高考物理一輪復習 第六章 第2單元 電場能的性質課件.ppt

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必考部分 第六章靜電場 第2單元電場能的性質 網(wǎng)控基礎點提煉命題源 一 電場力做功與電勢能1 靜電力做功 1 特點 靜電力做功與 無關 只與 有關 2 計算方法 W qEd 只適用于勻強電場 其中d為沿 的距離 WAB qUAB 適用于 1 路徑初 末位置 2 電場方向 任何電場 讀讀教材 2 電勢能 1 定義 電荷在 中具有的勢能 數(shù)值上等于將電荷從該點移到 位置時靜電力所做的功 2 靜電力做功與電勢能變化的關系 靜電力做的功等于 即WAB EpA EpB Ep 3 電勢能的相對性 電勢能是 的 通常把電荷離場源電荷 處的電勢能規(guī)定為零 或把電荷在 上的電勢能規(guī)定為零 1 電場零勢能 2 電勢能的減少量 3 相對無限遠大地表面 二 電勢和等勢面1 電勢 1 定義 試探電荷在電場中某點具有的 與它的 的比值 2 定義式 3 矢標性 電勢是 有正負之分 其正 負 表示該點電勢比 高 低 4 相對性 電勢具有 同一點的電勢因選取 的不同而不同 2 等勢面 1 定義 電場中 的各點組成的面 2 等勢面與電場線的聯(lián)系 等勢面一定與 垂直 電場線方向總是從 的等勢面指向 的等勢面 等差等勢面越密的地方電場強度 反之 1 電勢相等 2 電場線等勢面高低越強越弱 幾種常見的典型電場的等勢面和電場線 三 電勢差1 電勢差 1 定義 電荷在電場中 由一點A移到另一點B時 與移動的電荷的 的比值 2 定義式 UAB 3 電勢差與電勢的關系 UAB UAB UBA 4 影響因素 電勢差UAB由電場本身的性質決定 與移動的電荷q及電場力做的功WAB 與零電勢點的選取 2 1 沿電場方向 2 電勢降低電場 練練基礎 題組一 電場力做功與電勢能 解析 由WAB qUAB得WAB 1 0 10 8 2J 2 0 10 8J 故選項B正確 解析 兩個等量正點電荷形成的電場不是勻強電場 在中垂線MN上由無窮遠到O點電場強度先增大后減小 電荷q所受電場力為變力 q將做變加速直線運動 A項錯誤 因q所受電場力方向指向O點 所以q由A向O運動過程中電場力做正功 電勢能減小 動能增大 B C項均正確 因O點電勢大于零 故q在O點時的電勢能不為零 D項錯誤 3 兩個固定的等量異號點電荷所產(chǎn)生電場的等勢面如圖中虛線所示 一帶負電的粒子以某一速度從圖中A點沿圖示方向進入電場在紙面內飛行 最后離開電場 粒子只受靜電力作用 則粒子在電場中 A 做直線運動 電勢能先變小后變大B 做直線運動 電勢能先變大后變小C 做曲線運動 電勢能先變小后變大D 做曲線運動 電勢能先變大后變小 題組二 電勢和等勢面 解析 根據(jù)圖示可畫出電場線 判斷出粒子將受向上的電場力而做曲線運動 電場力對其先做正功后做負功 所以其電勢能先變小后變大 則本題只有選項C正確 題組三 電勢差 場強與電勢差的關系 6 如圖所示是某電場中的一組等勢面 若A B C D相鄰兩點間的距離均為2cm A和P點間的距離為1 5cm 則該電場的場強E和P點的電勢 P分別為 1 場強 電勢 電勢差是描述電場性質的物理量 由電場本身決定 2 電場力 電勢能由電荷與電荷在電場中的位置共同決定 由電荷與電場共同決定 3 電場線與等勢面處處垂直 沿電場線方向電勢逐漸降低 4 電場線密集的地方 等差等勢面也密集 電場線稀疏的地方 等差等勢面也稀疏 等差等勢面的疏密也能表示電場的強弱 小思考微總結 研細核心點練透經(jīng)典題 1 電勢高低的判斷 考點一電勢高低及電勢能大小的判斷方法 調研1 多選 將一電荷量為 Q的小球放在不帶電的金屬球附近 所形成的電場線分布如圖所示 金屬球表面的電勢處處相等 a b為電場中的兩點 則 試題調研 A a點的電場強度比b點的大B a點的電勢比b點的高C 檢驗電荷 q在a點的電勢能比在b點的大D 將檢驗電荷 q從a點移到b點的過程中 電場力做負功 解析 電場線的疏密程度表示場強的大小 A正確 沿電場線方向電勢降低 B正確 負電荷在電勢越高的位置電勢能越小 C錯誤 因負電荷從a點移到b點的過程中電勢能增大 由功能關系知電場力必做負功 D正確 答案 