的绝缘物块 物块与水平面间的动摩擦因数 0 20 沿x轴正方向给物块一个初速度v0 2 0m s 如图所示 g取10m s2 试求 1 物块向右运动的最大距离 2 物块最终停止的位置 解析 1 设物块向右运动的最大距离为xm 在从o到向右运动的最大距离过程中用动能定理 答案 1 0 4m 2 o点左侧0 2m处 学法指导 本题的重点是物理过程要清晰 其中整体过程中 电场力做功的代数和等于零 2 式中d的含义是某两点沿电场线方向上的距离 或两点所在等势面间距 由此可知 电势降落最快的方向是电场强度的方向 例3 空间某一静电场的电势 在x轴上分布如图所示 x轴上两点b c点电场强度在x方向上的分量分别是ebx ecx 下列说法中正确的有 a ebx的大小大于ecx的大小b ebx的方向沿x轴正方向c 电荷在o点受到的电场力在x方向上的分量最大d 负电荷沿x轴从b移到c的过程中 电场力先做正功 后做负功 解析 本题的入手点在于如何判断ebx和ecx的大小 由图象可知在x轴上各点的电场强度在x方向的分量不相同 如果在x方向上取极小的一段 可以把此段看做是匀强电场 用匀强电场的处理方法思考 从而得到结论 此方法为微元法 需要对电场力的性质和能的性质有较为全面的理解 答案 ad 触类旁通 如右图所示 一电场的电场线分布关于y轴 沿竖直方向 对称 o m n是y轴上的三个点 且om mn 则 a m点的电势比p点的电势高b 将负电荷由o点移动到p点 电场力做正功c m n两点间的电势差大于o m两点间的电势差d 在o点静止释放一带正电粒子 该粒子将沿y轴做直线运动 解析 本题考查电场 电势 等势线 以及带电粒子在电场中的运动 由图和几何关系 可知m和p两点不处在同一等势线上而且有 m p a项对 将负电荷由o点移到p点要克服电场力做功 即电场力做负功 b项错 根据u ed 知o到m的平均电场强度大于m到n的平均电场强度 所以有uom umn c项错 从o点释放正电子后 电场力做正功 该粒子将沿y轴做加速直线运动 答案 ad 四 电势和电势能1 定义 电场中某点的电势等于单位正电荷由该点移动到参考点 零电势点 时电场力所做的功 环路定理定义 或 在电场中 某点电荷的电势能跟它所带的电荷量之比 叫做这点的电势 也可称电位 电势是从能量角度上描述电场的物理量 电场强度则是从力的角度描述电场 学法指导 1 电势的相对性 电场中某点的电势跟零电势点的选取有关 常取无限远处或大地为零势点 电势能与电势是一样具有相对性 2 电势的固有性 电势是表示电场能的性质的物理量 电场中某点电势的大小是由电场本身决定的 与放在该处的试探电荷的电荷量 电性无关 但电势能与电荷和电势的正负都有关 3 电势是标量 正负只表示大小 不表示方向 正值表示该点电势高于零电势 负值表示该点电势低于零电势 若规定无限远处为零参考点 正电荷产生的电场中各点电势为正 负电荷产生的电场中各点电势为负 例4 2011 海南 关于静电场 下列说法正确的是 a 电势等于零的物体一定不带电b 电场强度为零的点 电势一定为零c 同一电场线上的各点 电势一定相等d 负电荷沿电场线方向移动时 电势能一定增加 答案 d 五 等势面1 定义 在电场中电势相等的各点构成的面叫等势面 2 等势面的特点 1 等势面一定和电场线垂直 例5 如图所示 曲线表示电场中关于x轴对称的等势面 在x轴上有a b两点 则 a a点的场强小于b点的场强b a点的场强等于b点的场强c a点的场强大于b点的场强d a点的场强方向与x轴同向 解析 电场线与等势面垂直 电场线密的地方电场的强度大 则b点的场强比a点的大 即a点的场强小于b点的场强 故a项正确 b c项错误 沿着电场线方向电势降低 则有电场线方向沿着x轴正向 故d项正确 答案 ad 2 