《高考风向标》高考物理一轮复习 专题七 第2讲 电势能 电势 电势差课件.ppt

电势 电势差 考点1电场力做功与电势能 第2讲电势能 1 电场力做功 1 特点 电场力做功与电荷移动的无关 只取决于初 末位置的和被移动电荷的 2 电场力做功的表达式 wab a b q uab q 路径 电势差 电量 1 定义 电荷在电场中具有的势能 等于静电力把它从该 点移动到位置时所做的功 2 矢标性 电势能是 但有正负之分 负值表明比零 电势能还要低 正值表示比零电势能高 2 电势能 零势能 标量 3 重力做功与电场力做功的比较 1 单选 2011年上海模拟 一带电粒子射入一固定的点电荷q的电场中 沿如图7 2 1所示的虚线由a点运动到b点 a b两点到点电荷q的距离分别为ra和rb且ra rb 若不计重力 则 图7 2 1 b 带电粒子所受电场力先做正功后做负功c 带电粒子在b点的动能大于在a点的动能d 带电粒子在b点的电势能大于在a点的电势能 解析 由带电粒子运动轨迹可知 其与点电荷q带同种电荷 但无法确定正负 a错 鉴于二者带同种电荷 静电力表现为斥力 则带电粒子由a b过程中 靠近q时电场力做负功 动能减小 电势能增加 远离q时 电场力做正功 动能增加 电势能减小 且a b过程中粒子总能量不变 当ra rb 则epa epb eka ekb 故b c错 d正确 a 带电粒子一定带正电 答案 d 用下从静止开始运动 则它一定 a 向场强小的地方运动b 向电势低的地方运动c 向其电势能小的地方运动d 沿某条电场线运动 考点2 电势 电势差 等势面 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 叫做这一点的电势 2 单选 2011年惠州一模 一电荷在电场中只在电场力作 c 2 定义式 3 矢标性 电势是 其大小有正负之分 其正 负 表 示该点电势比零电势高 低 4 相对性 电势具有相对性 同一点的电势因选取 的不同而不同 2 电势差 1 定义 电场中两点间电势的差值称为这两点的电势差 2 表达式 uab 3 影响因素 电势差uab与电场力做功wab无关 与电场所带电量q无关 它由电场本身的性质决定 与初 末位置有关 与零势点的选取无关 q ep 标量 零势点 a b wab q 4 与场强的关系 u ed 适用条件 匀强电场 其中d为 沿电场线方向的距离 3 等势面 1 定义 电场中电势相同的各点构成的面 2 特点 等势面一定与电场线垂直 即跟场强的方向垂直 在同一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 在空间中两等势面不相交 等差等势面越密的地方电场强度 反之 越大 越小 3 单选 2011年佛山一模 在图7 2 2中 实线和虚线分别表示等量异种点电荷的电场线和等势线 则下列有关p q两点的相关说法中正确的是 图7 2 2 a 两点的场强等大 反向b p点电场更强 c 两点电势一样高d q点的电势较低 c 4 双选 如图7 2 3甲所示 ab是某电场中的一条电场线 若有一电子以某一初速度并且仅在电场力的作用下 沿ab由a点运动到b点 其速度 时间图象如图乙所示 下列关于a b两点的电势 和电场强度e大小的判断正确的是 a ea ebc a b b ea ebd a b ac 图7 2 3 解析 要比较电场中两点电势的高低 关键在于判断电场线的方向 从v t图象易知电子做加速度逐渐减小的减速运动 故电子所受电场力与运动方向相反 场强的方向由a指向b 因为沿着电场线的方向电势降低 故 a b 又因为加速度逐渐减小 故ea eb 考点3 电场中各物理量的关系 1 电场强度 电势 电势差 电势能的对比 2 电场线 电场强度 电势 等势面的关系 1 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 沿着电场线方向 电势越来越低 3 电场线总与等势面垂直 且从高等势面指向低等势面 4 电场线越密的地方 等势面也越密 5 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 5 单选 如图7 2 4所示 p q是电荷量相等的两个正点电荷 它们的连线中点为o点 a b是pq连线的中垂线上的两点 oa ob 用ea eb a b分别表示a b两点的场强和电势 则 a ea一定大于eb a一定大于 bb ea一定大于eb a不一定大于 bc ea不一定大于eb a一定大于 bd ea不一定大于eb a不一定大于 b c 图7 2 4 图25 解析 如图25所示 找到a的对称点c a点和c点的场强和电势大小都相等 等量同种电荷的连线的中垂线上存在有场强极大值的点 它可能在c点上方 也可能在c点下方 故b和c两点场强大小不确定 将一带正电的点电荷从c移至b 电场力做正功 所以电势能减小 电势降低 6 单选 2010年全国卷 关于静电场 下列结论普遍成 立的是 a 电场强度大的地方电势高 电场强度小的地方电势低b 电场中任意两点之间的电势差只与这两点的场强有关c 在正电荷或负电荷产生的静电场中 场强方向都指向电 势降低最快的方向 d 将正点电荷从场强为零的一点移动到场强为零的另一 点 电场力做功为零 c 7 单选 2010年天津卷 在静电场中 将一正电荷从a 移动到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 正电荷从a移动到b点 电场力做了负功 电势能 增加 说明b点的电势一定比a点高 选项c正确 c 热点1带电粒子在电场中运动情况的判断 例1 双选 