高考物理一轮复习 6.2 电势能与电势差课件 新课标.ppt

1 电势能 1 电场力做功 特点 电场力做功与无关 只与有关 计算方法a w qed 只适用于匀强电场 其中d为沿的距离 b wab quab 适用于 第2讲电势能与电势差 路径 初 末位置 电场方向 任何电场 2 电势能 定义 电荷在中具有的势能 数值上等于将电荷从该点移到位置时电场力所做的功 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 电场 零势能 电势能的减小量 2 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 叫做这一点的电势 用 表示 在数值上等于单位正电荷由该点移到零电势时 电势是标量 只有大小 没有方向 但有正负 电场力所做的功 5 零电势位置的规定 电场中某一点的电势的数值与零电势的选择关 即电势的数值决定于零电势的选择 大地或无穷远默认为零 3 等势面 1 定义 电场中电势相同的各点构成的面叫做等势面 2 等势面的特点 等势面一定和电场线垂直 等势面上各点电势相等 在等势面上移动电荷时电场力不做功 电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面 电场线越密的地方 等差等势面越密 有 1 定义 电荷在电场中 由一点a移到另一点b时 与移动电荷的的比值 2 定义式 uab 3 电势差与电势的关系 uab uab uba 4 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 力做功 电荷量 a b 无关 无关 1 电势差与电场强度的关系式 uab ed 其中d为电场中两点间的距离 如图6 2 1所示 2 电场强度的方向和大小 电场中 电场强度方向是指最快的方向 在匀强电场中 电场强度在数值上等于沿方向每单位距离上降低的电势 沿电场方向 电势降低 电场 特别提醒 1 u ed只适于匀强电场的定量计算 2 在非匀强电场中也可用u ed定性判断电势差的大小 1 下列关于电荷在电场中电势能的说法正确的是 a 电荷在电场强度大的地方 电势能一定大b 电荷在电场强度为零的地方 电势能一定为零c 电荷只在电场力的作用下从某点移动到另一点 电荷的电势能一定减少d 电荷只在电场力的作用下从某点移动到另一点 电荷的电势能可能增加 也可能减少 解析答案d 2 下列说法正确的是 a a b两点的电势差等于将正电荷从a点移到b点时电场力所做的功b 电势差是一个矢量c 由于电场力做功跟移动电荷的路径无关 所以电势差也跟移动电荷的路径无关 只跟这两点的位置有关d a b两点的电势差是恒定的 不随零电势面的不同而改变 所以uab uba 解析答案c 3 2012 重庆模拟 如图6 2 2所示 正点电荷q产生的电场中 已知a b间的电势差为u 现将电荷量为q的正点电荷从b移到a 则 a 外力克服电场力做功qu 电势能增加qub 外力克服电场力做功qu 电势能增加quc 外力克服电场力做功qu 电势能增加qud 外力克服电场力做功qu 电势能减少qu 解析本题考查电场力做功的计算 电场力做功和电势能的变化关系等知识点 根据顺着电场线的方向 电势依次降低 可知uba 0 那么正点电荷从b移动到a过程中 电场力做功为w quba 0 表示外力克服电场力做功qu 电场力做负功 则电荷的电势能增加qu 答案c 4 2011 湖北宜昌高三检测 如图6 2 3所示是一个匀强电场的等势面 每两个相邻等势面相距2cm 由此可以确定电场强度的方向和数值是 a 竖直向下 e 100v mb 水平向左 e 100v mc 水平向左 e 200v md 水平向右 e 200v m 答案b 5 2011 江苏盐城 泰州联考 10 如图6 2 4所示 虚线a b c代表电场中的三个等势面 相邻等势面之间的电势差相等 即uab ubc 实线为一带正电的质点仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹 p q是这条轨迹上的两点 据此可知下列说法错误的是 a 三个等势面中 c的电势最高b 带电质点通过p点时的电势能较q点大c 带电质点通过p点时的动能较q点大d 带电质点通过p点时的加速度较q点大 解析等差等势面密集的地方电场强度大 稀疏的地方电场强度小 由图知p点的电场强度大 则质点通过p点时的加速度大 故选项d对 根据电场线与等势面垂直 