高考物理一轮总复习 专题7 电场 第2讲 电势能、电势、电势差课件.ppt

第2讲电势能 电势 电势差 考纲解读 1 掌握电势 电势能 电势差的概念 2 理解电场力做功的特点 掌握电场力做功与电势能变化的关系 3 会分析电场中电势的变化 并能利用功能关系分析电荷或带电物体的电势能的变化情况 一 电场力做功和电势能1 静电力做功 1 特点 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 考点o讲堂梳理自查 实际路径 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 电势能 电荷量 零电势点 2 等势面 1 定义 电场中 的各点构成的面 2 特点 在等势面上移动电荷 电场力不做功 等势面一定与电场线垂直 即与场强方向 电场线总是由电势 的等势面指向电势 的等势面 等差等势面的疏密表示电场的强弱 等差等势面越密的地方 电场线越密 电势相同 垂直 高 低 三 电势差1 定义 电荷在电场中 由一点a移到另一点b时 电场力所做的功wab与移动的电荷的电量q的比值 2 定义式 uab 3 电势差与电势的关系 uab uab uba 4 电势差与电场强度的关系匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点的距离的乘积 即uab ed a b 温馨提示 电势和电势差都是由电场本身决定的 与检验电荷无关 但电势是相对量 电场中各点的电势与零电势点的选取有关 而电势差是绝对量 与零电势点的选取无关 1 对电场力做功和电势能变化的考查 如图所示 正点电荷 电荷量为q 产生的电场中 已知a b间的电势差为u 现将电荷量为q的正点电荷从b移到a 则 a 外力克服电场力做功qu 电荷q的电势能增加qub 外力克服电场力做功qu 电荷q的电势能增加quc 外力克服电场力做功qu 电荷q的电势能增加qud 外力克服电场力做功qu 电荷q的电势能减少qu 答案 c 解析 电荷量为q的正点电荷从b移到a 库仑力由a指向b 外力需要克服库仑力做功qu 电势能增加qu 选项c正确 2 对等势面的考查 空间中p q两点处各固定一个点电荷 其中p点处为正电荷 p q两点附近电场的等势面分布如图所示 a b c d为电场中的4个点 则 a p q两点处的电荷等量同种b a点和b点的电场强度相同c c点的电势低于d点的电势d 负电荷从a到c 电势能减少 答案 d 解析 根据等势面画出电场线可知p q两点处的电荷等量异种 选项a错误 a点和b点的电场强度方向不同 选项b错误 越靠近正电荷 等势面的电势越高 c点电势高于d点电势 选项c错误 负电荷从a移到c 电势升高 电势能减少 选项d正确 3 对电势 电场强度关系的考查 在静电场中 下列说法正确的是 a 电场强度处处为零的区域内 电势一定也处处为零b 电场强度处处相同的区域内 电势一定也处处相同c 电场强度的方向总是跟等势面垂直d 电势降低的方向就是电场强度的方向 答案 c 解析 电场强度的大小与电势大小没有必然关系 选项a b错误 电场线始终与等势面垂直 选项c正确 电势降低最快的方向就是电场强度的方向 选项d错误 答案 bc 5 对电场强度和电势差关系的考查 如图所示是一个匀强电场的等势面 每两个相邻等势面相距2cm 由此可以确定电场强度的方向和数值是 a 竖直向下 e 100v mb 水平向左 e 100v mc 水平向左 e 200v md 水平向右 e 200v m 答案 b 1 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 2 电场力做功的特点 电场力对某电荷做的功与路径无关 只与初 末位置的电势差有关 考点1电场中的功能关系 3 电场力做功的计算方法 例1 多选 如图所示 在粗糙的斜面上固定一点电荷q 在m点无初速度地释放带有恒定电荷的小物块 小物块在q产生的电场中沿斜面运动到n点静止 则从m到n的过程中 a 小物块所受的电场力减小b 小物块的电势能可能增加c 小物块电势能变化量的大小一定小于克服摩擦力做的功d m点的电势一定高于n点的电势思路剖析 小物块从m点由静止释放至n点又静止 说明物体先加速后减速 因此物块一定受到摩擦力的作用 