【红对勾】高考物理复习 62 电场能的性质课件.ppt

课时2电场能的性质 梳理知识突破难点 课前自主学习 知识回顾 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路径无关 只与初末位置有关 可见静电力做功与重力做功相似 2 在匀强电场中 电场力做的功w eqd 其中d为沿电场线方向的位移 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零势能位置时所做的功 2 静电力做功与电势能变化的关系静电力做的功等于电势能的减少量 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无限远处的电势能规定为零 或把电荷在大地表面的电势能规定为零 要点深化 电场力做功与电势能的变化 1 电场力做功与路径无关 与重力做功十分相似 2 电场力对电荷做正功时 电荷的电势能减少 电场力对电荷做负功时 电荷的电势能增加 电势能增加或减少的数值等于电场力做功的数值 3 电荷在电场中任意两点间移动时 它的电势能的变化量是确定的 因此移动电荷做功的数值也是确定的 所以电势能的变化仅与电场力做功有关 与是否有其它力的作用及运动性质都没有关系 且仅由电场力做功来量度 即w ep 基础自测 等量异种点电荷的连线及其中垂线如图1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 2 等势面 1 定义 电场中电势相等的各点组成的面 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 等差等势面越密的地方电场强度越大 反之越小 要点深化 电场线 场强 电势 等势面它们之间有何关系 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 基础自测 2009 上海高考 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2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 电势能减小 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 基础自测 如图3所示的匀强电场中 有a b c三点 ab 5cm bc 12cm 其中ab沿电场方向 bc和电场方向成60 角 一个电荷量为q 4 10 8c的正电荷从a移到b 电场力做功w1 1 2 10 7j 求 1 匀强电场的场强e 2 电荷从b移到c 电场力做的功w2 3 a c两点的电势差uac 答案 1 60v m 2 1 44 10 7j 3 6 6v 师生互动规律总结 课堂讲练互动 例1 如图4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 题后反思 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 变式1 1 2010 山东高考 某电场的电场线分布如图5所示 以下说法正确的是 a c点场强大于b点场强b a点电势高于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 电场线密集的地方场强大 则ec eb 选项a错误 沿电场线方向电势降低 选项b正确 从a到b的电场线是曲线 试探电荷受力的方向不断改变 试探电荷不可能沿电场线从a点运动到b点 选项c错误 对选项d 试探电荷 q从a移至b的过程中 电场力做正功 电势能减少 选项d正确 答案 bd 例2 为使带负电的点电荷q在一匀强电场中沿直线匀速地由a运动到b 必须对该电荷施加一个恒力f 如图6所示 若ab 0 4m 37 q 3 10 7c f 1 5 10 4n a点的电势 a 100v 不计负电荷受到的重力 1 在图中用实线画出电场线 用虚线画出通过a b两点的等势线 并标明它们的电势 2 求q在由a到b的过程中电势能的变化量 2 电势能的增加量为 ep quab 3 10 7 160j 4 8 10 5j 答案 1 见解析图 2 4 8 10 5j 题后反思本题涉及较多的知识点 如电场线 等势面 电场力做功 电势差 场强与电势差的关系等等 解题时要把握其特点 如等势面是一簇平面 电场线与等势面垂直等 搞清楚关系 如电场线与等势面的关系 场强与电势差的关系 电场力的功与电势差的关系等 对这些知识及其内在联系的学习和理解 是解决复杂问题的基础 变式2 1 2010 安徽高考 如图7所示 在xoy平面内有一个以o为圆心 半径r 0 1m的圆 p为圆周上的一点 o p两点连线与x轴正方向的夹角为 若空间存在沿y轴负方向的匀强电场 场强大小e 100v m 则o p两点的电势差可表示为 a uop 10sin v b uop 10sin v c uop 