高考物理第二轮 要点专题复习19课件.ppt

第2讲电场能的性质 静电力做功的特点与电势能1 静电力做功的特点 1 在电场中移动电荷时电场力做功与无关 只与有关 可见静电力做功与做功相似 2 在匀强电场中 电场力做的功w 其中d为沿的位移 路径 初末位置 重力 eqd 电场线方向 2 电势能 1 定义 电荷在电场中具有的势能 等于静电力把它从该点移到时所做的功 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 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的电势能规定为零 或把电荷在表面的电势能规定为零 零势能位置 电势能的减少量 无限远处 大地 题组演练 1 1等量异种点电荷的连线及其中垂线如右图所示 现将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 则试探电荷在此过程中 a 所受电场力方向一直不改变b 所受电场力大小一直减小c 电势能一直减小d 电势能先不变后减小 解析 在ab的连线上一点 由电场的叠加可知 方向始终和正负点电荷的连线平行 在bc上方向也由正电荷指向负电荷 故方向不变 a对 由电场线的空间分布可知 由a到b电场线变密 故电场力应越来越大 b错 由等势面的空间分布来看 ab是等势线 电荷在其中运动不做功 电势能不变 c错 由b到c负电荷逆电场线运动 必做正功 电势能减少 d对 故正确答案为a d 答案 ad 1 2如右图所示的电场线 可判定 a 该电场一定是匀强电场b a点的电势一定低于b点电势c 负电荷放在b点的电势能比a点的电势能大d 负电荷放在b点所受电场力方向向右 解析 由图知 该电场线为直线 在我们常接触的电场中 匀强电场的电场线是直线 但点电荷的电场线也是直线 故也可能是正电荷放在左端或负电荷放在右端时产生电场的电场线 另外也可能是正负电荷之间的一条电场线 故a错 电势的高低可据电场线由高电势指向低电势判断 则 a b 故b错 由于 a b 故正电荷在a点的电势能大 而负电荷在b点的电势能大 因此c正确 也可假设负电荷由a移到b 则该过程中电场力向左与运动方向相反 故电场力做负功 电势能增加 负电荷在电场中所受电场力的方向与该点场强的方向相反 故d错 答案 c 电势和等势面1 电势 1 定义 试探电荷在电场中某点具有的与的比值 2 定义式 3 矢标性 电势是 其大小有正负之分 其正 负 表示该点电势比高 低 4 相对性 电势具有 同一点的电势因的选取的不同而不同 电势能ep 电荷量q 标量 零电势 相对性 零势点 2 等势面 1 定义 电场中的各点组成的面 2 特点 等势面一定与电场线 即跟场强的方向 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 题组演练 2 1 2010年江苏省盐城市调研 x轴上有两点电荷q1和q2 q1和q2之间各点对应的电势高低如右图中曲线所示 从图中可看出 a q1一定大于q2b q1和q2一定是同种电荷 但不一定是正电荷c 电势最低处p点的电场强度为0d q1和q2之间各点的电场方向都指向p点 解析 从图象看到 从q1到q2电势是先减小后增大 可以判断q1和q2为同种正电荷 若p点位于中点 两点电荷的电荷量相同 但是p点离q2近点 说明q1一定大于q2 a d项正确 根据电场的叠加原理可以判断p点电场强度为0 从图象看电势随距离的变化率也可以得出c项正确 答案 acd 电势差1 定义 电荷在电场中 由一点a移到另一点b时 wab与的比值 2 定义式 uab 3 电势差与电势的关系 uab 4 单位 符号 5 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 与零势点的选取 电场力所做的功 移动电荷量q a b 伏特 v 电场本身的性质 无关 无关 题组演练 3 1把一个电荷量为q 5 10 9c的正电荷从距电场无穷远处移到电场中m点 电荷克服电场力做功wm 6 0 10 3j 如果把该点电荷从距电场无穷远处移到电场中n点 电荷克服电场力做功wn 3 6 10 3j 取无穷远处为零电势点 求 1 m n点的电势是多少 2 m n点的电势差是多少 把该点电荷从m点移到n点电场力做功是多少 解析 1 由题意可知 若将该电荷从m点和n点分别移到无穷远处 电场力应做正功 其值分别等于wm和wn 设o点为无穷远处 o 0 则 所以 m 1 2 106v n 7 2 105v 2 m n两点电势差umn m n 4 8 105v点电荷从m点移到n点 电场力做功w qumn 5 10 9 4 8 105j 2 4 10 3j 电场力做正功 答案 1 1 2 106v7 2 105v 2 4 8 105v2 4 10 3j 一 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 1 