高考物理大一轮复习 第六章 静电场 第2课时 电场的能的性质课件.ppt

第2课时电场的能的性质 一 电势能和电势1 电势能 1 电场力做功的特点 电场力做功与 无关 只与 有关 2 电势能 定义 电荷在 中具有的势能 数值上等于将电荷从该点移到 位置时电场力所做的功 电场力做功与电势能变化的关系 电场力做的功等于 即wab epa epb ep 路径 初 末位置 电场 零势能 电势能的减少量 2 电势 1 定义 试探电荷在电场中某点具有的 与它的 的比值 2 定义式 3 矢标性 电势是 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 零电势点 3 等势面 1 定义 电场中 的各点组成的面 2 四个特点 等势面一定与 垂直 在 上移动电荷时电场力不做功 电场线方向总是从 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 电场线 同一等势面 电势高 电势低 越大 越小 二 电势差1 定义 电荷在电场中 由一点a移到另一点b时 与移动电荷的 的比值 2 定义式 uab 3 电势差与电势的关系 uab uab uba 4 影响因素 电势差uab由电场本身的性质决定 与移动的电荷q及电场力做的功wab 与零电势点的选取 电场力做功 电荷量 a b 无关 无关 电场线 四 静电现象1 静电感应和静电平衡 把金属导体放在电场e中 由于内部自由电子受电场力作用而定向移动 使导体的两个端面出现等量的异种电荷 这种现象叫 当自由电子的定向移动停止时 导体处于 2 静电平衡状态下导体的电场强度和电势 导体内部的场强处处为 整个导体是 导体的表面是 导体表面电场线和带电体表面 静电感应 静电平衡状态 零 等势体 等势面 垂直 3 静电平衡状态下静电荷只分布在外表面 4 尖端放电现象和避雷针电性与尖端相反的粒子被吸引而奔向尖端 与尖端的电荷 相当于尖端 电荷 这就是尖端放电 避雷针就是利用尖端放电的设备 5 处于静电平衡的导体腔内场强处处为零 6 处于静电平衡状态的导体 内部区域不再受外部电场的影响 这种现象叫 中和 失去 静电屏蔽 思考判断 1 电势差是个标量 但是有正值和负值之分 2 a b两点的电势差是恒定的 所以uab uba 3 a b两点的电势差等于将正电荷从a点移动到b点时静电力所做的功 4 电场力做功与重力做功相似 均与路径无关 5 电场中电场强度为零的地方电势一定为零 6 沿电场线方向电场强度越来越小 电势逐渐降低 7 电势是矢量 既有大小也有方向 8 电场中电势降低的方向 就是电场强度的方向 考点一电势能 电势 b c 要点突破 一 静电力做功与电势能变化的关系1 静电力做功的特点 静电力做功与电荷的初 末位置有关 与电荷运动的路径无关 2 静电力做的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 电荷在某点的电势能 等于把它从这点移动到零势能位置时静电力做的功 二 电势高低及电势能大小判断方法1 电势能大小的判断方法 1 做功判断法 无论正 负电荷 只要静电力做正功 电荷的电势能一定减小 只要静电力做负功 电荷的电势能一定增大 2 电场线判断法 正电荷顺着电场线的方向移动时电势能逐渐减小 逆着电场线的方向移动时电势能逐渐增大 负电荷顺着电场线的方向移动时电势能逐渐增大 逆着电场线的方向移动时电势能逐渐减小 3 电势判断法 由公式ep q 知 正电荷在电势高的地方电势能大 负电荷在电势高的地方电势能小 2 电势高低的判断方法 1 电场线法 沿电场线方向 电势越来越低 2 场源电荷判断法 离场源正电荷越近的点 电势越高 离场源负电荷越近的点 电势越低 3 电势能判断法 对于正电荷 电势能越大 所在位置的电势越高 对于负电荷 电势能越小 所在位置的电势越高 典例剖析 例1 2017 温州模拟 如图所示 三条平行等距的直虚线表示电场中的三个等势面 电势值分别为10v 20v 30v 实线是一带负电的粒子 不计重力 在该区域内的运动轨迹 对于这条轨迹上的a b