高考物理大二輪總復(fù)習(xí)與增分策略 專題十一 電場力和能的性質(zhì)課件.ppt

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專題十一電場力和能的性質(zhì) 考點基礎(chǔ)自清 考點互動探究 內(nèi)容索引 考點基礎(chǔ)自清 一 電荷及其守恒定律 負 答案 1 兩種電荷 1 用絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電 用毛皮摩擦過的橡膠棒帶電 2 同種電荷相互排斥 異種電荷相互 2 三種起電方式摩擦起電 感應(yīng)起電和接觸起電 它們的實質(zhì)都是的轉(zhuǎn)移 3 元電荷最小的電荷量 e C 吸引 電子 1 6 10 19 答案 4 電荷守恒定律表述1 電荷既不會創(chuàng)生 也不會消滅 它只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體 或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分 在轉(zhuǎn)移過程中 電荷的 這個結(jié)論叫做電荷守恒定律 表述2 一個與外界沒有電荷交換的系統(tǒng) 的代數(shù)和保持不變 總量 保持不變 電荷 答案 二 庫侖定律 1 點電荷當(dāng)帶電體的 大小及電荷分布對它們之間的作用力的影響可以忽略時 這樣的帶電體可以看成點電荷 2 庫侖定律 1 內(nèi)容 真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用力 與它們的電荷量的乘積成正比 與它們的成反比 作用力的方向在它們的連線上 形狀 距離的二次方 答案 2 表達式 F 式中k 9 0 109N m2 C2 叫做靜電力常量 3 適用條件 真空中的 點電荷 答案 三 電場強度 1 定義 放入電場中某點的電荷受到的電場力F與它的的比值 2 定義式 E 3 矢量性 規(guī)定在電場中某點所受的方向為該點電場強度的方向 電荷量q 正電荷 電場力 答案 4 場強公式的比較 三個公式 適用于電場與試探電荷是否存在無關(guān) 適用于產(chǎn)生的電場Q為場源電荷的電荷量 適用于電場U為兩點間的電勢差 d為沿電場方向兩點間的距離 任何 點電荷 勻強 答案 5 電場的疊加 1 電場疊加 多個電荷在空間某處產(chǎn)生的電場強度為各電荷單獨在該處所產(chǎn)生的電場強度的和 2 運算法則 定則 矢量 平行四邊形 答案 四 電勢能和電勢電勢差 1 靜電力做功 1 特點 靜電力做功與路徑無關(guān) 只與有關(guān) 2 計算方法 W qEd 只適用于 其中d為沿電場方向的距離 WAB qUAB 適用于 初 末位置 勻強電場 任何電場 答案 2 電勢能 1 定義 電荷在某點的電勢能 等于把它從這點移動到位置時靜電力做的功 2 電場力做功是電勢能變化的量度 用公式表示為WAB 即電場力做正功 電荷的電勢能減少 電場力做負功 電荷的電勢能增加 零勢能 EpA EpB 答案 3 電勢 1 定義 電荷在電場中某一點的與它的電荷量的比值 2 定義式 3 矢標性 電勢是 有正負之分 其正 負 表示該點電勢比零電勢高 低 4 相對性 電勢具有 同一點的電勢因選取零電勢點的不同而不同 5 電勢是描述電場能的性質(zhì)的物理量 決定于本身 與試探電荷 電勢能 標量 相對性 電場 無關(guān) 答案 4 電勢差 1 電勢差 電場中兩點間的差值叫做電勢差 也叫電壓 2 電場中兩點間的電勢差與零電勢點的選取 填 有關(guān) 或 無關(guān) 3 公式 電場中A點的電勢為 A B點的電勢為 B 則UAB A B UBA 可見UAB UBA 4 電勢差是 UAB是正值 A點的電勢比B點的電勢高 UAB為負值 A點的電勢比B點的電勢低 5 電荷q從A點移到B點 