高考物理复习 高效学习方略 62 电场能的性质课件.ppt

1 静电力做功 1 特点 静电力做功与无关 只与有关 2 计算方法 w qed 只适用于匀强电场 其中d为沿的距离 wab quab 适用于 路径 初 末位置 电场方向 任何电场 2 电势能 1 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静电力所做的功 2 静电力做功与电势能变化的关系 静电力做的功等于 即wab epa epb ep 电场 零势能 电势能的减少量 1 电势能是相对的 与零电势点的位置有关 但电势能的变化是绝对的 与零电势点的位置无关 2 静电力做功与电势能改变之间的关系类似于重力做功与重力势能改变之间的关系 电势能ep 电荷量q 标量 零电势 4 相对性 电势具有 同一点的电势因选取点的不同而不同 5 电场线指向电势降低的方向 相对性 零电势 2 等势面 1 定义 电场中的各点组成的面 2 四个特点 等势面一定与电场线 即场强的方向跟等势面 在上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电场强度 反之 电势相等 垂直 垂直 同一等势面 电势高 电势低 越大 越小 电场力做的功wab 3 电势差与电势的关系 uab uab uba 4 影响因素 电势差uab由决定 与移动的电荷q及电场力做功wab与零电势点的选取 a b 电场本身的性质 无关 无关 u ed 场强方向 3 电势差 电场强度 电势 电势能的辨析 力 能 做功 做功 q 电场本身 电场本身 无关 参考点 不一定为零 不一定为零 一定为零 不一定为零 不一定 为零 一定为零 1 电荷在电场中a点具的电势能为 10j 下列说法正确的是 a 电势能不可能为负值 不存在 10j的电势能b 电荷在a点的电势能比在参考点的电势能少10jc 电荷从a点到参考点 电场力做10j的功d 电荷从参考点到a点 电场力做10j的功 解析bd电势能具有相对性 电荷具有的电势能比参考点低 其电势能为负值 故a错误 b正确 电荷由a点到参考点 电势能增大10j 则电场力做负功10j c错误 同理可知 d正确 2 2010 广东理综 如图所示是某一点电荷的电场线分布图 下列表述正确的是 a a点的电势高于b点的电势b 该点电荷带负电c a点和b点电场强度的方向相同d a点的电场强度大于b点的电场强度解析bd沿电场线方向电势降低 故a选项错误 由图中电场线分布知 此场为一负点电荷的电场线分布图 b项正确 电场线密集处场强大 c项错误 d项正确 3 某静电场的电场线分布如图所示 图中p q两点的电场强度的大小分别为ep和eq 电势分别为 p和 q 则 a ep eq p qb ep eq p qd ep q 根据电场线的疏密可以判断电场的弱强 可以判断出ep eq 故选a 4 如图所示 匀强电场方向平行于xoy平面 在xoy平面内有一个半径为r 5cm的圆 圆上有一动点p 半径op与x轴方向的夹角为 p点沿圆周移动时 o p两点的电势差满足uop 25sin v 则该匀强电场的大小和方向分别为 5 有一带电荷量q 3 10 6c的点电荷 从电场中的a点移到b点时 克服静电力做功6 10 4j 从b点移到c点时静电力做功9 10 4j 求 1 ab bc ca间电势差各为多少 2 若以b点为电势零点 则a c两点的电势各为多少 点电荷在a c两点的电势能各为多少 2 若 b 0 则 a uab b 200v c b ubc 300v 点电荷在a点的电势能epa q a 3 10 6 200j 6 10 4j 点电荷在c点的电势能epc q c 3 10 6 300j 9 10 4j 答案 1 200v 300v100v 2 200v300v 6 10 4j 9 10 4j 要点一几种常见的典型电场的等势面比较 电场线密集的地方 等差等势面也密集 电场线稀疏的地方 等差等势面也稀疏 等势面的疏密表示电场的强弱 例1 研究表明 无限大的均匀带电平面在周围空间会形成与平面垂直的匀强电场 现有两块无限大的均匀绝缘带电平面 一块带正电 一块带负电 把它们正交放置如图所示 单位面积所带电荷量的数值相等 图中直线a1b1和a2b2分别为带正电的平面和带负电的平面与纸面正交的交线 o为两交线的交点 则图中能正确反映等势面分布情况的是 解析a求各区域合场强 画合场强电场线 画等势面 如图 所示 如图所示 ac bd为圆的两条互相垂直的直径 圆心为o 半径为r 将带等电荷量的正 负点电荷放在圆周上 它们的位置关于ac对称 q与o点的连线和oc夹角为30 下列说法正确的是 a a c两点的电势关系是 a cb b d两点的电势关系是 b dc a o点的场强大小方向相同d b d点的场强大小方向相同解析a根据等量异号点电荷电场中等势面的形状以及特点可知 由于a c两点是两点电荷连线中垂线上的两点 它们的电势均为零 故 a c a对 b d两点的电势关系为 b d b错 根据等量异号点电荷电场中电场线的形状及特点可知 a o点的场强方向相同 大小关系为eo ea c错 b d两点场强方向不同 大小相同 d错 要点二电势高低和电势能大小的判断方法1 电势高低的四种判断方法 2 电势能高低的四种判断方法 例2 如图所示 虚线a b c代表电场中三个等势面 相邻等势面之间的电势差相同 实线为一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是这条轨迹上的两点 