定性画出过p q两点的电场线 假设质点从q向p运动 根据初速度的方向和轨迹偏转方向可判定质点在q点所受电场力f的方向如图所示 可以得出等势面c的电势最高 选项a正确 由q向p运动过程中 电场力做负功 动能减少 电势能增加 故选项b对c错 若质点从p向q运动 也可得出选项b正确 答案c 考点一电场线 电场强度 电势 等势面之间的关系1 电场线与电场强度的关系 电场线越密的地方表示电场强度越大 电场线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向 2 电场线与等势面的关系 电场线与等势面垂直 并从电势较高的等势面指向电势较低的等势面 3 电场强度数值与电势数值无直接关系 电场强度大 或小 的地方电势不一定大 或小 零电势可人为选取 而电场强度是否为零则由电场本身决定 4 几种常见的典型电场的等势面比较 典例1 如图6 2 5所示 实线表示电场线 虚线表示只受电场力作用的电荷运动轨迹 a b为运动轨迹上的两点 可以判定 a 电荷在a点速度大于在b点速度b 电荷为负电荷c 电荷在a点的电势能大于在b点的电势能d a点的电势低于b点的电势 解析沿着电场线方向电势越来越低 可得a点电势高于b点电势 d错误 该电荷在电场中做曲线运动 由曲线特点可得电场力应指向轨迹的内侧 即受力方向与圆弧上的各点电场强度的方向一致 电荷必带正电 b错误 电荷若从a运动到b 由于a点电势高于b点电势 a b间电势差为正值 电荷带正电 由wab quab可得电场力做正功 所以电荷在b点动能大于在a点动能 电荷在b点速度大于在a点速度 电荷若从b运动到a 由wba quba可得电场力做负功 所以电荷在b点动能大于在a点动能 电荷在b点速度大于a点速度 a错误 由于a点电势高于b点电势 正电荷在电势高处电势能大 所以电荷在a点的电势能大于在b点的电势能 c正确 答案c 1 电势高低的三种判断方法 2 电势能高低的四种判断方法 变式1 等量同种带正电的点电荷的连线和其中垂线如图6 2 6所示 一个带负电的试探电荷 先从图中a点沿直线移到b点 再从b点沿直线移到c点 则 a 试探电荷所受电场力的方向一直不变b 试探电荷所受电场力的大小一直增大c 试探电荷的电势能一直减少d a b c三点的电势为 a b c 解析根据等量同种正点电荷电场线分布特点 直线ab上某处电场强度有极大值 则选项a b错误 因直线ab上电场强度方向向左 bc上电场强度方向向下 负试探电荷在直线ab上受到的电场力方向向右 从a点移到b点电场力做正功 电势能减少 负试探电荷在bc上受到的电场力方向向上 从b点移到c点电场力做正功 电势能减少 选项c正确 又沿着ab bc方向电势升高 故选项d错误 答案c 考点二对电势差概念的理解及应用 典例2 如图6 2 7所示 固定于同一条竖直线上的a b是两个带等量异种电荷的点电荷 电荷量分别为 q和 q a b相距为2d mn是竖直放置的光滑绝缘细杆 另有一个穿过细杆的带电小球p 质量为m 电荷量为 q 可视为点电荷 不影响电场的分布 现将小球p从与点电荷a等高的c处由静止开始释放 小球p向下运动到距c点距离为d的o点时 速度为v 已知mn与ab之间的距离为d 静电力常量为k 重力加速度为g 可知 答案d 变式2 如图6 2 8所示 a b c是一条电场线上的三个点 电场线的方向由a到c a b间距离等于b c间距离 用 a b c和ea eb ec分别表示a b c三点的电势和电场强度 可以判定 a a b cb a b b cc ea eb ecd ea eb ec 解析判断电场强度的大小 需看电场线的疏密 此题不具备作出判断的条件 选项c是正点电荷产生的电场的结论 而选项d是匀强电场的结论 这都是为按思维定势的考生准备的选项 根据沿着电场线的方向电势降低 可以判断a选项正确 虽然a b间距离等于b c间距离 但只有在匀强电场中 沿场强方向相同距离的电势差相等 因此电势差的大小也就无法判断 答案a 考点三电场中的功能关系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 所有力对物体所做的功 等于物体动能的变化 典例3 如图6 2 9所示 虚线a b c代表电场中的三个等势面 相邻等势面之间的电势差相等 即uab ubc 实线为一带负电的质点仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹 p r