靜電力做功WAB與AB間電勢差UAB的關(guān)系為WAB 電勢 無關(guān) B A 標量 qUAB 答案 五 電勢差與電場強度的關(guān)系 加試 1 電勢差與電場強度的關(guān)系式 E 其中d為電場中兩點間沿電場方向的距離 2 公式只適用于 勻強電場 答案 六 靜電現(xiàn)象的應(yīng)用 加試 1 處于靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特征 1 處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體 內(nèi)部場強 2 處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體 其外部表面附近任何一點的場強方向必定與這點的表面 3 處于靜電平衡狀態(tài)的整個導(dǎo)體是個等勢體 它的表面是個 地球是一個等勢體 處處為零 垂直 等勢面 答案 2 靜電平衡時 導(dǎo)體上的電荷分布有以下兩個特點 1 導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷 電荷只分布在導(dǎo)體的 2 在導(dǎo)體外表面 越尖銳的位置電荷的密度 單位面積的電荷量 凹陷的位置幾乎沒有電荷 3 尖端放電所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號相反的粒子 由于被吸引而奔向尖端 與尖端上的電荷 這相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端失去電荷的現(xiàn)象 表面 越大 中和 答案 4 靜電屏蔽金屬殼或金屬網(wǎng)的空腔內(nèi)不受外界電場的影響 殼 網(wǎng) 內(nèi)電場強度保持為 外電場對殼 網(wǎng) 內(nèi)的儀器不會產(chǎn)生影響 金屬殼 網(wǎng) 的這種作用叫做 0 靜電屏蔽 1 2015 浙江1月學(xué)考 26 下列電場中 A B兩點電場強度相同的是 1 2 3 4 5 學(xué)考通關(guān)練 1 2 3 4 5 解析 3 一個電荷只在靜電力作用下從電場中的A點移動到B點時 靜電力做了5 10 6J的功 那么 A 電荷在B點將具有5 10 6J的電勢能B 電荷在B點將具有5 10 6J的動能C 電荷的電勢能減少了5 10 6JD 電荷的電勢能增加了5 10 6J 解析 1 2 3 4 5 解析電荷只在靜電力作用下從電場中的A點移動到B點時 靜電力做正功 電勢能減少 靜電力做了多少正功 電荷的電勢能就減少多少 因電荷在A點的動能和電勢能不知道 所以不能確定電荷在B點的動能和電勢能 故選項C正確 4 如圖1為某勻強電場的等勢面分布圖 每兩個相鄰等勢面相距2cm 則該勻強電場的場強大小和方向分別為 解析 圖1 1 2 3 4 5 A E 100V m 豎直向下B E 100V m 豎直向上C E 100V m 水平向左D E 100V m 水平向右 解析電場方向與等勢面垂直且指向電勢降低的方向 故電場方向水平向左 5 2016 諸暨市期末 如圖2甲所示 一塊有機玻璃板和一塊塑料板 手持有機玻璃棒用力快速摩擦兩板后分開 接著將塑料板插入箔片驗電器上端的空心金屬球中 沒有接觸金屬球 發(fā)現(xiàn)金屬箔片張開 如圖乙所示 然后抽回塑料板 再將有機玻璃板和塑料板互相平行但不接觸 同時插入空心金屬球 仍沒有接觸金屬球 發(fā)現(xiàn)金屬箔片沒有張開 如圖丙所示 關(guān)于這一實驗現(xiàn)象 下列的說法正確的是 1 2 3 4 5 圖2 A 兩板摩擦后帶電說明創(chuàng)造了新的電荷B 圖乙驗電器箔片張開是因為發(fā)生了電磁感應(yīng)C 圖乙驗電器箔片張開是因為板上電荷轉(zhuǎn)移到箔片上D 圖丙驗電器箔片沒有張開是因為兩板帶等量異種電荷 