高三物理总复习 6.2电场能的性质课件 鲁科版.ppt

第二节电场能的性质 基础知识梳理 一 电场力做功与电势能1 电荷在电场中移动时 电场力做功跟重力做功相似 只与电荷的始末位置有关 与电荷经过的 无关 电场力做功的计算公式 1 w qu 2 在匀强电场中 电场力做的功w qed 其中d为沿电场线方向的位移 路径 2 电场力对电荷做正功 电势能 电场力对电荷做负功 电势能 电场力做功等于电势能变化的负值 即wab epa epb 3 电荷在某点具有的电势能 等于把它从该点移动到零势能面位置时电场力所做的功 电势能是相对的 通常把电荷在离场源电荷无穷远处的电势能规定为零 或把电荷在大地表面上的电势能规定为零 减少 增加 二 电势1 定义 电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值 叫做这一点的电势 用 表示 在数值上等于单位正电荷由该点移到零电势点时 电势是标量 只有大小 没有方向 但有正负 电场力所做的功 三 等势面1 定义 电场中电势相同的各点构成的面叫做等势面 2 等势面的特点 1 等势面一定和电场线垂直 2 等势面上各点电势相等 在等势面上移动电荷电场力不做功 3 电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面 4 电场线越密的地方 等差等势面越密 思考感悟将某电荷从等势面上的一点移到同一等势面上的另外一点 电场力一定不做功吗 提示 不一定 只有沿等势面移动 电场力才不做功 在等势面上不同点间移动因路径不同 过程中存在做功的情况 但总功等于零 2 电势差与电势的关系 uab 电势差是标量 可以是正值 也可以是负值 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电场线方向的距离的乘积 图6 2 1 a b 课堂互动讲练 一 电场中的功能关系对电场力做功的理解可类比重力做功 电场力做正功 电势能减小 电场力做负功 电势能增加 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 3 电场力做功的计算方法 1 由公式w fscos 计算 此公式只适用于匀强电场 可变形为w qese 式中se为电荷初末位置在电场方向上的距离 2 由电场力做功与电势能变化关系计算 有wab eab quab 对任何电场都适用 当uab 0 q 0或uab 0 q 0时 w 0 否则w 0 3 由动能定理计算 w电场力 w其他力 ek 名师点睛 电场力做功的计算要注意 因q uab和wab均有正负之分 所以在计算时 符号的使用比较重要 一般有两种处理方法 1 代入正负号运算 其符号规则为 若带电体带有正电荷 则q取正值 若为负电荷 则q取负值 若 a b 则uab代入正值 若 a b 则uab代入负值 利用wab quab计算出wab为正值 则表示电场力做正功 若wab为负值 则表示电场力做负功 即克服电场力做功 2 用绝对值运算 即w q uab 这样只能计算出电场力做功的数值 要想知道电场力做正功还是做负功 还需利用力学知识进行判断 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 2010年高考天津卷改编 在静电场中 将一正电荷从a点移动到b点 电场力做了负功 则 a b点的电场强度一定比a点大b 电场线方向一定从b指向ac b点的电势能一定比a点高d 该电荷的动能一定减小 解析 选c 正电荷从a点移动到b点 电场力做了负功 电势能增加 说明b点的电势能一定比a点高 选项c正确 电场强度的大小与电势的高低无关 无法确定 a错误 b点的电势比a点高 即a b在不同的等势面上 但电场线方向不一定从b指向a b错误 虽然电荷的电势能增加 如有外力做功 该电荷的动能不一定减小 d错误 二 电势高低和电势能大小的判断方法1 电势高低的判断 2 电势能高低的判断 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 2010年高考江苏卷 空间有一沿x轴对称分布的电场 其电场强度e随x变化的图象如图6 2 2所示 下列说法中正确的是 图6 2 2 a o点的电势最低b x2点的电势最高c x1和 x1两点的电势相等d x1和x3两点的电势相等解析 选c 电势差与电场强度的关系为u ed 此表达式适用于匀强电场 图中为非匀强电场的场强e与坐标x的关系图象 当取一段极短长度 x时 可认为 x长度内的电场为匀强电场 因此图象所包围的面积表示电势差 图中从o点沿 x轴方向 场强为正值 位移为正值 所以图线与x轴包围的面积表示的电势差为正 表示沿 x轴方向的电势逐渐降低 即o点电势依次大于x1点 x2点 x3点的电势 a b d错误 而图中沿 x轴方向 场强为负值 位移为负值 所以图线与x轴包围的面积表示的电势差也为正 即沿 x轴方向的电势也逐渐降低 因从 x1点移到x1点 e x图线在o点两侧所包围的面积相等 表示这两点间的电势差为零 所以 x1和x1两点电势相等 c正确 此电场实际上是等量同种正电荷 从两电荷连线的中点沿中垂线向两侧外移动的电场模型 三 