高考物理二轮复习 专项突破 电势.ppt

电势能 电势 电势差 一 电势能和电场力的功00年上海11例1例202年江苏综合2903年上海5二 电势三 电势差和等势面等势面图四 电势与电场强度例3例496年全国1197年全国19例5五 匀强电场中场强和电势差的关系99年全国1500年江苏3004年天津1404年上海604年湖南2004年春季2101年全国701年上海302年上海600年春季1003年全国理综212005年上海卷12 电势能 电势 电势差 1 不仅由电荷 而且由电荷在电场中的相对位置决定的能量叫电势能 2 电势能的变化和电场力做功的关系 电场力做功的过程就是电势能和其它形式的能相互转化的过程电场力对电荷做正功 电荷的电势能减小电场力对电荷做负功 电荷的电势能增加电场力做的功等于电势能的减少w 3 电场力做功的特点 w quab只跟电荷的电量及起点和终点的电势差有关 跟电荷移动的路径无关 一电势能和电场力的功 00年上海11 如图 在场强为e的匀强电场中有相距为l的a b两点 边线ab与电场线的夹角为 将一电量为q的正电荷从a点移到b点 若沿直线ab移动该电荷 电场力做的功 若沿路径acb移动该电荷 电场力做的功 若沿曲线adb移动该电荷 电场力做的功 由此可知 电荷在电场中移动时 电场力做功的特点是 电场力做功的大小与路径无关 只与始末位置有关 例1 如图示 在匀强电场e中 一个负电荷在外力作用下由a点运动到b点 则 a 外力与电场力对电荷做功之和等于电荷电势能的增量与动能增量之和b 外力对电荷所做的功等于电荷电势能的增量与动能增量之和c 外力和电场力对电荷做功之和等于电荷动能的增量d 电荷克服电场力所做的功等于电荷动能的增量e 电荷克服电场力所做的功等于电荷电势能的增量 bce 在图示的电场中 已知a b两点间的电势差uab 10v a 电荷q 4 10 9c由a点移动到b点 电场力所做的功是多少 电势能是增加还是减少 b 电荷q 2 10 9c由a点移动到b点 电场力所做的功是多少 电势能是增加还是减少 解 a 电荷q 4 10 9c由a点移动到b点 电场力所做的功为 wab quab 4 10 9 10 4 10 8j 正电荷由a点移动到b点 电场力的方向与位移的方向相反 电场力做负功 即克服电场力做功 这时其他形式的能量转化为电势能 电势能增加 b 电荷q 2 10 9c由a点移动到b点 电场力所做的功为 wab quab 2 10 9 10 2 10 8j 负电荷由a点移动到b点 电场力的方向与位移的方向相同 电场力做正功 这时电势能转化为其他形式的能量 电势能减少 例2 02年江苏综合29 29 图5中a b c d e五点在一直线上 b c两点间的距离等于d e两点间的距离 在a点固定放置一个点电荷 带电量为 q 已知在 q的电场中b c两点间的电势差为u 将另一个点电荷 q从d点移动到e点的过程中 a 电场力做功qub 克服电场力做功quc 电场力做功大于qud 电场力做功小于qu d 03年上海5 5 一负电荷仅受电场力作用 从电场中的a点运动到b点 在此过程中该电荷做初速度为零的匀加速直线运动 则a b两点电场强度ea eb及该电荷在a b两点的电势能 a b之间的关系为 a ea ebb ea b ad 二 电势 若规定无穷远处电势为零 点电荷的电势 kq r正点电荷形成的电场中各点的电势均为正值 负点电荷形成的电场中各点的电势均为负值 1 电势是反映电场的能的性质的物理量 2 电势的定义 a uao o点电势为0 电场中某点的电势在数值上等于单位正电荷由该点移到零电势点时电场力所做的功 3 电势的单位 伏特 4 电势是标量 5 电势的相对性 6 沿着电场线方向 电势越来越低 三 电势差和等势面 1 电场中两点的电势之差叫电势差 uab a b 2 电荷在电场中由一点a移动到另一点b时 电场力所做的功wab跟移送电量q之比叫做两点的电势差uab wab q 3 等势面 电场中电势相等的点组成的面叫等势面 4 等势面的特点 a 在等势面上移动电荷时电场力不做功 b 等势面一定跟电场线垂直 而且电场线总是由电势较高的等势面指向电势较低的等势面 c 电场中两个等势面不相交 等势面图 两个等量异种电荷的等势面 两个等量同种电荷的等势面 四 电势与电场强度 例3 在静电场中 关于场强和电势的说法正确的是 a 电场强度大的地方电势一定高b 电势为零的地方场强也一定为零c 场强为零的地方电势也一定为零d 场强大小相同的点电势不一定相同 d 练习 下述说法正确的是 a 在同一等势面上移动电荷 电场力不作功b 等势面上各点场强大小一定相等c 电场中电势高处 电荷的电势能就大d 电场强度大处 电荷的电势能就大 a 若带正电的小球只受电场力的作用 则它在任意一段时间内 a 一定沿着电场线由高电势向低电势运动b 一定沿着电场线由低电势向高电势运动c 不一定沿电场线运动 但一定由高电势向低电势运动d 不一定沿电场线运动 也不一定由高电势向低电势运动 d 例4 1 在匀强电场中 沿场强方向的两点间的电势差等于场强与这两点的距离的乘积 u ed 上式可以改写成 2 在匀强电场中 场强在数值上等于沿场强方向每单位距离上的电势差 3 场强的另一个单位 v m 这个单位与前面讲过的场强的单位n c是相等的 五 匀强电场中场强和电势差的关系 如图a b c是一条电力线上的三个点 电力线的方向由a到c a b间的距离等于b c间的距离 