1 2 3 4 5 返回 考點互動探究 等量同種和異種點電荷的電場強度的比較 考點一庫侖定律與電場強度 解析 圖3 例1 2016 浙江10月學(xué)考 13 如圖3所示 質(zhì)量為m 電荷量為q的帶電小球A用絕緣細線懸掛于O點 帶有電荷量也為q的小球B固定在O點正下方絕緣柱上 其中O點與小球A的間距為l O點與小球B的間距為l 當(dāng)小球A平衡時 懸線與豎直方向夾角 30 帶電小球A B均可視為點電荷 靜電力常量為k 則 解析小球A的受力分析如圖 技巧點撥 解決平衡問題的方法技巧 分析帶電體的平衡問題的關(guān)鍵是受力分析 正確畫出受力圖 不共線力作用下的平衡問題的分析方法有正交分解法和合成法 只分析含有直角的情況 兩種方法都是利用直角三角形的知識求解 解析 1 2015 浙江學(xué)考模擬 如圖所示的四種電場中 分別標記有a b兩點 其中a b兩點電場強度相同的是 解析電場強度是矢量 a b兩點的電場強度相同 則要求場強的大小和方向都相同 故D對 1 2 3 變式題組 解析 2 如圖4所示 B為線段AC的中點 如果在A處放一個 Q的點電荷 測得B處的場強EB 48N C 則 A EC 24N CB EC 12N CC 若要使EB 0 可在C處放一個 Q的點電荷D 把q 10 9C的點電荷放在C點 則其所受電場力的大小為6 10 9N 圖4 1 2 3 根據(jù)場的疊加及點電荷產(chǎn)生的場強方向知 應(yīng)在C處放一等量同種電荷 C錯誤 F qEC 1 2 10 8N D錯誤 解析 3 如圖5所示 水平勻強電場中 一帶電荷量為 q 質(zhì)量為m的小球靜止在傾角為 的光滑斜面上 則關(guān)于場強方向及大小的判斷正確的是 1 2 3 圖5 解析小球靜止 所受合力為零 重力和水平方向的電場力不能使其平衡 因此一定會受到斜面支持力的作用 由三力平衡情況可知 小球所受電場力應(yīng)水平向右 即Eq mgtan 由此得勻強電場場強大小為 因小球帶負電 所以勻強電場方向與小球受力方向相反 即電場方向向左 故選B 1 2 3 1 電勢和電場強度的區(qū)別 1 電勢是標量 是描述電場能的性質(zhì)的物理量 電場強度是矢量 是描述電場力的性質(zhì)的物理量 2 電勢高的地方場強不一定大 二者在大小上無必然聯(lián)系 3 沿電場強度方向電勢降低 考點二電勢能和電勢電勢差 2 電勢高低的判斷 3 電勢能大小的判斷 例2如圖6 直線上有O a b c四點 a b間的距離與b c間的距離相等 在O點處有固定點電荷 已知b點電勢高于c點電勢 若一帶負電荷的粒子僅在電場力作用下先從c點運動到b點 再從b點運動到a點 則 解析 圖6 A 兩過程中電場力做的功相等B 前一過程中電場力做的功大于后一過程中電場力做的功C 前一過程中 粒子電勢能不斷減小D 后一過程中 粒子動能不斷減小 解析由題意知O點處點電荷帶正電 其周圍部分電場線分布如圖所示 帶負電荷的粒子由c到b再到a過程中 電場強度不斷變大 粒子由c b a過程中 電場力做正功 電勢能不斷減小 動能不斷增加 故C項正確 D項錯誤 方法感悟 電場力做功的計算方法 1 由公式W Flcos 計算 此公式只適用于勻強電場 可變形為 W qElcos 2 由W qU來計算 此公式適用于任何形式的靜電場 3 由動能定理來計算 W電場力 W其他力 Ek 4 由電勢能的變化來計算 WAB EpA EpB 解析 4 如圖7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(guān)于x軸上的電場強度和電勢的說法中正確的是 4 5 6 圖7 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 變式題組 解析圓環(huán)上均勻分布著正電荷 可以將圓環(huán)等效為很多正點電荷的組成 同一條直徑的兩端點的點電荷的合場強類似于等量同種電荷的場強 