一带电油滴在匀强电场e中的运动轨迹如右图中虚线所示 电场方向竖直向下 若不计空气阻力 则此带电油滴从a运动到b的过程中 能量的变化情况为 a 动能减少b 电势能增加c 动能和电势能之和减少d 重力势能和电势能之和增加 解析 该油滴从a点进入电场 根据其轨迹的弯曲趋势 结合力学质点做曲线运动的条件 可以判断电场力一定竖直向上 且电场力大于重力 所以油滴带负电荷 运动过程中合力向上做正功 根据动能定理 油滴动能增加 a错误 电场力做正功 电势能必然减少 b错误 该处能量守恒的形式表现为电势能 机械能 动能 重力势能 之和守恒 根据能量守恒定律 既然动能增加 则重力势能与电势能之和一定减少 d错误 油滴上升 重力势能增加 动能和电势能之和必然减少 所以本题正确选项是c 答案 c 二 电场线 场强 电势 等势面的相互关系1 电场线与场强的关系 电场线越密的地方表示场强越大 电场线上每点的切线方向表示该点的场强方向 2 电场线与电势的关系 沿着电场线方向 电势越来越低 3 等势面与电场线的关系 1 电场线总是与等势面垂直 且从高等势面指向低等势面 2 电场线越密的地方 等差等势面也越密 3 沿等势面移动电荷 电场力不做功 沿电场线移动电荷 电场力一定做功 4 场强数值与电势数值无直接关系 场强大 或小 的地方电势不一定大 或小 零电势可人为选取 而场强是否为零则由电场本身决定 2 2009年上海单科 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右图所示 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 电场力做正功c 负电荷从a点移到c点 电场力做正功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 同一检验电荷在a b两点受力方向不同 所以a错误 因为a b两处有负电荷 所以 等势线由外向内表示的电势越来越低 将正电荷从c点移到d点 正电荷的电势能增加 电场力做负功 b错误 负电荷从a点移到c点 电势能减少 电场力做正功 c正确 正电荷沿虚线从e点移到f点的过程中 电势先降低再升高 电势能先减小后增大 答案 cd 如下图所示 某区域电场线左右对称分布 m n为对称线上的两点 下列说法正确的是 a m点电势一定高于n点电势b m点场强一定大于n点场强c 正电荷在m点的电势能大于在n点的电势能d 将电子从m点移动到n点 电场力做正功 解析 沿电场线方向 电势降低 所以m点电势一定高于n点电势 a正确 电场线的疏密程度表示电场的强弱 由图可知 m点场强一定小于n点场强 b错 若把正电荷由m点移到n点电场力做正功 电荷的电势能减小 所以epm epn c正确 电子在电场中受电场力的方向沿nm指向m 电场力做负功 d错 答案 ac 1 计算电场力做功常有哪些方法 wab quab 普遍适用 w qe x cos 适用于匀强电场 wab ep 从能量角度求解 w电 w非电 ek 由动能定理求解 2 电势能增减的判断方法做功法 无论电荷是正是负 只要电场力做正功 电荷的电势能就减少 电场力做负功 电荷的电势能就增加 3 电势高低的判断 据电场线的方向 沿电场线方向 电势越来越低 据电场力做功的方法 据定义式uab 将wab q的 代入 由uab的 可判电势高低 1 1 如右图所示 q1 q2为两个固定点电荷 其中q1带正电 它们连线的延长线上有a b两点 一正试探电荷以一定的初速度沿直线从b点开始经a点向远处运动 其速度图象如下图所示 则 a q2带正电b q2带负电c 试探电荷从b到a的过程中电势能增大d 试探电荷从b到a的过程中电势能减小 解析 本题考查的是场强叠加 电场力做功与电势能的关系及读图能力 由速度 时间图象可知试探电荷从b点到a点过程速度减小 电场力做负功电势能增加 q2带负电 过了a点后 速度增大 电场力做正功 电势能减小 故bc选项正确 答案 bc 如右图所示 实线为方向未知的三条电场线 虚线分别为等势线1 2 3 已知mn nq a b两带电粒子从等势线2上的o点以相同的初速度飞出 仅在电场力作用下 两粒子的运动轨迹如右图所示 则 a a一定带正电 b一定带负电b a加速度减小 b加速度增大c mn电势差 umn 等于nq两点电势差 unq d a粒子到达等势线3的动能变化量比b粒子到达等势线1的动能变化量小 解析 由带电粒子在运动轨迹 结合曲线运动的特点可知带电粒子所受的电场力方向 但因为电场线的方向不确定 故不能判断带电粒子带电的性质 a错 由电场线的疏密可知 a加速度将减小 b加速度将增大 b正确 因为是非匀强电场 故mn电势差并不等于nq两点电势差 c错 但因为等势线1与2之间的电场强度比2与3之间的电场强度要大 故1 2之间的电势差要大于2 3之间的电势差 但两粒子的带电荷量大小不确定 故无法比较动能变化量的大小 d错误 答案 b 2 1 如右图所示 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 