【优化方案】2012高三物理一轮复习 第6章第二节《电场的能的性质》课件

第二节电场的能的性质 课堂互动讲练 经典题型探究 知能优化演练 第二节电场的能的性质 基础知识梳理 基础知识梳理 一 电场力做功和电势能的变化1 电场力做功 在电场中移动电荷时 电场力做的功只与起始位置和终止位置有关 与电荷经过的 无关 2 电势能 电荷在电场中也具有势能 叫做电势能 用Ep表示 3 电场力做功与电势能的关系 1 静电力做的功等于电势能的 量 即WAB EpA EpB 路径 减少 2 电荷在某点具有的电势能等于静电力把它从该点移动到 位置时所做的功 即电势能是相对的 通常把电荷在离场源电荷 的电势能规定为零 或把电荷在大地表面上的电势能规定为零 二 电势 等势面 电势差1 电势 1 定义 电荷在电场中某一点的 与它的 的比值 2 表达式 零势能 无限远处 电势能 电荷量 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 的等势面指向电势低的等势面 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 电势高 任意两等势面不相交 3 电势差 1 定义 电场中两点间 的差值 2 表达式 UAB A B 3 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沿 的距离的乘积 即UAB Ed 特别提示 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 电势 电场方向 三 静电平衡导体的特点1 导体内部场强处处为零 2 导体是一等势体 表面为一等势面 特别提示 导体表面尖锐处 电荷分布密集 场强大 课堂互动讲练 一 电场力做功和电场中的功能关系1 电场力做功的计算方法 1 由公式W Flcos 计算 此公式只适用于匀强电场 可变形为W qEd d lcos 式中d为电荷初 末位置在电场方向上的位移 2 由电场力做功与电势能改变的关系计算 W Ep qU 计算时有两种方法 三个量都取绝对值 先计算出功的数值 然后再根据电场力的方向与电荷移动位移方向间的夹角确定是电场力做功 还是克服电场力做功 代入符号 将公式写成WAB qUAB 特别是在比较A B两点电势高低时更为方便 先计算UAB WAB q 若UAB 0 即 A B 0 则 A B 若UAB 0 即 A B 0 则 A B 特别提醒 应用WAB qUAB计算电场力的功时 可将q UAB的正负号一起代入 计算出WAB的正负 也可只代入q UAB的绝对值 然后根据电荷的性质 电场力的方向和电荷移动方向判断出功的正负 2 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 4 所有力对物体所做的功 等于物体动能的变化 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 2011年山东泰安模拟 如图6 2 1为一匀强电场 某带电粒子从A点运动到B点 在这一运动过程中克服重力做的功为2 0J 电场力做的功为1 5J 则下列说法正确的是 图6 2 1 A 粒子带负电B 粒子在A点的电势能比在B点少1 5JC 粒子在A点的动能比在B点少0 5JD 粒子在A点的机械能比在B点少1 5J解析 选D 粒子从A点运动到B点 电场力做正功 且沿着电场线 故粒子带正电 所以A错误 粒子从A点运动到B点 电场力做正功 电势能减少 故粒子在A点的电势能比在B点多1 5J 故B错误 由动能定理 WG W电 Ek 2 0J 1 5J EkB EkA 所以C错误 由其他力 在这里指电场力 做功等于机械能的增加 所以D正确 二 电势高低及电势能大小的比较方法1 比较电势高低的几种方法 1 沿电场线方向 电势越来越低 电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面 2 判断出UAB的正负 再由UAB A B 比较 A B的大小 若UAB 0 则 A B 若UAB 0 则 A B 3 取无穷远处为零电势点 正电荷周围电势为正值 且离正电荷近处电势高 负电荷周围电势为负值 且离负电荷近处电势低 2 电势能大小的比较方法 1 场源电荷判断法 离场源正电荷越近 试探正电荷的电势能越大 试探负电荷的电势能越小 离场源负电荷越近 试探正电荷的电势能越小 试探负电荷的电势能越大 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 做功判断法电场力做正功 电荷 无论是正电荷还是负电荷 从电势能较大的地方移向电势能较小的地方 反之 如果电荷克服电场力做功 那么电荷将从电势能较小的地方移向电势能较大的地方 特别提醒 1 电势差的正负表示两点电势的相对高低 2 电场线或等差等势面越密的地方电场强度越大 但电势不一定越高 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 2010年高考山东卷 某电场的电场线分布如图6 2 2所示 下列说法正确的是 图6 2 2 A c点电场强度大于b点电场强度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 电势能减少解析 选BD c点所在处的电场线比b点稀疏 所以Ec Eb 故选项A错误 沿电场线方向电势降低 所以 a b 故选项B正确 a到b的电场线是曲线 试探电荷所受的电场力沿电场线的切线方向 