其能量在重力势能 电势能和内能之间转化 答案 ac 解析 q为点电荷 越远电场力越小 选项a正确 由小物块的初 末状态可知 小物块从m到n的过程先加速再减速 而重力和摩擦力均为恒力 所以电荷间的库仑力为斥力 电场力做正功 电势能减小 选项b错误 由功能关系可知 克服摩擦力做的功等于电势能和重力势能的减少量之和 故选项c正确 因不知q和物块的电性 无法判断电势高低 选项d错误 练1如图所示 实线为电场线 虚线为等势线 且相邻两等势线间的电势差相等 一正电子在等势线 3上时 具有动能20j 它在运动到等势线 1上时 速度为零 令 2 0 那么 当该电荷的电势能为4j时 其动能大小为 a 16jb 10jc 6jd 4j 答案 c 解析 正电荷从等势线 3运动到等势线 1上时 克服电场力做功 电势能增加了20j 由u12 u23 2 0知 1 3 则点电荷在等势线 1处电势能为10j 在 3处电势能为 10j 正电子的总能量e总 10j 当电势能为4j时 动能应为6j 选项c正确 处理电场中能量问题的基本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 应用能量守恒定律解决问题需注意电势能和其他形式能之间的转化 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 4 有电场力做功的过程机械能一般不守恒 但机械能与电势能的总和可以不变 1 电势高低的判断 考点2电势高低与电势能大小的判断 2 电势能大小的判断 思路剖析 1 电势为标量 如何比较两电荷在空间不同的点产生电势的大小 2 电场强度为矢量 如何比较两电荷在空间不同的点产生电场强度的大小 答案 abd 解析 在两等量异种电荷产生的电场中 根据电场分布规律和电场的对称性可以判断 b d两点电势相同 均大于c点电势 b d两点场强大小相同但方向不同 选项a b正确 c错误 c点的电势低于a点的电势 将 q沿圆周由a点移至c点 电场力做正功 所以 q的电势能减小 选项d正确 练2 多选 如图所示 mn pq是圆的两条相互垂直的直径 o为圆心 两个等量正电荷分别固定在m n两点 现有一带电的粒子 不计重力及粒子对电场的影响 从p点由静止释放 粒子恰能在p q之间做直线运动 则以下判断正确的是 a o点的场强一定为零b p点的电势一定比o点的电势高c 粒子一定带负电d 粒子在p点的电势能一定比在q点的电势能小 答案 ac 解析 由于m n两点放置的是等量同种电荷 根据点电荷电场的特点及电场叠加可知o点的合场强为零 选项a正确 因带电粒子从p点由静止释放 只在电场力作用下运动到q点 说明带电粒子在p点受到的电场力由p点指向q点 故带电粒子一定带负电 带电粒子从p点运动到q点的过程中 电场力先做正功后做负功 p点电势比o点电势低 选项b错误 c正确 根据对称性可知p q两点的电势相同 选项d错误 考点3电场强度 电势 电势差 电势能的比较 温馨提示 电势 电势差 电势能 电场力的功 电荷量等物理量均为标量 它们的正负意义不全相同 要注意比较区别 而矢量的正负一定表示方向 例3 多选 2014年新课标 卷 关于静电场的电场强度和电势 下列说法正确的是 a 电场强度的方向处处与等电势面垂直b 电场强度为零的地方 电势也为零c 随着电场强度的大小逐渐减小 电势也逐渐降低d 任一点的电场强度总是指向该点电势降落最快的方向思路剖析 1 电场强度与电势 电势差的大小关系是怎样的 2 电场强度与等势面之间的关系是怎样的 答案 ad 解析 电场线与等势面垂直 而电场强度的方向为电场线的方向 故电场强度的方向与等势面垂直 选项a正确 场强为零的地方电势不一定为零 例如等量同种正电荷连线的中点处的场强为零 但是电势大于零 选项b错误 场强大小与电场线的疏密程度有关 而沿着电场线的方向电势逐渐降低 故随电场强度的大小逐渐减小 电势不一定降低 选项c错误 任一点的电场强度方向总是和电场线方向一致 而电场线的方向是电势降落最快的方向 选项d正确 电场强度的电势是分别从两个不同方面描述电场性质的物理量 它们没有必然的联系 电场强度大的地方电势不一定大 电场强度为零的地方电势不一定为零 反之 电势大的地方电场强度不一定大 电势为零的地方电场强度不一定为零 1 几种常见的典型电场的等势面 