故圓環(huán)的中心的合場強一定為零 x軸上的合場強 在圓環(huán)的右側(cè)方向沿軸向右 左側(cè)方向沿軸向左 電場強度都呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢 因沿電場線的方向電勢逐漸降低 所以可得O點的電勢最高 選項B正確 4 5 6 解析 5 如圖8所示 一帶負電的粒子 沿著電場線從A點運動到B點的過程中 以下說中正確的是 4 5 6 圖8 A 帶電粒子的電勢能越來越小B 帶電粒子的電勢能越來越大C 帶電粒子受到的靜電力一定越來越小D 帶電粒子受到的靜電力做正功 4 5 6 解析帶負電的粒子所受靜電力方向與電場線方向相反 所以當(dāng)帶負電的粒子沿著電場線從A點運動到B點的過程中 靜電力做負功 電勢能越來越大 選項A D錯誤 B正確 電場線的疏密表示場強的大小 所以EA EB 帶電粒子受到的靜電力一定越來越大 選項C錯誤 6 2016 永昌市調(diào)研 關(guān)于電勢差的說法中 正確的是 A 兩點間的電勢差等于電荷從其中一點移到另一點時 靜電力所做的功B 1C電荷從電場中一點移動到另一點 如果靜電力做了1J的功 這兩點間的電勢差就是1VC 在兩點間移動電荷時 靜電力做功的多少跟這兩點間的電勢差無關(guān)D 兩點間的電勢差的大小跟放入這兩點的電荷的電荷量成反比 4 5 6 解析 兩點間的電勢差由電場決定 即電勢差與試探電荷沒有關(guān)系 由此知道選項D錯誤 4 5 6 由WAB qUAB可知 靜電力做功的多少與q UAB均有關(guān) 選項C錯誤 1 電場線 1 定義 為了形象地描述電場中各點場強的強弱及方向 在電場中畫出一些曲線 曲線上每一點的切線方向都跟該點的場強方向一致 曲線的疏密表示電場的強弱 2 電場線的三個特點 電場線從正電荷或無限遠處出發(fā) 終止于無限遠或負電荷處 電場線在電場中不相交 在同一幅圖中 電場強度較大的地方電場線較密 電場強度較小的地方電場線較疏 考點三電場線 等勢面與粒子運動軌跡問題 3 六種典型電場的電場線 如圖9所示 圖9 2 等勢面 1 定義 電場中電勢相同的各點構(gòu)成的面 2 四個特點 在同一等勢面上移動電荷時電場力不做功 電場線一定與等勢面垂直 并且從電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面 等差等勢面越密的地方電場強度越大 反之越小 任意兩個等勢面都不相交 3 帶電粒子在電場中運動軌跡問題的分析方法 1 某點速度方向即為該點軌跡的切線方向 2 從軌跡的彎曲方向判斷受力方向 軌跡向合外力方向彎曲 從而分析電場方向或電荷的正負 3 結(jié)合軌跡 速度方向與電場力的方向 確定電場力做功的正負 從而確定電勢能 電勢和電勢差的變化等 例3某帶電粒子僅在靜電力作用下由A點運動到B點 電場線 等勢面 虛線 粒子在A點的初速度及運動軌跡如圖10所示 可以判定 圖10 解析 A 粒子在A點的加速度大于它在B點的加速度B 粒子在A點的動能小于它在B點的動能C 粒子在A點的電勢能小于它在B點的電勢能D 電場中A點的電勢低于B點的電勢 解析由電場線的的疏密可知場強EB EA 所以粒子的加速度aB aA 由定性畫出的等勢面并根據(jù)沿電場線方向電勢降低 可知電勢 A B 由粒子運動軌跡的彎曲方向可知靜電力做正功 所以動能 電勢能的變化情況為EkB EkA EpB EpA 故選項B正確 解析 7 2015 浙江學(xué)考模擬 如圖11所示 一電場的電場線分布關(guān)于y軸 沿豎直方向 對稱 O M N是y軸上的三個點 且OM MN P點在y軸右側(cè) MP ON 則O M N P四點中電場強度最大的是 7 8 9 圖11 A O點B M點C N點D P點 解析由圖知O點處電場線最密 則O點電場強度最大 故A對 變式題組 解析 8 如圖12為真空中兩點電荷A B形成的電場中的一簇電場線 已知該電場線關(guān)于虛線對稱 