c三点来说 下列选项说法正确的是 a 粒子必先过a 再到b 然后到cb 粒子在三点所受的合力关系为fa fb fcc 粒子在三点的动能大小关系为ekb eka ekcd 粒子在三点的电势能大小关系为epb epa epc 解析因等势面为等间距的平面 所以该电场为匀强电场 场强方向与等势面垂直 故fa fb fc 选项b错误 由做曲线运动的条件可知 电场力方向向下 又因粒子带负电 所以电场方向向上 a b c三点的电势关系为 c a b 粒子在三点的电势能关系为epb epa epc 又因在只有电场力做功的条件下电势能和动能之和守恒 所以ekb eka ekc 选项c错误 d正确 关于粒子的运动轨迹 可能沿abc方向 也可能沿cba方向 所以选项a错误 答案d 例2 如图所示 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点电势一定低于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逐渐降低 m点电势一定高于n点电势 a错误 电场线越密的区域场强越大 由图可知n点场强大于m点场强 b错误 由ep q 可知 正电荷在m点的电势能大于在n点的电势能 c正确 电子从m点移到n点的过程中 受到的电场力与移动方向相反 电场力做负功 d错误 答案c 例3 如图所示 虚线a b c代表电场中的三个等势面 相邻等势面之间的电势差相等 即uab ubc 实线为一带负电的质点仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹 p r q是这条轨迹上的三点 r同时在等势面b上 据此可知 a 三个等势面中 c的电势最低b 带电质点在p点的电势能比在q点的小c 带电质点在p点的动能与电势能之和比在q点的小d 带电质点在r点的加速度方向垂直于等势面b 解析根据题意画出电场线 质点在p处的受力方向如图所示 可知电场线应垂直等势面由c经b至a 所以a的电势最低 选项a错误 质点带负电 且 pepq 故选项b错误 由于质点运动过程中只有电场力做功 所以质点的电势能与动能之和保持不变 选项c错误 根据电场线与等势面垂直可知 选项d正确 答案d 巧学妙记 电场线 等势面 运动轨迹的综合问题分析要点 1 带电粒子轨迹的切线方向为该点处的速度方向 2 带电粒子所受合力应指向轨迹曲线的凹侧 再根据电场力与场强方向的关系 同向或反向 或电场力做正功还是负功等 进一步确定其他量 针对训练 1 如图所示 真空中有两个等量异种点电荷 a b分别为两电荷连线和连线中垂线上的点 a b两点电场强度大小分别是ea eb 电势分别是 a b 下列判断中 正确的是 a ea eb a bb ea eb a bd ea eb a b 解析常见电场的电场线中 等量异种电荷的电场线特点如图所示 可见a点的电场线比b点的密 故a点的电场强度大 另外 电场线的方向从左到右 故a点的电势高于b点的电势 因此 a选项正确 b c d选项错误 故选a 答案a 2 在如图所示的匀强电场中 1 2 3三条虚线表示三个等势面 a b分别是等势面1 3上的点 下列说法中正确的是 a 三个等势面的电势相等b 等势面2的电势高于等势面1的电势c 若将一正电荷由a移到b 电场力做正功d 若将一正电荷由a移到b 电场力做负功 解析电场线由高电势指向低电势 所以a b错误 正电荷受力方向与电场线方向相同 所以电场力做正功 故d错误 c正确 答案c 3 如图所示 实线表示电场线 虚线表示只受电场力作用的电荷运动轨迹 a b为运动轨迹上的两点 可以判定 a 电荷在a点的速度大于在b点的速度b 电荷为负电荷c 电荷在a点的电势能大于在b点的电势能d a点的电势低于b点的电势 解析沿着电场线方向电势越来越低 可得a点电势高于b点电势 d错误 该电荷在电场中做曲线运动 电场力应指向轨迹的凹侧 即受力方向与电场强度的方向一致 电荷必带正电 b错误 电荷若从a运动到b 由于a点电势高于b点电势 a b间电势差为正值 电荷带正电 由wab quab可得电场力做正功 