等势面上各点电势相等 在等势面上移动电荷电场力不做功 3 电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面 4 电场线越密的地方 等差等势面越密 例6 2011 江苏 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b 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 逐项判断 电场线 垂直于等势面 先向右后向上偏 而粒子后向下偏了 所以电场力与电场强度方向相反 所以粒子带负电 a项正确 因为等势面先平行并且密 后变疏 说明电场强度先不变 后变小 则电场力先不变 后变小 所以加速度先不变 后变小 b项正确 由于起初电场力与初速度方向相反 所以速度先减小 c项错误 因为电场力先做负功 所以电势能先增大 d项错误 答案 ab 例7 2013 江苏 将一电荷量为 q的小球放在不带电的金属球附近 所形成的电场线分布如图所示 金属球表面的电势处处相等 a b为电场中的两点 则 a a点的电场强度比b点的大b a点的电势比b点的高c 检验电荷 q在a点的电势能比在b点的大d 将检验电荷 q从a点移到b点的过程中 电场力做负功 分析 电场线的疏密表示场强的大小 a点所在的电场线从q出发到不带电的金属球终止 所以a点的电势高于金属球的电势 而b点所在处的电场线从金属球发出到无穷远 所以金属球的电势高于b点的电势 电势越高的地方 负电荷具有的电势能越小 解析 电场线的疏密表示场强的大小 故a项正确 a点所在的电场线从q出发到不带电的金属球终止 所以a点的电势高于金属球的电势 而b点所在处的电场线从金属球发出到无穷远 所以金属球的电势高于b点的电势 故b项正确 电势越高的地方 负电荷具有的电势能越小 即负电荷在a点的电势能较b点小 故c项错误 把电荷从电势能小的a点移动到电势能大的b点 电场力做负功 故d项正确 答案 abd 一 做功与能量变化功是能量转化的量度 要求带电粒子的电势能如何变化 就找电场力做功情况 若电场力做正功 电势能减小 否则电势能增加 例1 如图所示 一带负电粒子以某速度进入水平向右的匀强电场中 在电场力作用下形成图中所示的运动轨迹 m和n是轨迹上的两点 其中m点在轨迹的最右点 不计重力 下列表述正确的是 a 粒子在m点的速率最大b 粒子所受电场力沿电场方向c 粒子在电场中的加速度不变d 粒子在电场中的电势能始终在增加 解析 根据做曲线运动物体的受力特点合力指向轨迹的凹一侧 再结合电场力的特点可知粒子带负电 即受到的电场力方向与电场线方向相反 故b项错 从n到m电场力做负功 减速 电势能在增加 当达到m点后电场力做正功 加速 电势能在减小 则在m点的速度最小 a项错 d项错 在整个过程中只受电场力 根据牛顿第二定律 加速度不变 答案 c 触类旁通 如图所示中实线是一簇未标明方向的由点电荷产生的电场线 虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹 a b是轨迹上的两点 若带电粒子在运动中只受电场力作用 根据此图可作出正确判断的是 a 带电粒子所带电荷的符号b 带电粒子在a b两点的受力方向c 带电粒子在a b两点的速度何处较大d 带电粒子在a b两点的电势能何处较大 分析 本题场线方向不知 带电粒子电性不知 从a或b运动不知 这些不知给解题带来难度 但知 只受电场力 假设从a到b运动 由运动轨迹可以判断出受力应沿电场线指向左方 同时判断出电场力 此处也为合力 做负功 假设从b到a运动 由运动轨迹可以判断出受力应沿电场线指向左方 同时判断出电场力 此处也为合力 做正功 但是判断不出带电粒子所带电荷的符号 