ABD 1 在確定電勢高低的各種方法中 應用最多的是根據(jù)電場線判斷 只要能確定電場線的方向 電勢高低就一目了然了 2 在確定電勢能的方法中 最重要的是根據(jù)電場力做功判斷 3 熟練掌握常見電場的電場線 等勢線分布情況 名師歸納點題破疑 1 1 2014 江蘇單科 如圖所示 一圓環(huán)上均勻分布著正電荷 x軸垂直于環(huán)面且過圓心O 下列關于x軸上的電場強度和電勢的說法中正確的是 A O點的電場強度為零 電勢最低B O點的電場強度為零 電勢最高C 從O點沿x軸正方向 電場強度減小 電勢升高D 從O點沿x軸正方向 電場強度增大 電勢降低 類題練熟 解析 本題考查帶電圓環(huán)周圍的電場強度和電勢的變化關系 解題的關鍵是要應用電場強度的矢量性和電勢變化與電場強度的關系進行分析 將圓環(huán)看成是由許許多多的點電荷組成 根據(jù)電場強度的合成可知 O點電場強度為零 圓環(huán)帶正電荷 根據(jù)正電荷周圍電勢變化關系 再結合對稱性可知 O點電勢最高 故選項A錯誤 B正確 從O點沿x軸正方向 一定有一個電場強度最大的位置 故電場強度先增大后減小 電勢一直降低 選項C D均錯誤 把非點電荷無限分割 變成能夠應用點電荷規(guī)律來分析的題目是電場中經(jīng)常采用的一種方法 1 2 多選 如圖所示 在x軸上相距為L的兩點固定兩個等量異種點電荷 Q Q 虛線是以 Q所在點為圓心 為半徑的圓 a b c d是圓上的四個點 其中a c兩點在x軸上 b d兩點關于x軸對稱 下列判斷正確的是 A b d兩點處的電勢相同B 四個點中c點處的電勢最低C b d兩點處的電場強度相同D 將一試探電荷 q沿圓周由a點移至c點 q的電勢能減小 解析 過c點的中垂線為一條等勢線 電勢為零 其余a b d三點的電勢均大于零 且根據(jù)對稱性可知b d兩點的電勢相等 所以選項A B正確 b d兩點處的電場強度的方向不同 選項C錯誤 a點的電勢大于零 則試探電荷 q在a點處的電勢能大于零 而在c點的電勢能等于零 故試探電荷沿圓周由a點移至c點 電勢能減小 選項D正確 試題調研 解題探究 1 在勻強電場中 如何尋找等勢線 提示 先利用幾何關系確定兩個等勢點 它們的連線就是一條等勢線 2 如何確定勻強電場的場強大小和方向 3 如何判斷電勢能的變化 提示 通過電場力做功判斷電勢能的變化 答案 ACD 確定勻強電場中的電場線 1 確定等勢線 根據(jù) 兩點確定一條直線 找出電場中電勢相等的兩個點 然后連接成一條等勢線 因勻強電場的電勢在一條直線上均勻變化 任一線段中點的電勢為兩端點電勢的平均值 2 電場線跟等勢面一定垂直 作出等勢線的垂線即得電場線 3 比較電勢的高低 即沿著電場線的方向 電勢逐漸降低 根據(jù)題中電勢高低在電場線上標出箭頭 表示電場的方向 名師歸納點題破疑 2 1 2015 荊門模擬 如圖所示 在某電場中畫出了三條電場線 C點是A B連線的中點 已知A點的電勢為 A 30V B點的電勢為 B 10V 則C點的電勢 A C 10VB C 10VC C 10VD 上述選項都不正確 類題練熟 解析 由于A C之間的電場線比C B之間的電場線密 相等距離之間的電勢差較大 所以 C 10V 選項C正確 2 2 如圖所示 在平面直角坐標系中 有方向平行于坐標平面的勻強電場 其中坐標原點O處的電勢為0V 點A處的電勢為6V 點B處的電勢為3V 則電場強度的大小為 1 電場力做功的計算方法 1 WAB qUAB 普遍適用 2 W qExcos 適用于勻強電場 3 WAB Ep EpA EpB 從能量角度求解 4 W電 W非電 Ek 由動能定理求解 2 帶電粒子在電場中做曲線運動時正負功的判斷 1 粒子速度方向一定沿軌跡的切線方向 粒子所受靜電力方向一定沿電場線指向軌跡彎曲的凹側 2 靜電力與速度方向間夾角小于90 靜電力做正功 夾角大于90 靜電力做負功 考點三電場中的功能關系的應用 3 功能關系 1 若只有靜電力做功 電勢能與動能之和保持不變 2 若只有靜電力與重力做功 電勢能 重力勢能 動能之和保持不變 3 除重力之外 其他各力對物體做的功等于物體機械能的變化 4 所有外力對物體所做的功 等于物體動能的變化 調研3 如圖所示 在O點處固定一個正電荷 在過O點的豎直平面內的A點 