10cos v d uop 10cos v 解析 沿电场线方向电势降低 由uop o p可知 uop为负值 公式u e d中的d为沿电场线方向的距离 故uop er sin 10sin v 选项a正确 答案 a 例3 如图8所示 在真空中的a b两点分别放置等量的异种电荷 q q 在通过a b两点的竖直平面内相对于ab对称取一个矩形路径abcd 且ab平行于ab ad到a点的距离等于bc到b点的距离 设想将一个电子沿路径abcd运动一周 则正确的是 a 由a到b 电势降低 电子的电势能减小 b 由a到b 电势升高 电子的电势能增大c 由b到c 电场力对电子先做正功 后做负功 总功为零d 电d到a 电子的电势能先减小后增大 电势能的变化总量为零 解析 根据等量异种电荷的电场线分布图可知 由a到b 沿电场线的方向电势降低 电场力做负功 电势能增大 a b错误 由b到c 电场力对电子先做负功 后做正功 最终回到等势面上 所做的总功为零 c错误 由d到a 电场力对电子先做正功后做负功 所以电子的电势能先减小后增大 最终回到等势面上 所以电势能的变化总量为零 d正确 答案 d题后反思熟练掌握电势升高和降低的判断方法 理解电场力做功与电势能的变化关系 结合等量异种电荷的电场线分布图和等势面综合分析问题 变式3 1 2009 全国卷 图中虚线为匀强电场中与场强方向垂直的等间距平行直线 两粒子m n质量相等 所带电荷的绝对值也相等 现将m n从虚线上的o点以相同速率射出 两粒子在电场中运动的轨迹分别如图9中两条实线所示 点a b c为实线与虚线的交点 已知o点电势高于c点 若不计重力 则 a m带负电荷 n带正电荷 b n在a点的速度与m在c点的速度大小相同c n在从o点运动至a点的过程中克服电场力做功d m在从o点运动至b点的过程中 电场力对它做的功等于零解析 因o点电势高于c点 故场强方向向下 由轨迹弯曲方向知m带正电 n带负电 a选项错误 因uao uoc 利用动能定理得 a c两点速度大小相同 b选项正确 n从o到a过程电场力做正功 c选项错误 o b在同一等势面上 电场力做功为零 d选项正确 答案 bd 感悟真题检验技能 随堂巩固训练 1 2011 海南单科 关于静电场 下列说法正确的是 a 电势等于零的物体一定不带电b 电场强度为零的点 电势一定为零c 同一电场线上的各点 电势一定相等d 负电荷沿电场线方向移动时 电势能一定增加解析 零电势的位置是人为选定的 与物体是否带电无关 a错误 电场强度是电势随空间的变化率 二者的大小之间无直接联系 b错误 沿电场线的方向电势是逐渐降低的 c错误 由于负电荷在电势越低处电势能越大 故d正确 答案 d 2 2011 山东理综 如图10所示 在两等量异种点电荷的电场中 mn为两电荷连线的中垂线 a b c三点所在直线平行于两电荷的连线 且a与c关于mn对称 b点位于mn上 d点位于两电荷的连线上 以下判断正确的是 a b点场强大于d点场强b b点场强小于d点场强 c a b两点间的电势差等于b c两点间的电势差d 试探电荷 q在a点的电势能小于在c点的电势能解析 如图11所示 两电荷连线的中点位置用o表示 在中垂线mn上 o点场强最大 在两电荷之间的连线上 o点场强最小 即eb eo eo ed 故eb ed a错误b正确 等量异种电荷的电场中 电场线 等势线均具有对称性 a c两点关于mn对称 uab ubc c正确 试探电荷 q从a移到c 远离正电荷 靠近负电荷 电场力做正功 电势能减小 d错误 另一种理解方法 a点电势高于c点电势 试探电荷 q在a处的电势能大 在c处的电势能小 d错误 答案 bc 3 如图12所示 真空中有两个等量异种点电荷a b m n o是ab连线的垂线上的点 且ao bo 一带负电的试探电荷仅受电场力作用 运动轨迹如图中实线所示 设m n两点的场强大小分别为em en 电势分别为 m n 下列判断中正确的是 a b点电荷一定带正电b em小于enc m大于 nd 此试探电荷在m处的电势能小于n处的电势能 解析 由负电荷运动轨迹的弯曲方向可知 电荷a带负电 电荷b带正电 a正确 根据等量异种电荷电场线的特点 可得em小于en b正确 根据等量异种电荷等势线的特点 可得 m小于 n 由于试探电荷是负电荷 所以试探电荷在m处的电势能大于n处的电势能 c d错误 答案 ab 4 如图13所示 在绝缘的斜面上方 存在着匀强电场 电场方向平行于斜面向上 斜面上的带电金属块在平行于斜面的力f作用下沿斜面移动 已知金属块在移动的过程中 力f做功32j 金属块克服电场力做功8j 金属块克服摩擦力做功16j 重力势能增加18j 则在此过程中金属块的 a 动能减少10jb 电势能增加24jc 机械能减少24jd 内能增加16j 解析 由动能定理可知 ek 32j 8j 16j 18j 10j a正确 克服电场力做功为8j 则电势能增加8j b错误 机械能的改变量等于除重力以外的其他力所做的总功 故应为 e 32j 8j 16