高考物理一轮复习 第六章 第2单元 电场能的性质课件.ppt

必考部分 第六章静电场 第2单元电场能的性质 网控基础点提炼命题源 一 电场力做功与电势能1 静电力做功 1 特点 静电力做功与 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 1 路径初 末位置 2 电场方向 任何电场 读读教材 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 3 电势能的相对性 电势能是 的 通常把电荷离场源电荷 处的电势能规定为零 或把电荷在 上的电势能规定为零 1 电场零势能 2 电势能的减少量 3 相对无限远大地表面 二 电势和等势面1 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 2 等势面 1 定义 电场中 的各点组成的面 2 等势面与电场线的联系 等势面一定与 垂直 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 1 电势相等 2 电场线等势面高低越强越弱 几种常见的典型电场的等势面和电场线 三 电势差1 电势差 1 定义 电荷在电场中 由一点a移到另一点b时 与移动的电荷的 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 2 1 沿电场方向 2 电势降低电场 练练基础 题组一 电场力做功与电势能 解析 由wab quab得wab 1 0 10 8 2j 2 0 10 8j 故选项b正确 解析 两个等量正点电荷形成的电场不是匀强电场 在中垂线mn上由无穷远到o点电场强度先增大后减小 电荷q所受电场力为变力 q将做变加速直线运动 a项错误 因q所受电场力方向指向o点 所以q由a向o运动过程中电场力做正功 电势能减小 动能增大 b c项均正确 因o点电势大于零 故q在o点时的电势能不为零 d项错误 3 两个固定的等量异号点电荷所产生电场的等势面如图中虚线所示 一带负电的粒子以某一速度从图中a点沿图示方向进入电场在纸面内飞行 最后离开电场 粒子只受静电力作用 则粒子在电场中 a 做直线运动 电势能先变小后变大b 做直线运动 电势能先变大后变小c 做曲线运动 电势能先变小后变大d 做曲线运动 电势能先变大后变小 题组二 电势和等势面 解析 根据图示可画出电场线 判断出粒子将受向上的电场力而做曲线运动 电场力对其先做正功后做负功 所以其电势能先变小后变大 则本题只有选项c正确 题组三 电势差 场强与电势差的关系 6 如图所示是某电场中的一组等势面 若a b c d相邻两点间的距离均为2cm a和p点间的距离为1 5cm 则该电场的场强e和p点的电势 p分别为 1 场强 电势 电势差是描述电场性质的物理量 由电场本身决定 2 电场力 电势能由电荷与电荷在电场中的位置共同决定 由电荷与电场共同决定 3 电场线与等势面处处垂直 沿电场线方向电势逐渐降低 4 电场线密集的地方 等差等势面也密集 电场线稀疏的地方 等差等势面也稀疏 等差等势面的疏密也能表示电场的强弱 小思考微总结 研细核心点练透经典题 1 电势高低的判断 考点一电势高低及电势能大小的判断方法 调研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 试题调研 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 解析 电场线的疏密程度表示场强的大小 a正确 沿电场线方向电势降低 b正确 负电荷在电势越高的位置电势能越小 c错误 因负电荷从a点移到b点的过程中电势能增大 由功能关系知电场力必做负功 d正确 答案 abd 1 在确定电势高低的各种方法中 应用最多的是根据电场线判断 只要能确定电场线的方向 电势高低就一目了然了 2 在确定电势能的方法中 最重要的是根据电场力做功判断 3 熟练掌握常见电场的电场线 等势线分布情况 名师归纳点题破疑 1 1 2014 江苏单科 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 类题练熟 解析 本题考查带电圆环周围的电场强度和电势的变化关系 解题的关键是要应用电场强度的矢量性和电势变化与电场强度的关系进行分析 将圆环看成是由许许多多的点电荷组成 根据电场强度的合成可知 o点电场强度为零 圆环带正电荷 根据正电荷周围电势变化关系 再结合对称性可知 o点电势最高 故选项a错误 b正确 从o点沿x轴正方向 一定有一个电场强度最大的位置 故电场强度先增大后减小 电势一直降低 选项c d均错误 把非点电荷无限分割 变成能够应用点电荷规律来分析的题目是电场中经常采用的一种方法 1 2 多选 如图所示 在x轴上相距为l的两点固定两个等量异种点电荷 q q 虚线是以 q所在点为圆心 为半径的圆 a b c d是圆上的四个点 其中a c两点在x轴上 b d两点关于x轴对称 下列判断正确的是 a b d两点处的电势相同b 四个点中c点处的电势最低c b d两点处的电场强度相同d 将一试探电荷 q沿圆周由a点移至c点 q的电势能减小 解析 过c点的中垂线为一条等势线 电势为零 其余a b d三点的电势均大于零 且根据对称性可知b d两点的电势相等 所以选项a b正确 b d两点处的电场强度的方向不同 选项c错误 a点的电势大于零 则试探电荷 q在a点处的电势能大于零 而在c点的电势能等于零 故试探电荷沿圆周由a点移至c点 