自由釋放一個帶正電的小球 小球的質量為m 電荷量為q 小球下落的軌跡如圖中虛線所示 它與以O為圓心 R為半徑的圓 圖中實線表示 相交于B C兩點 O C在同一水平線上 BOC 30 A距離OC的豎直高度為h 若小球通過B點時的速度為v 試求 B 1 小球通過C點時的速度大小 2 小球由A到C的過程中電場力做的功 試題調研 解題探究 1 從A到B 小球受幾個力 分析做功及能量轉化情況 提示 從A到B 重力做正功 重力勢能減少 電場力做負功 電勢能增加 減少的重力勢能轉化為電勢能和動能 2 從B到C 電場力做的功是多少 從A到B和從A到C電場力做功有何關系 提示 因為B C兩點電勢相等 所以電場力做功為零 因為UAB UAC 所以WAB WAC 處理電場中能量問題的注意事項 1 應用動能定理解決問題需研究合外力的功 或總功 2 應用能量守恒定律解決問題需注意電勢能和其他形式能之間的轉化 3 應用功能關系解決該類問題需明確電場力做功與電勢能改變之間的對應關系 4 當只有電場力做功時 動能與電勢能相互轉化 動能與電勢能之和保持不變 名師歸納點題破疑 3 1 如圖所示 在水平向右的勻強電場中有一絕緣斜面 斜面上有一帶電金屬塊沿斜面滑下 已知在金屬塊滑下的過程中動能增加了12J 金屬塊克服摩擦力做功8 0J 重力做功24J 則以下判斷中正確的是 A 金屬塊帶負電荷B 金屬塊克服電場力做功8 0JC 金屬塊的電勢能減少4 0JD 金屬塊的機械能減少12J 類題練熟 解析 根據(jù)動能定理得WG WE WFf Ek 解得WE 4J 說明金屬塊帶正電荷 A項錯誤 電勢能增加4J 金屬塊的機械能變化量為除重力之外的其他力做功所致 為12J D項正確 靜電場中圖象問題的處理方法和技巧 1 電場中的E x圖象在給定了電場的E x圖象后 可以由圖線確定場強的變化情況 電勢的變化情況 E x線與x軸所圍圖形 面積 表示電勢差 在與粒子運動相結合的題目中 可進一步確定粒子的電性 動能變化 電勢能變化等情況 在這類題目中 還可以由E x圖象假設某一種符合E x圖線的電場 利用這種已知電場的電場線分布 等勢面分布或場源電荷來處理相關問題 經(jīng)典范例1 2014 上海單科 多選 靜電場在x軸上的場強E隨x的變化關系如圖所示 x軸正向為場強正方向 帶正電的點電荷沿x軸運動 則點電荷 A 在x2和x4處電勢能相等B 由x1運動到x3的過程中電勢能增大C 由x1運動到x4的過程中電場力先增大后減小D 由x1運動到x4的過程中電場力先減小后增大 解析 由題圖可知 x1到x4場強先變大 再變小 則點電荷受到的電場力先增大后減小 C正確 D錯誤 由x1到x3及由x2到x4過程中 電場力做負功 電勢能增大 知A錯誤 B正確 答案 BC 針對訓練1 兩帶電荷量分別為q1 q1 0 和q2的點電荷放在x軸上 相距為l 兩電荷連線上電場強度E與x的關系如圖所示 則下列說法正確的是 A q2 0且q1 q2B q20且q1 q2D q2 0且q1 q2 2 電場中的 x圖象根據(jù) x圖象可以判斷以下問題 1 在 x圖象中可以直接判斷各點電勢的大小 并可根據(jù)電勢大小關系確定電場強度的方向 2 在 x圖象中分析電荷移動時電勢能的變化 可用WAB qUAB 進而分析WAB的正負 然后作出判斷 3 電場強度的大小等于 x圖象的斜率大小 電場強度為零處 x圖線存在極值 其切線的斜率為零 經(jīng)典范例2 2015 山東菏澤一模 多選 靜電場方向平行于x軸 其電勢 隨x的分布可簡化為如圖所示的折線 一質量為m 帶電荷量為 q的粒子 不計重力 以初速度v0從O點 x 0 進入電場 沿x軸正方向運動 下列敘述正確的是 答案 AD 針對訓練2 多選 a b是x軸上兩個點電荷 電荷量分別為q1和q2 沿x軸a b之間各點對應的電勢高低如圖中曲線所示 a p間距離大于p b間距離 從圖中可以判斷以下說法正確的是 A a和b均為負電荷且q1一定大于q2B 電勢最低的p點的電場強度為零C 將一負的檢驗電荷從b處移到p處 電荷電勢能增加D a p間的電場方向都指向a點 解析 由于從a到b 電勢 先減小再增加 所以a b應均為正電荷 所以選項A錯誤 由 x圖象的斜率表示電場強度E 知B對 由Ep q 知 C對 a p間的電場方向應都指向p點 D錯誤