由此可知 a 三个等势面中 c等势面电势最高b 带电质点通过p点时电势能较大c 带电质点通过q点时动能较大d 带电质点通过p点时加速度较大 思路点拨 解答本题时应注意以下几点 1 抓住题目条件中三个等差等势面的特点判断电场强度的大小 2 根据带电质点的运动轨迹判断其所受电场力方向 3 根据电场力做功的特点判断质点电势能的变化 解析bcd等差等势面越密集 该区域场强越大 故ep eq 带电质点通过p点时加速度较大 d正确 假设质点由p运动到q 根据 运动轨迹的切线方向为速度方向 电场线与等势面相垂直 正电荷所受的电场力与电场强度同向 做曲线运动的质点 其所受的合外力指向运动轨迹的凹侧 从而确定质点经过p时的速度和电场力方向 如图所示 根据正电荷所受电场力的方向可知 电场线由等势面a指向等势面c 故 a b c a错误 电场力与瞬时速度成锐角 故由p运动到q电场力对质点做正功 质点的电势能减小 动能增加 b c正确 假设质点由q运动到p 能得到同样的结论 规律方法 电场线和等势面有如下关系 1 电场线跟等势面一定垂直 且由电势高的等势面指向电势低的等势面 2 等差等势面越密的地方电场线越密 3 任意两条电场线不相交 任意两等势面也不相交 要点三电场力做功的计算 电场中的功能关系1 电场力做功的计算方法 1 由公式w flcos 计算 此公式只适合于匀强电场中 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 3 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 所有外力对物体所做的功 等于物体动能的变化 解决此类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粒子做功情况 2 应用公式wab quab计算功时 wab q uab一般都要带正 负号计算 例3 2011 上海 如图 在竖直向下 场强为e的匀强电场中 长为l的绝缘细杆可绕固定轴o在竖直面内无摩擦转动 两个小球a b固定于杆的两端 a b的质量分别为m1和m2 m1 m2 a带负电 电量为q1 b带正电 电量为q2 杆从静止开始由水平位置转到竖直位置 在此过程中电场力做功为 在竖直位置处两球的总动能为 规律方法 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 应用能量守恒解决问题需注意电势能和其他形式能间的转化 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 一个不带电的金属板 表面有很薄的光滑绝缘层 与水平方向成 角放置 金属板上b c两点间的距离为l 在金属板上方的a点固定一个带电荷量为 q的点电荷 金属板处在 q的电场中 已知a b c三点在同一竖直平面内 且ab水平 ac竖直 如图所示 将一个带电荷量为 q q q q对原电场无影响 可看做点电荷的小球 从b点无初速释放 如果小球质量为m 下滑过程中带电荷量不变 求 1 小球在b点的加速度 2 下滑到c点时的速度 解析 1 由于金属板处在点电荷q形成的电场中达到静电平衡时 金属板表面是一个等势面 金属板表面处的电场线与金属板表面垂直 带电小球在沿金属板下滑的过程中 所受电场力与金属板表面垂直 则小球所受的合外力为f mgsin 所以小球沿金属板表面做初速度为零的匀加速直线运动 故小球在b点的加速度为a gsin 易错点对运动的合成 分解理解不透彻 例 在电场方向水平向右的匀强电场中 一带电小球从a点竖直向上抛出 其运动的轨迹如图所示 小球运动的轨迹上a b两点在同一水平线上 m为轨迹的最高点 小球抛出时的动能为8 0j 在m点的动能为6 0j 不计空气的阻力 求 1 小球水平位移x1与x2的比值 2 小球所受电场力f的大小与重力g的比值 结果可用根式表示 3 小球落到b点时的动能ekb 1 2011 上海 电场线分布如图所示 电场中a b两点的电场强度大小分别为ea和eb 电势分别为 a和 b 则 a ea eb a bb ea eb a bd ea eb a b解析c电场线的疏密表示电场强度的大小 得ea eb 所以a b错误 沿着电场线方向电势降低 所以c正确 d错误 2 如图所示 平行直线表示电场线 但未标方向 带电荷量为 10 2c的微粒在电场中只受电场力作用 由a点移到b点 动能损失0 1j 若a点电势为 10v 则 a b点的电势为10vb 电场线方向从右向左c 微粒的运动轨迹可能是轨迹1d 微粒的运动轨迹可能是轨迹2解析bc微粒由a b动能减小 则电场力对粒子做负功 所以粒子所受电场力向左 即电场线方向向左 轨迹为1 由w quab分析 b 0 3 2011 江苏单科 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 下列说法正确的是 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ab电场线与等势面垂直 可知右侧虚线上方电场线斜向右上方偏 而粒子向下偏 说明粒子带负电 故a正确 等势面的疏密表示电场强度的大小 故b正确 粒子在左侧做减速运动 故c错误 粒子所受的电场力一直做负功 电势能增加 d错误 4 如图所示 三个同心圆是同一个点电荷周围的三个等势面 已知这三个圆的半径成等差数列 a b