考点4电场线和等势面的应用 例4如图所示的方框中为一匀强电场 a b c三点为电场中的三点 电势分别为 a 24v b 12v c 24v 试用作图法作出该电场的电场线 解析 在图示的匀强电场中 沿ab方向和ac方向电势都是均匀降低的 因 a 24v c 24v 则ac连线的中点o的电势必为零 而ao的中心点o 的电势一定等于12v 即o 和b在同一等势面上 连接bo 即为该匀强电场中的一条等势线 根据电场线与等势面垂直可画出电场的电场线 如图所示 作图步骤如下 1 连接ac 并作出ac的中点o 2 再作出ao的中点o 3 连接o b 4 过a点作直线o b的垂线ad 电场e的方向由a d 练4 多选 2014年新课标 卷 如图所示 在正点电荷q的电场中有m n p f四点 m n p为直角三角形的三个顶点 f为mn的中点 m 30 m n p f四点处的电势分别用 m n p f表示 已知 m n p f 点电荷q在m n p三点所在平面内 则 a 点电荷q一定在mp的连线上b 连接pf的线段一定在同一等势面上c 将正试探电荷从p点搬运到n点 电场力做负功d p大于 m 答案 ad 解析 电场是由正点电荷产生的 所以电场线由正点电荷指向无穷远处 并且跟点电荷距离相等的点 电势相等 场强大小相等 由于 m n p f 所以点电荷q到m和n的距离相等 到p和f的距离也相等 即过f作mn的中垂线 然后作fp的中垂线 两中垂线的交点为点电荷q所在的位置 由几何知识得q在mp上 如图所示 故选项a正确 点电荷形成的电场中 等势面是球面 故选项b错误 正试探电荷与q同号 所以受斥力作用 故将其从p点搬运到n点时 电场力做正功 故选项c错误 由几何关系知点电荷q距m的距离大 距p的距离小 所以 m p 故选项d正确 在匀强电场中已知三个点的电势即可绘画出等势面和电场线 方法是根据匀强电场的电势是随距离均匀变化的 选取任意两个点 在两点连线上找到与第三个点电势相同的点 该点与第三个点的连线即为等势面 垂直于该等势面的即为电场线 沿着电场线方向电势降低 热点题组一电势与电势能1 多选 将一电荷量为 q的小球放在不带电的金属球附近 所形成的电场线分布如图所示 金属球表面的电势处处相等 a b为电场中的两点 则 a a点的电场强度比b点的大b a点的电势比b点的高c 检验电荷 q在a点的电势能比在b点的大d 将检验电荷 q从a点移到b点的过程中 电场力做负功 答案 abd 模拟精选 组合专练 2 2017届陕西名校月考 如图所示 图中实线表示一匀强电场的电场线 一带负电荷的粒子射入电场 虚线是它的运动轨迹 a b是轨迹上的两点 若粒子所受重力不计 则下列判断中正确的是 a 电场线方向向下b 粒子一定从a点运动到b点c a点电势比b点电势高d 粒子在a点的电势能大于在b点的电势能 答案 d 热点题组二电势差与电场强度3 多选 2017届厦门月考 如图所示 实线为电场线 虚线为等势线 且ab bc 电场中的a b c三点的电场强度分别为ea eb ec 电势分别为 a b c ab bc间的电势差分别为uab ubc 则下列关系中正确的有 a a b cb ec eb eac uab ubcd uab ubc 答案 abc 4 如图所示 一圆环上均匀分布着正电荷 x轴垂直于环面且过圆心o 下列关于x轴上的电场强度和电势的说法中正确的是 a o点的电场强度为零 电势最低b o点的电场强度为零 电势最高c 从o点沿x轴正方向 电场强度减小 电势升高d 从o点沿x轴正方向 电场强度增大 电势降低 答案 b 热点题组三带电粒子在电场中的运动轨迹5 2017届合肥检测 如图所示 一带电粒子在电场中沿曲线ab运动 从b点穿出电场 a b c d为该电场中的等势面 这些等势面都是互相平行的竖直平面 不计粒子所受重力 则 a 该粒子一定带负电b 此电场不一定是匀强电场c 该电场的电场线方向一定水平向左d 粒子在电场中运动时 动能不断减少 答案 d 解析 由于不能确定电场线方向 故不能确定粒子带负电 选项a c错误 等势面互相平行 故一定是匀强电场 选项b错误 粒子受电场力一定沿电场线指向轨迹凹侧 而电场线和等势面垂直 由此可确定电场力一定做负功 故动能不断减少 选项d正确 6 2017届哈尔滨模拟 如图所示 xoy平面内有一匀强电场 场