电势能减小 选项d正确 试题调研 解题探究 1 在匀强电场中 如何寻找等势线 提示 先利用几何关系确定两个等势点 它们的连线就是一条等势线 2 如何确定匀强电场的场强大小和方向 3 如何判断电势能的变化 提示 通过电场力做功判断电势能的变化 答案 acd 确定匀强电场中的电场线 1 确定等势线 根据 两点确定一条直线 找出电场中电势相等的两个点 然后连接成一条等势线 因匀强电场的电势在一条直线上均匀变化 任一线段中点的电势为两端点电势的平均值 2 电场线跟等势面一定垂直 作出等势线的垂线即得电场线 3 比较电势的高低 即沿着电场线的方向 电势逐渐降低 根据题中电势高低在电场线上标出箭头 表示电场的方向 名师归纳点题破疑 2 1 2015 荆门模拟 如图所示 在某电场中画出了三条电场线 c点是a b连线的中点 已知a点的电势为 a 30v b点的电势为 b 10v 则c点的电势 a c 10vb c 10vc c 10vd 上述选项都不正确 类题练熟 解析 由于a c之间的电场线比c b之间的电场线密 相等距离之间的电势差较大 所以 c 10v 选项c正确 2 2 如图所示 在平面直角坐标系中 有方向平行于坐标平面的匀强电场 其中坐标原点o处的电势为0v 点a处的电势为6v 点b处的电势为3v 则电场强度的大小为 1 电场力做功的计算方法 1 wab quab 普遍适用 2 w qexcos 适用于匀强电场 3 wab ep epa epb 从能量角度求解 4 w电 w非电 ek 由动能定理求解 2 带电粒子在电场中做曲线运动时正负功的判断 1 粒子速度方向一定沿轨迹的切线方向 粒子所受静电力方向一定沿电场线指向轨迹弯曲的凹侧 2 静电力与速度方向间夹角小于90 静电力做正功 夹角大于90 静电力做负功 考点三电场中的功能关系的应用 3 功能关系 1 若只有静电力做功 电势能与动能之和保持不变 2 若只有静电力与重力做功 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 4 所有外力对物体所做的功 等于物体动能的变化 调研3 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 b 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 试题调研 解题探究 1 从a到b 小球受几个力 分析做功及能量转化情况 提示 从a到b 重力做正功 重力势能减少 电场力做负功 电势能增加 减少的重力势能转化为电势能和动能 2 从b到c 电场力做的功是多少 从a到b和从a到c电场力做功有何关系 提示 因为b c两点电势相等 所以电场力做功为零 因为uab uac 所以wab wac 处理电场中能量问题的注意事项 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 当只有电场力做功时 动能与电势能相互转化 动能与电势能之和保持不变 名师归纳点题破疑 3 1 如图所示 在水平向右的匀强电场中有一绝缘斜面 斜面上有一带电金属块沿斜面滑下 已知在金属块滑下的过程中动能增加了12j 金属块克服摩擦力做功8 0j 重力做功24j 则以下判断中正确的是 a 金属块带负电荷b 金属块克服电场力做功8 0jc 金属块的电势能减少4 0jd 金属块的机械能减少12j 类题练熟 解析 根据动能定理得wg we wff ek 解得we 4j 说明金属块带正电荷 a项错误 电势能增加4j 金属块的机械能变化量为除重力之外的其他力做功所致 为12j d项正确 静电场中图象问题的处理方法和技巧 1 电场中的e x图象在给定了电场的e x图象后 可以由图线确定场强的变化情况 电势的变化情况 e x线与x轴所围图形 面积 表示电势差 在与粒子运动相结合的题目中 可进一步确定粒子的电性 动能变化 电势能变化等情况 在这类题目中 还可以由e x图象假设某一种符合e x图线的电场 利用这种已知电场的电场线分布 等势面分布或场源电荷来处理相关问题 经典范例1 2014 上海单科 多选 静电场在x轴上的场强e随x的变化关系如图所示 x轴正向为场强正方向 带正电的点电荷沿x轴运动 则点电荷 a 在x2和x4处电势能相等b 由x1运动到x3的过程中电势能增大c 由x1运动到x4的过程中电场力先增大后减小d 由x1运动到x4的过程中电场力先减小后增大 解析 由题图可知 x1到x4场强先变大 再变小 则点电荷受到的电场力先增大后减小 c正确 d错误 由x1到x3及由x2到x4过程中 电场力做负功 电势能增大 知a错误 b正确 答案 bc 针对训练1 两带电荷量分别为q1 q1 0 和q2的点电荷放在x轴上 相距为l 两电荷连线上电场强度e与x的关系如图所示 则下列说法正确的是 a q2 0且q1 q2b q20且q1 q2d q2 0且q1 q2 2 电场中的 x图象根据 x图象可以判断以下问题 1 在 x图象中可以直接判断各点电势的大小 并可根据电势大小关系确定电场强度的方向 2 在 x图象中分析电荷移动时电势能的变化 可用wab quab 进而分析wab的正负 然后作出判断 3 电场强度的大小等于 x图象的斜率大小 电场强度为零处 x图线存在极值 其切线的斜率为零 经典范例2 2015 山东菏泽一模 多选 静电场方向平行于x轴 其电势 随x的分布可简化为如图所示的折线 一质量为m 带电荷量为 q的粒子 不计重力 以初速度v0从o点 x 0 进入电场 沿x轴正方向运动 下列叙述正确的是