故a选项错误 受力方向均已判断出 知b选项正确 对于动能和势能的判断 我们强调物理学一种重要的科学研究的方法 做功与能量变化相对应 对质点来说 动能的变化找合外力做功 此处无论从a到b运动 还是从b到a运动 结论都是一致的 如从a到b运动 电场力 合外力 做负功 动能减少eka ekb 势能增加 pa pb 故c d选项正确 答案 bcd 学法指导 很多的学生遇到判断带电粒子的电势能的变化 动能的变化等问题 总是感到无从下手 实际上 这是对物理学一种重要的科学研究的方法 做功与能量变化相对应 没有深刻的认识和理解 没有认识到它的重要性 明确提出做功与能量变化关系的是 功能原理 物体系的机械能增量等于系统所受外力的总功与非保守内力的总功的代数和 实际上 只要研究能量的变化就离不开做功 比如 质点的动能的变化对应质点所受力的功 若做正功 则动能增加 若做负功 则动能减小 质点与地球组成的系统 要找质点的机械能如何变化 找除了重力 或弹力 之外 因为只有重力或弹力做功的情景下 机械能守恒 的力做的功 若做正功 机械能增加 否则机械能减小 重力势能的变化找重力做功 要求带电粒子的电势能如何变化 就找电场力做功情况 若电场力做正功 电势能减小 否则电势能增加 电流做功 电功 对应电能 电势能 的变化 电流做正功 电能减小 电流做负功 电能增加 判断分子势能的变化找分子力做功 在绝热的情况下 热力学系统的内能的变化找外界对系统的做功情况 外界对系统做正功 系统内能增加 反之系统内能减小 二 等分法求解电势 例2 图中a b c d是匀强电场中一正方形的四个顶点 已知a b c三点的电势分别为 a 15v b 3v c 3v 由此可得d点电势 d v 解析 连接ac 将ac三等分 标上三等分点e f 则根据匀强电场中沿电场线方向相等距离 电势差相等可知 e点的电势为3v f点的电势为9v 连接be 则be为一条等势线 根据几何知识可知 df be 则df也是一条等势线 所以d点电势 d 9v 答案 9 触类旁通 2012 安徽 如图所示 在平面直角坐标系中 有方向平行于坐标平面的匀强电场 其中坐标原点o处的电势为0v 点a处的电势为6v 点b处的电势为3v 则电场强度的大小为 答案 a 学法指导 充分利用匀强电场的等势面相互平行 而且沿电场线方向相等距离 电势差相等进行作图 可以将已知最高点和最低点连接起来 把这两点间等分 等分数由题目中的具体问题来确定 即利用等分法来解决未知电势的大小 等量电荷的周围场的特征等量电荷周围的电场 电势的关系要熟练掌握 等量异种电荷中垂线上的电势等于零 中垂线向无限远延伸可至无穷远 无穷远处电势为零 中垂线上各点的场强方向平行于两电荷的连线 中垂线与连线的交点场强最大 向两侧逐渐减小 无穷远处为零 从正电荷到负电荷的连线上 沿电场线电势逐渐降低 到交点降为零 再向负电荷 电势为负 两正电荷中垂线上的电场通过合成可知 连线上面场强的方向向上指向无穷远 下面向下指向无穷远 且中垂线与连线的交点处的场强为零 无穷远处为零 故中间某位置的场强存在最大值 电势的分析依据沿电场线电势逐渐降低可知 中垂线与连线的交点处电势不是零 注意图中所示的 等势面 即这个 线上各点的电势均相等 不为零 a ea一定大于eb a一定大于 bb ea不一定大于eb a一定大于 bc ea一定大于eb a不一定大于 bd ea不一定大于eb a不一定大于 b 解析 p q在o点的合场强为零 沿oab线到无穷远p q的合场强也为零 可见 沿oab线远离o点时 合场强先增大再减小 故ea不一定大于eb 而电势离电荷越远越低 所以b项正确 答案 b 二 中垂线上电势的变化规律 例2 2010 江苏 空间有一沿x轴对称分布的电场 其电场强度e随x变化的图象如右图所示 下列说