O點為A B電荷連線的中點 a b為其連線的中垂線上對稱的兩點 則下列說法正確的是 A A B可能帶等量異號的正 負電荷B A B可能帶不等量的正電荷C a b兩點處無電場線 故其電場強度可能為零D 同一試探電荷在a b兩點處所受電場力大小相等 方向一定相反 圖12 7 8 9 7 8 9 解析根據(jù)題圖中的電場線分布可知 A B帶等量的正電荷 選項A B錯誤 a b兩點處雖然沒有畫電場線 但其電場強度一定不為零 選項C錯誤 由圖可知 a b兩點處電場強度大小相等 方向相反 同一試探電荷在a b兩點處所受電場力大小相等 方向一定相反 選項D正確 解析 9 2016 浙江10月學(xué)考 8 如圖13為某一電場的電場線 M N P為電場線上的三個點 M N是同一電場線上兩點 下列判斷正確的是 圖13 7 8 9 A M N P三點中N點的場強最大B M N P三點中N點的電勢最高C 負電荷在M點的電勢能大于在N點的電勢能D 正電荷從M點自由釋放 電荷將沿電場線運動到N點 解析電場線的疏密反應(yīng)了電場的強弱 所以N點場強最大 選項A正確 順著電場線的方向 電勢降低 M點的電勢最高 選項B錯誤 根據(jù)Ep q M P N可知 負電荷在M點電勢能小于在N點的電勢能 選項C錯誤 正電荷在M點靜止釋放 電荷在電場力的作用下運動 但是運動軌跡并不是電場線 選項D錯誤 7 8 9 在勻強電場中由公式U Ed得出 一式二結(jié)論 圖14 考點四電勢差與電場強度的關(guān)系 加試 結(jié)論2勻強電場中若兩線段AB CD 且AB CD 則UAB UCD 或 A B C D 如圖乙所示 例4 2015 浙江學(xué)考模擬 如圖15所示 勻強電場場強為1 103N C ab dc 4cm bc ad 3cm 則下述計算結(jié)果正確的是 圖15 解析 A ab之間的電勢差為4000VB ac之間的電勢差為50VC 將q 5 10 3C的點電荷沿矩形路徑abcda移動一周 靜電力做功為零D 將q 5 10 3C的點電荷沿abc或adc從a移動到c 靜電力做功都是 0 25J Uac Uab 40V 選項B錯 將負點電荷移動一周 電勢差為零 靜電力做功為零 故選項C對 Wac qUac 5 10 3 40J 0 2J 選項D錯 規(guī)律總結(jié) 公式UAB Ed的應(yīng)用技巧 1 公式UAB Ed只適用于勻強電場的定量計算 2 公式中的 d 指電場中兩點沿電場強度方向的距離 如果電場中兩點不沿場強方向 d的取值應(yīng)為兩點連線在場強方向的投影 或為兩點所在等勢面間的垂直距離 3 在應(yīng)用時 可把公式UAB Ed簡化為U Ed 即只計算兩點間的電勢差大小 至于電勢差的正負 電場強度的方向我們根據(jù)題意另作判斷 4 電場強度與電勢差的關(guān)系式也可寫作E 它的意義是 電場強度在數(shù)值上等于沿電場方向每單位距離上降低的電勢 解析 10 2016 金華十校調(diào)研 a b c是勻強電場中的三個點 各點電勢依次為10V 2V 6V 三點在同一平面上 下列圖中電場強度的方向表示正確的是 10 11 解析由于Uab a b 8V 則ab中點處電勢為6V 因此c點與ab中點的電勢相同 c點與ab中點的連線則為一條等勢線 電場強度方向應(yīng)垂直于該等勢線并且指向電勢較低的方向 故選項C正確 變式題組 解析 11 如圖16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0 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 圖16 返回 10 11 解析x軸上OA的中點C的電勢為3V 則BC的連線為等勢線 如圖所示 電場的方向與等勢線垂直 且由電勢高處指向電勢低處 根據(jù)幾何關(guān)系 O點到BC的距離為d 1 5cm 返回 10 11