q是这条轨迹上的三点 r同时在等势面b上 据此可知 a 三个等势面中 c的电势最低b 带电质点在p点的电势能比在q点的小c 带电质点在p点的动能与电势能之和比在q点的小d 带电质点在r点的加速度方向垂直于等势面b 解析根据题意画出电场线 粒子在p处的速度方向和受力方向如图所示 可知电场线应垂直等势线由c经b至a 所以a电势最低 选项a错误 粒子由p经r至q的过程中 电场力对其做正功 带电质点的电势能减少 选项b错误 由于质点运动过程中只有电场力做功 所以质点的电势能与动能之和保持不变 选项c错误 根据电场线与电场强度的几何关系可知 选项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 qelcos 2 由w qu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 由电势能的变化计算 w ep1 ep2 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 粒子受力方向一定沿电场线指向轨迹凹侧 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 答案b 2 发散思维法 结论2匀强电场中若两线段ab cd 且ab cd 则uab ucd 或 a b c d 如图6 2 11所示 答案d 一 电场的能的性质 高频考查 1 2009 上海改编 位于a b处的两个带有不等量负电的点电荷在平面内电势分布如图6 2 13所示 图中实线表示等势线 则 a a点和b点的电场强度相同b 正电荷从c点移到d点 电场力做负功c 负电荷从a点移到c点 电场力做负功d 正电荷从e点沿图中虚线移到f点电势能先减小后增大 解析电场线与等势面垂直 且由电势较高的等势面指向电势较低的等势面 再根据负电荷周围电场线的特点知 d c e f a b 故正电荷在c点的电势能小于在d点的电势能 将正电荷由c点移到d点电场力做负功 b错误 同理知c错误 正电荷沿虚线由e点移到f点 电势能先减小后增大 d正确 a b两处电场强度方向不同 故电场强度不同 a错误 答案d 2 2010 天津理综 5 在静电场中 将一正电荷从a点移到b点 电场力做了负功 则 a b点的电场强度一定比a点大b 电场线方向一定从b指向ac b点的电势一定比a点高d 该电荷的动能一定减小解析电场力做负功 该电荷电势能增加 正电荷在电势高处电势能较大 c正确 电场力做负功同时电荷可能还受其他力作用 总功不一定为负 由动能定理可知 动能不一定减小 d错 电势高低与电场强度大小无必然联系 a错 b点电势高于a点 但a b可能不在同一条电场线上 b错 答案c 3 2010 山东理综 20改编 某电场的电场线分布如图6 2 14所示 以下说法正确的是 a c点电场强度大于b点电场强度b a点电势低于b点电势c 若将一试探电荷 q由a点释放 它将沿电场线运动到b点d 若在d点再固定一点电荷 q 将一试探电荷 q由a移至b的过程中 电势能减小 解析电场线的疏密表示电场的强弱 a项错误 沿着电场线方向电势逐渐降低 b项错误 q在a点所受电场力方向沿电场线的切线方向 由于电场线为曲线 所以 q不沿电场线运动 c项错误 在d点固定一点电荷 q后 a点电势仍高于b点 q由a移至b的过程中 电场力做正功 电势能减小 d项正确 答案d 4 2011 江苏卷 8改编 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 2 15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 粒子带正电荷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 解析电场线如右图所示 由于受力总指向运动轨迹的凹侧 故粒子带负电荷 a错 由电场线分布知电场力先不变 后越来越小 b对 电场力一直做负功 粒子速度一直减小 电势能一直增加 c d错 答案b 二 电势 电势差 与电场强度的关系 中频考查 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6 2 16所示 下列说法中正确的是 a o点的电势最低b x2点的电势最高c x1和 x1两点的电势相等d x1和x3两点的电势相等解析电势高低与电场强度大小无必然联系 o点电场强度为0 电势不一定最低