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 可以断定 a a b c b ea eb ec c a b b c d ea eb ec a 96年高考 质量为m 电量为q的质点 在静电力作用下以恒定速率v沿圆弧从a点运动到b点 其速度方向改变的角度为 弧度 ab弧长为s 则a b两点间的电势差 a b ab弧中点的场强大小e 97年高考19 解 因为质点动能不变 所以电场力不做功 ab圆弧为点电荷的等势线 a b 0 电场力提供向心力 mv2 r qe r s e mv2 qr mv2 qs 0 mv2 qs 带电粒子在电场中由a点运动到b点 图中实线为电场线 虚线为粒子运动轨迹 则可以判定 a 粒子带负电b 粒子的电势能不断减少c 粒子的动能不断减少d 粒子的在a点的加速度小于在b点的加速度 解 在a点 电场力必须沿图示方向 否则 粒子将向另一侧运动 acd 例5 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 99年全国15 解 uac 18v 连接ac并且将ac三等分 则 ufc 6v f 3v b 连接bf 则bf为等势线 作de bf 可以证明 bcf daeae fc d e 9v 9v 倾角30 的直角三角形 底边长2l 底边处在水平位置 斜边为光滑绝缘导轨 现在底边中点o固定一个正电荷q 让一个质量为m的带正电的电荷q从斜面顶端a沿斜面下滑 不脱离斜面 已测得它滑到仍在斜边上的垂足d处的速度为v 加速度为a 方向沿斜面向下 问该质点滑到底端时的速度和加速度各为多少 00年江苏30 解 连接od 分析受力 由机械能守恒定律 在d点mgsin30 f电cos30 ma 在c点mgsin30 f电cos30 mac ac g a 14 在静电场中 将一电子从a点移到b点 电场力做了正功 则 a 电场强度的方向一定是由a点指向b点b 电场强度的方向一定是由b点指向a点c 电子在a点的电势能一定比在b点高d 电子在b点的电势能一定比在a点高 04年天津14 c 6 某静电场沿x方向的电势分布如图所示 则 a 在0 x1之间不存在沿x方向的电场 b 在0 x1之间存在着沿x方向的匀强电场 c 在x1 x2之间存在着沿x方向的匀强电场 d 在x1 x2之间存在着沿x方向的非匀强电场 04年上海6 ac 如图 一绝缘细杆的两端各固定着一个小球 两小球带有等量异号的电荷 处于匀强电场中 电场方向如图中箭头所示 开始时 细杆与电场方向垂直 即在图中 所示的位置 接着使细杆绕其中心转过90 到达图中 所示的位置 最后 使细杆移到图中 所示的位置 以w1表示细杆由位置 到位置 过程中电场力对两小球所做的功 w2表示细杆由位置 到位置 过程中电场力对两小球所做的功 则有 a w1 0 w2 0b w1 0 w2 0c w1 0 w2 0d w1 0 w2 0 04年湖南20 c 04年春季21 点拨 点电荷的等势面不均匀 越向外越稀疏 uab ubc u12 2u34w qu两电荷一定异号 b 7 如下图 虚线a b和c是某电场中的三个等势面 它们的电势分别为 a b和 c a b c 一带正电的粒子射入电场中 其运动轨迹如实线klmn所示 由图可知 a 粒子从k到l的过程中 电场力做负功b 粒子从l到m的过程中 电场力做负功c 粒子从k到l的过程中 静电势能增加d 粒子从l到m的过程中 动能减少 01年全国7 点拨 a b c一定是正电荷的电场 粒子从k到l的过程中 受到斥力 电场力做负功 静电势能增加 ac 01年上海3 3 a b两点各放在电量为 q和 2q的点电荷 a b c d四点在同一直线上 且ac cd db 将一正电荷从c点沿直线移到d点 则 a 电场力一直做正功b 电场力先做正功再做负功c 电场力一直做负功d 电场力先做负功再做正功 提示 电场强度为0的点p在cd中点的左侧 p点左侧各点的合场强向右 q从a到p 电场力做正功 p点右侧各点的合场强向左 q从p到b 电场力做负功 b 02年上海6 6 如图所示 在粗糙水平面上固定一点电荷q 在m点无初速释放一带有恒定电量的小物块 小物块在q的电场中运动到n点静止 则从m点运动到n点的过程中 a 小物块所受电场力逐渐减小b 小物块具有的电势能逐渐减小c m点的电势一定高于n点的电势d 小物块电势能变化量的大小一定等于克服摩擦力做的功 abd 10 如图所示 p q是两个电量相等的正的点电荷 它们连线的中点是o a b是中垂线上的两点 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 b b ea不一定大于eb a一定大于 b c ea一定大于eb a不一定大于 b d ea不一定大于eb a不一定大于 b 00年春季10 点拨 在o点和无穷远处的电场强度都是0 中间有一极大值 将一正电荷从a移到b 电场力做正功 所以 a一定大于 b b 03年全国理综21 图中虚线所示为静电场中的等势面1 2 3 4 相邻的等势面之间的电势差相等 其中等势面3的电势为0 一带正电的点电荷在静电力的作用下运动 经过a b点时的动能分别为26ev和5ev 当这一点电荷运动到某一位置 其电势能变为 8ev时 它的动能应为 a 8evb 15evc 20evd 34ev 解 设相邻两个等势面的电势差为u wab quab ek 21ev 3qu qu 7evuab 0 3 0