所以电荷在b点动能大于在a点动能 电荷在b点速度大于在a点速度 电荷若从b运动到a 由wba quba可得电场力做负功 所以电荷在b点动能大于在a点动能 电荷在b点速度大于在a点速度 a错误 由于a点电势高于b点电势 正电荷在电势高处电势能大 所以电荷在a点的电势能大于在b点的电势能 c正确 答案c 考点二电势差 b c 要点突破 1 电场力做功特点 电场力做功与运动路径无关 只与始末位置有关 2 电场力做功的计算方法 1 w eqd 只适用于匀强电场 其中d为沿电场线方向的距离 2 wab quab 适用于任何电场 3 由动能定理来计算 w电场力 w其他力 ek 4 由电势能的变化来计算 wab epa epb 典例剖析 例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 一正电荷在 3上时 具有动能20j 它运动到等势线 1上时 速度为0 令 2 0 那么该电荷的电势能为4j时 其动能大小为 a 16jb 10jc 6jd 4j 解析电荷在电场中运动 总能量守恒 动能和电势能相互转化 由题意知电荷运动至等势线 2时 其动能与电势能之和为10j 所以当它的电势能为4j时 其动能大小为6j 答案c 例2 如图所示 在o点处固定一个正电荷 在过o点的竖直平面内的a点 自由释放一个带正电的小球 小球的质量为m 电荷量为q 小球下落的轨迹如图中虚线所示 它与以o为圆心 r为半径的圆 图中实线表示 相交于b c两点 o c在同一水平线上 boc 30 a距离oc的竖直高度为h 若小球通过b点时的速度为v 试求 1 小球通过c点时的速度大小 2 小球由a到c的过程中电场力做的功 针对训练 1 如图所示 电荷只受电场力作用沿虚线从a运动到b 则该电荷的电性及运动过程中电场力对其所做的功分别是 a 负电 负功b 负电 正功c 正电 负功d 正电 正功 解析根据运动轨迹的特点可知 电荷受到与e反向的电场力 故带负电 从a到b过程中电场力与速度的夹角小于90 做正功 所以b正确 答案b 2 如图所示 直线a b和c d是处于匀强电场中的两组平行线 m n p q是它们的交点 四点处的电势分别为 m n p q 一电子由m点分别运动到n点和p点的过程中 静电力所做的负功相等 则 a 直线a位于某一等势面内 m qb 直线c位于某一等势面内 m nc 若电子由m点运动到q点 电场力做正功d 若电子由p点运动到q点 电场力做负功 解析由电子从m点分别运动到n点和p点的过程中静电力所做的负功相等可知 n p两点在同一等势面上 且电场线方向为m n 故选项b正确 选项a错误 m点与q点在同一等势面上 电子由m点运动到q点 静电力不做功 故选项c错误 电子由p点运动到q点 静电力做正功 故选项d错误 答案b 3 一电子飞经电场中a b两点 电子在a点的电势能为4 8 10 17j 电子经过b点时电势能为3 2 10 17j 电子在a点的动能为3 2 10 17j 如果电子只受静电力作用 则 a 电子在b点时动能为4 8 10 17vb 由a到b静电力做功为1000evc 电子在b点时动能为1 6 10 17jd a b两点间电势差为100v 答案a 考点三匀强电场中电势差与电场强度的关系 c 要点突破 1 表达式u ed适用于匀强电场中的定量计算 且d是沿场强方向上的距离 电场强度在数值上等于沿电场方向每单位距离上降低的电势 典例剖析 例1 如图所示 a b c为电场中同一条电场线上的三点 其中c为ab的中点 已知a b两点的电势分别为 a 3v b 9v 则下列叙述正确的是 a 该电场在c点处的电势一定为6vb a点处的场强ea一定小于b点处的场强ebc 正电荷从a点运动到b点的过程中电势能一定增大d 正电荷只受电场力作用从a点运动到b点的过程中动能一定增大 解析本题中电场线只有一条 又没说明是哪种电场的电场线 因此电势降落及场强大小情况都不能确定 a b错误 a b两点电势已知 正电荷从a到b是从低电势向高电势运动 电场力做负功 动能减小 电势能增大 c正确 d错误 答案c 例2 a b