a o点电势高于m点电势b 运动过程中电子在m点电势能最多c 运动过程中 电子的电势能先减少后增加d 电场对电子先做负功 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上 故电场方向斜向下 m点电势高于o点 a错误 电子在m点电势能最少 b错误 运动过程中 电子先克服电场力做功 后电场力对电子做正功 故c错误 d正确 答案 d 足够长的粗糙绝缘板a上放一个质量为m 电荷量为 q的小滑块b 用手托住a置于方向水平向左 场强大小为e的匀强电场中 此时a b均能静止 如右图所示 现将绝缘板a从图中位置p垂直电场线移至位置q 发现小滑块b相对a发生了运动 为研究方便可以将绝缘板a的运动简化成先匀加速接着匀减速到静止的过程 测量发现竖直方向加速的时间为0 8s 减速的时间为0 2s p q位置高度差为0 5m 已知匀强电场的场强e a b之间动摩擦因数 0 4 g取10m s2 求 1 绝缘板a加速和减速的加速度分别为多大 2 滑块b最后停在离出发点水平距离多大处 解析 1 设绝缘板a匀加速和匀减速的加速度大小分别为a1和a2 其时间分别为t1和t2 p q高度差为h 则有a1t1 a2t2求得a1 1 25m s2 a2 5m s2 2 研究滑块b 在绝缘板a上匀减速的过程中 由牛顿第二定律可得竖直方向上mg fn ma2水平方向上eq fn ma3求得a3 0 1g 1m s2 在这个过程中滑块b的水平位移大小为 在绝缘板a静止后 滑块b将沿水平方向做匀减速运动 设加速度大小为a4 有 mg eq ma4 得a4 0 1g 1m s2该过程中滑块b的水平位移大小为x4 x3 0 02m最后滑块b静止时离出发点的水平距离x x4 x3 0 04m 答案 1 1 25m s25m s2 2 0 04m 解决这类问题的常用方法 1 利用力和运动的关系 牛顿运动定律和匀变速直线运动规律的结合 即 受力和初速决定运动 运动反映受力 一切力学问题的分析基础 特适于恒力作用下的匀变速运动 2 利用功 能关系 动能定理及其他力的功能关系 如重力 电场力 摩擦力等 及能的转化守恒 即 做功引起并量度了能的改变 无论恒力作用 变力作用 直线运动 曲线运动皆可 3 1 2009年四川卷 如右图所示 粗糙程度均匀的绝缘斜面下方o点处有一正点电荷 带负电的小物体以初速度v1从m点沿斜面上滑 到达n点时速度为零 然后下滑回到m点 此时速度为v2 v2 v1 若小物体电荷量保持不变 om on 则 a 小物体上升的最大高度为b 从n到m的过程中 小物体的电势能逐渐减小c 从m到n的过程中 电场力对小物体先做负功后做正功d 从n到m的过程中 小物体受到的摩擦力和电场力均是先增大后减小 a项正确 从n至m 点电荷周围的电势先增大后减小 故小物体的电势能先减小后增大 b项错误 从m到n的过程中 电场力对小物体先做正功后做负功 c项错误 根据库仑定律 从n到m的过程中 小物体受到的库仑力先增大后减小 受力分析知 小物体受到的支持力先增大后减小 因而摩擦力也是先增大后减小 d项正确 答案 ad 1 如下图所示的真空空间中 仅在正方体中的黑点处存在着电荷量大小相等的点电荷 则图中a b两点电场强度和电势均相同的是 解析 c图中a b两点处在 q q连线的中垂线上 且关于两电荷连线对称分布 电场强度和电势均相同 答案 c 2 如右图所示 在一个粗糙水平面上 彼此靠近地放置两个带同种电荷的小物块 由静止释放后 两个物块向相反方向运动 并最终停止 在物块的运动过程中 下列表述正确的是 a 两个物块的电势能逐渐减少b 物块受到的库仑力不做功c 两个物块的机械能守恒d 物块受到的摩擦力始终小于其受到的库仑力 解析 由静止释放后 两带电小物块带同种电荷 所以库仑力对它们均做正功 故电势能都减小 a正确 b错误 两小物块运动过程中 因摩擦力和电场力分别做功 发生机械能和其他能量的相互转化 故机械能不守恒 c错 因最终停止 故d错 答案 a 3 2009年全国卷 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 p点在y轴右侧 mp on 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 在静电场中 沿着电场线方向 电势降低 a项正确 负电荷在电场中受力方向与电场线的切线方向相反 故由o向p运动时 电场力做负功 b项错 由电场线的疏密程度可知 om段的任意点场强均大于mn段任意点场强 故移动同一正电荷在om段和mn段间运动 电场力在om段做功较多 故om两点间电势差大于mn两点间电势差 c项错 根据两场线关于y轴对称 故y轴上场强方向处处沿y轴正方向 故静电荷受力始终沿y轴正方向 故粒子做直线运动 d项正确 答案 ad 4 如右图为一匀强电场 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2