因此试探电荷不可能沿电场线由a运动到b 故选项C错误 将试探电荷 q由a移至b的过程中 电场力做正功 电势能减少 故选项D正确 三 电场强度 电势 电势差 电势能的对比 特别提醒 电场力的功 电势能 电势及电势差都是标量 它们的正负意义不全相同 应用时注意区分 而矢量的正负一定表示该量的方向 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 2010年高考大纲全国卷 关于静电场 下列结论普遍成立的是 A 电场强度大的地方电势高 电场强度小的地方电势低B 电场中任意两点之间的电势差只与这两点的场强有关C 在正电荷或负电荷产生的静电场中 场强方向都指向电势降低最快的方向D 将正点电荷从场强为零的一点移动到场强为零的另一点 电场力做功为零 解析 选C 电势的高低与电场强度的大小无关 A错 电场中任意两点间的电势差不仅与这两点的场强有关 还与这两点沿电场线方向的距离有关 B错 在D项中 初 末位置场强为零 中间某段场强可能不为零 电场力做功不一定为零 D错 只有C项正确 经典题型探究 2009年高考全国卷 图6 2 3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 所带电荷量的绝对值也相等 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 图6 2 3 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 规律总结 解决此类问题的关键是弄清电场的方向和电荷的正负 变式训练1 2011年南通一模 如图6 2 4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 OB 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 图6 2 4 A B点电荷一定带正电B EM ND 此试探电荷在M处的电势能小于N处的电势能解析 选AB 由轨迹可见 电场力偏右 说明B一定带正电 A对 题中所述等量异种电荷 对M N两点电势和场强就较容易判断 M点电势低 场强小 但负电荷在M点电势能大 所以B正确 C D错误 如图6 2 5所示 虚线方框内有一匀强电场 A B C为该电场中的三个点 已知 A 12V B 6V C 6V 试在该方框中作出该电场的示意图 即画出几条电场线 并要求保留作图时所用的辅助线 若将一个电子从A点移到B点 电场力做多少电子伏特的功 图6 2 5 思路点拨 由于电场线与等势面垂直 而且在匀强电场中与等势点连线垂直的线一定是电场线 电势相等的点可以根据匀强电场电势均匀降低的特点 把线段等分来寻找 解析 如图6 2 6所示 用虚线连接AC 因 A 12V C 6V 把AC线段分为三等份 得D点的电势 D 6V 图6 2 6 连接DB 则DB为一条等势线 可以画出与等势线垂直的电场线 如图中实线所示 电势降低的方向为场强方向 将一电子从A点移到B点 电场力做的功W eUAB e 12 6 V 6eV 答案 如图6 2 6所示 6eV 方法技巧 用 等分法 求该等势点 一般先连接电势最高最低点成线段 然后在这条线段上找与另一点等势的点 变式训练2如图6 2 7所示 ABCD是匀强电场中一正方形的四个顶点 已知A B C三点的电势分别是 A 15V B 3V C 3V 由此可推断D点电势 D是多少 图6 2 7 解析 法一 运用等势面跟电场线垂直 匀强电场的等势面和电场线都是等间距的平行的直线 可以先选取一条直线 在直线上找出与A B C D四点对应电势相等的点 由此确定与D点等势的电势 从而确定D点的电势 法二 由匀强电场的特点知 在匀强电场中 相互平行的相等的线段的两端点电势差相等 故有UAB UDC A B D C 所以 D 9V 答案 9V 如图6 2 8所示 在O点放置一个正电荷 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 小球落下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点的速度为v 试求 图6 2 8 1 小球通过C点的速度大小 2 小球由A到C的过程中电势能的增加量 规律总结 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 有时也会用到功能关系 应用动能定理解决问题需研究合外力的功 或总功 应用能量守恒解决问题需注意电势能和其他形式能之间的转化 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 变式训练3如图6 2 9所示 虚线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 图6 2 9 A 8eVB 13eVC 20eVD 34eV解析 选C 由于正电荷由a到b动能减小了21eV 而电场中机械能和电势能总和不变 故在等势面3的动能应为12eV 总能量为12eV 0 12eV 当在所求位置时 因为电势能为 8eV 所以动能为12eV 8eV 20eV 故应选C 满分样板15分 2011年大连测试 一长为L的细线 上端固定 下端拴一质量为m 带电荷量为q的小球 处于如图6 2 10所示的水平向右的匀强电场中 开始时 将线与小球拉成水平 然后释放 小球由静止开始向下摆动 当细线转过60 角时 小球到达B点速度恰好为零 试求 图6