c是匀强电场中的三个点 各点电势依次为10v 2v 6v 三点在同一平面上 下列图中电场强度的方向表示正确的是 解析由于uab a b 8v 则ab中点处电势为6v 因此c点与ab中点的电势相同 c点与ab中点的连线则为一条等势线 电场强度方向应垂直于该等势线并且指向电势较低的方向 故选项c正确 答案c 针对训练 1 如图所示 匀强电场的电场强度e 100v m a b两点相距lab 10cm a b连线与电场线的夹角为60 则uba为 a 10vb 10vc 5vd 3v 解析根据电势差与电场强度的关系u ed得uab elabcos60 100 0 1 cos60 v 5v 且沿电场线方向电势逐渐降低 a b 故uba 5v 选项c正确 答案c 2 如图所示 沿x轴正向的匀强电场中 有一动点以o为圆心 半径为r沿逆时针转动一周 a点为连线oa与x轴正向成 角时圆周上的一点 电场强度为e 则此圆周上各点与a点间最大的电势差为 a u erb u er sin 1 c u er cos 1 d u 2er 解析由u ed知 与a点间电势差最大的点应是沿场强方向与a点相距最远的点 dmax r rcos 所以umax er cos 1 选项c正确 答案c 考点四静电现象的应用 a 要点突破 1 两种现象 现象1 由于静电感应 导体外表面感应电荷的电场与外电场在导体内部任一点的场强的叠加结果为零 从而外部电场影响不到导体内部 如图所示 现象2 由于静电感应 接地导体壳内表面感应电荷与壳内电场在导体壳外表面以外空间叠加结果为零 从而使接地的封闭导体壳内部电场对壳外空间没有影响 如图所示 2 应用 有的电学仪器和电子设备外面套有金属罩 有的通信电缆的外面包有一层铅皮等都是用来防止外电场的干扰 起屏蔽作用的 典例剖析 例1 请用学过的电学知识判断下列说法正确的是 a 电工穿绝缘衣比穿金属衣安全b 制作汽油桶的材料用金属比用塑料好c 小鸟停在单根高压输电线上会被电死d 打雷时 呆在汽车里比呆在木屋里要危险解析由静电屏蔽的知识可知 a d选项均错 金属可以消除多余的静电 b项正确 单根高压输电线上相距较近的两点之间电阻很小 因而电压较小 小鸟不会被电死 c选项错误 答案b 例2 晚间脱衣时常能见到闪光并听到噼啪声 但人一般不会受到伤害 这是由于 a 静电电压很高 且聚集的电荷量很多b 静电电压很高 但聚集的电荷量很少c 静电电压不高 但聚集的电荷量较多d 静电电压不高 且聚集的电荷量较少解析静电电压很高 但聚集的电荷量很少 对人体不会产生危害 b正确 答案b 针对训练 1 用金属箔做成一个不带电的圆环 放在干燥的绝缘桌面上 小明同学用绝缘材料做的笔套与头发摩擦后 将笔套自上向下慢慢靠近圆环 当距离约为0 5cm时圆环被吸引到笔套上 如图所示 对上述现象的判断与分析 下列说法错误的是 a 摩擦使笔套带电b 笔套靠近圆环时 圆环上 下部感应出异号电荷c 圆环被吸引到笔套的过程中 圆环所受静电力的合力大于圆环的重力d 笔套碰到圆环后 笔套所带的电荷立刻被全部中和 解析笔套带电是因为笔套与头发摩擦起电 选项a正确 笔套靠近圆环时 圆环上表面感应出与笔套带电性质相反的电荷 下表面感应出与笔套带电性质相同的电荷 选项b正确 圆环被吸引到笔套的过程中 圆环所受静电力的合力大于圆环的重力 选项c正确 笔套碰到圆环后两物体接触带电 笔套一部分电荷转移到圆环上 而不是被全部中和 选项d错误 答案d 2 为了防止静电的危害 应尽快把静电导走 下列措施中不是为了防止静电危害的是 a 油罐车后面装一条拖地铁链b 电工钳柄上有一绝缘胶套c 飞机轮采用导电橡胶d 印染厂车间保持相当的湿度解析a c d项的做法都是为了防止静电的危害 应尽快把静电导走的方法 只有b项的不是静电的问题 而是防止触电的防护措施 答案b 1 如图所示 一导体ab在点电荷q的电场中发生静电感应 下列说法正确的是 a 导体中m n两点的电场强度不相等b 感应电荷在m点产生的场强大于感应电荷在n点产生的场强c 如果在ab间用一导线连接 则导线中将有电流产生d n点的电势大于m点的电势答案b 2 2017 杭州联考