电场强度 电势 电势差 电势能的比较电场强度 电势 电势差 电势能都是用来描述电场性质的物理量 它们之间有密切的联系 但也有很大的差别 现列表进行比较 名师点睛 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 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 2010年高考山东理综卷改编 某电场的电场线分布如图6 2 3所示 以下说法正确的是 图6 2 3 a c点场强大于b点场强b a点电势低于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 选d 根据电场线的疏密程度表示电场强度的大小可知c点的电场强度小于b点的电场强度 a错误 根据沿电场线方向电势逐渐降低可知a点电势高于b点电势 b错误 只有当电场线为直线时 试探电荷由静止释放 才能沿电场线运动 所以c错误 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 电场力做正功 电势能减小 d正确 四 几种常见的典型电场的等势面比较 即时应用 即时突破 小试牛刀 4 2011年广东联考 如图6 2 4所示 虚线表示电场的一簇等势面 相邻等势面间电势差相等 一个 粒子以一定的初速度进入电场后 只在电场力作用下沿实线轨迹运动 粒子先后通过m点和n点 在这一过程中 电场力做负功 由此可判断出 图6 2 4 a n点的电势高于m点的电势b 粒子在n点的电势能比在m点的电势能小c 粒子在m点的速率小于在n点的速率d 粒子在m点受到的电场力比在n点受到的电场力大 解析 选a 带正电的 粒子先后通过m点和n点的过程中 电场力做负功 粒子电势能增大 动能减小 b c错 电场力大致向右 电场线如图所示 由电场方向知n点的电势高于m点的电势 a对 n点电场线较密 粒子所受电场力较大 d错 经典题型探究 2010年高考四川理综卷改编 如图6 2 5所示 圆弧虚线表示正点电荷电场的等势面 相邻两等势面间的电势差相等 光滑绝缘直杆沿电场方向水平放置并固定不动 杆上套有一带正电的小滑块 可视为质点 滑块通过绝缘轻弹簧与固定点o相连 并以某一初速度从m点运动到n点 om on 若滑块在m n时弹簧的弹力大小相等 弹簧始终在弹性限度内 则 图6 2 5 a 滑块从m到n的过程中 速度一定一直增大b 滑块从位置1到2的过程中 电场力做的功比从位置3到4的小c 在m n之间的范围内 可能存在滑块速度相同的两个位置d 在m n之间可能存在只由电场力确定滑块加速度大小的三个位置 思路点拨 解决此题要把握住两点 1 弹簧弹力与形变量的关系及弹性势能的变化 2 电场力做功的特点及动能定理的应用 解析 由om on 且m n两处弹簧的弹力相等可知 在m处弹簧处于压缩 在n处弹簧处于拉伸状态 滑块从m到n过程中 电场力对滑块做正功 而弹簧的弹簧势能先增大 再减小 然后又增大 所以滑块的速度可能一直增大 a错误 由w qu可知滑块从1到2与从3到4所做的功相等 b错误 由动能定理可得 若电场力做的正功与弹簧做的负功相等 则动能不变 所以在m n之间有可能存在滑块速度相同的两个位置 c正确 当弹簧处于原长时 弹力为零 滑块只受电场力作用 此时滑块的加速度仅由电场力的大小决定 当弹簧与直杆垂直时 弹力在竖直方向上 滑块加速度的大小仅由电场力确定 故对应的位置有两处 d错误 答案 c 规律总结 解决功能关系常抓住两个方面 1 充分利用电场线的特点 等势面的特点来分析问题 2 利用电场力做功和电势能变化的关系以及动能定理来解决问题 2009年高考全国卷 图6 2 7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 图6 2 7 m带负电荷 n带正电荷 n在a点的速度与m在c点的速度大小相同 n在从o点运动至a点的过程中克服电场力做功 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 a b c d 思路点拨 首先根据运动轨迹的弯曲方向判断粒子m n受到电场力的方向 再判断两粒子带电性质 结合等势面特点和动能定理即可判断电场力做功情况以及动能的变化 解析 图中的虚线为等势线 所以m粒子从o点到b点的过程中电场力对粒子做功等于零 正确 根据m n粒子的运动轨迹可知n受到的电场力向上 m受到的电场力向下 所以m为正电荷 n为负电荷 错 a到o的电势差等于o到c的电势差 而且两粒子的电荷量大小相等 质量相等 电场力都做的是正功 根据动能定理得粒子在a与c两点的速度大小相同 但方向不同 对 错 故选项c正确 答案 c 规律总结 由运动轨迹可以判断物体的运动方向和所受外力的方向 合外力应指向轨迹的凹面 且电场力必须沿电场线方向 进而判断合外力 电场力 做功情况 从而判断对应各种能量的转化情况 满分样板9分 如图6 2 9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电场力做功为w1 1 2 10 7j 求 图6 2 9 1 匀强电场的场强e 2 电荷从b移到c 电场力做的功w2 思路点拨 根据匀