2009年全国卷 如图7 2 5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轴的右侧 mp on 则 图7 2 5 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 答案 ad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对 将负电荷由o点移到p要克服电场力做功 即电场力做负功 b错 根据u ed 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 这类题考查的是根据带电粒子在电场中的 运动来判断力的方向 电场方向 电荷的正负 电势的高低 电场力做功的正负 电势能的增减 动能的增减等 一般判断方法有 做曲线运动的条件 通过力指向运动轨迹弯曲的一侧来判断电场力的方向 根据力的方向与电荷正负以及电场的方向关系来相互判断 例如判断出力的方向 根据电场方向 力与电场方向相同则粒子带正电 力与电场方向相反则粒子带负电 1 双选 2010年广州二模 a b c d四个带电液滴在如图7 2 6所示的匀强电场中 分别水平向左 水平向右 竖直向上 竖直向下做匀速直线运动 则 图7 2 6 a a b为同种电荷 c d为异种电荷b a b的电势能 机械能均不变c c的电势能减少 机械能增加d d的电势能减少 机械能减少 bc 解析 a b c d四个带电液滴在电场力和重力作用下 做匀速直线运动则重力与电场力大小相等方向相反 所以a b c d四个带电液滴电场力都向上 都带正电 a项错 a b水平匀速重力电场力都不做功 b项正确 c向上运动重力做负功 电场力做正功 电势能减少 机械能增加 所以c项正确 而d向下运动重力做正功 电场力做负功 电势能增加 d项错 乙所带电荷量q 2 0 10 c g取10m s 水平轨道足够长 热点2力电综合问题 例2 2010年安徽卷 如图7 2 7所示 abd为竖直平面内的光滑绝缘轨道 其中ab段是水平的 bd段为半径r 0 2m的半圆 两段轨道相切于b点 整个轨道处在竖直向下的匀强电场中 场强大小e 5 0 103v m 一不带电的绝缘小球甲 以速度v0沿水平轨道向右运动 与静止在b点带正电的小球乙 发生弹性碰撞 已知甲 乙两球的质量均为m 1 0 10 2 kg 5 2 甲 乙两球可视为质点 整个运动过程无电荷转移 图7 2 7 1 甲乙两球碰撞后 乙恰能通过轨道的最高点d 求乙在 轨道上的首次落点到b点的距离 2 在满足 1 的条件下 求的甲的速度v0 3 若甲仍以速度v0向右运动 增大甲的质量 保持乙的质量不变 求乙在轨道上的首次落点到b点的距离范围 3 设甲的质量为m 碰撞后甲 乙的速度分别为vm vm 根据动量守恒和机械能守恒定律有 mv0 mvm mvm 联立 得 由 和m m 可得 v0 vm 2v0 解决力电综合问题的一般方法 1 力和运动关系 牛顿运动定律和运动规律的结合 受力情况决定运动情况 运动情况反映受力情况 根据力与运动列方程 2 功和能关系 做功引起能量的转化 而能量在转化和转移过程中总量守恒 根据功与能转化对应列方程 根据能量守恒列方程 这类问题一般比较难 要分析好物体运动的过程与状态 在过程或状态中找物理量的关系 再运用上面的两个方法列方程联立求解 尤其注意分析临界状态 2 2010年佛山二模 a b两金属板如图7 2 8所示竖直固定在绝缘底座上 与底座的总质量为m 将其静放在光滑水平面上 已知两金属板间的电压为u 极板间距为d 在a板底端上有一小孔 质量也为m 带正电 电荷量为q的小滑块以v0的速度从小孔水平滑入极板间 小滑块最远可滑到距a板为x的p点 已知小滑块与底座间的动摩擦因数为 极板外侧的电场强度为0 不计电场的边缘效应以及小滑块电荷对电场的影响 求 1 x的值 2 小滑块在极板间运动的全过程中 因与底座间的摩擦而 产生的内能 图7 2 8 易错点 粒子运动与受力情况的分析 例1 单选 如图7 2 9所示 图中实线表示一匀强电场的电场线 一带负电的粒子射入电场 虚线是它的运动轨迹 a b是轨迹上的两点 若粒子受重力不计 那么正确的判断是 图7 2 9 a 电场线方向向下 b 粒子一定从a点运动到b点c a点的电势比b点的高 d 粒子在a点的电势能大于在b点的电势能 d 错解分析 错解一 根据粒子运动的轨迹 联想到重力场中的平抛运动 认为粒子一定是从a点运动到b点 错选b 错解二 混淆电势与电势能的概念 认为a点运动到b点 是类平抛运动 b点动能大 所以a点的电势比b点的高 错选c 正确解析 无论粒子从a点或者从b点射入电场中 由于运动轨迹向下弯曲 说明粒子受电场力的方向向下 粒子带负电可判明电场线的方向向上 a项错误 粒子既可以从a点运动到b点 也可以从b点运动到a点 b项错 由于顺着电场线电势降低 故c项错误 由于是负电荷 电势越大处电势能越小 故d项正确 本题的关键是从运动轨迹的弯曲方向入手 运用曲线运动的特点确定粒子受力方向并进而确定电场方向 然后讨论电势高低并比较粒子在不同位置时电势能的大小和动能的大小等 电势与电势能是两个的不同概念 若 a b 由epa q a epb q b 若电荷为正 epa epb 若电荷为负 则epa epb 1 双选 如图7 2 10所示 实线是一个电场中的电场线 虚线是一个负检验电荷在这个电场中的轨迹 若电荷是从a处运动到b处 以下判断正确的是 图7 2 10 a 电荷从a到b加速度减小b b处电势能大c b处电势高 d 电荷在b处速度小 d 解析 由题图可知b处的电场线比a处的电场线密 说明b处的场强大于a处的