(江蘇專版)2020版高考物理一輪復習 第六章 第2節(jié) 電場能的性質講義(含解析).doc
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電場能的性質 (1)電場力做功與重力做功相似,均與路徑無關。(√) (2)電場中電場強度為零的地方電勢一定為零。() (3)沿電場線方向電場強度越來越小,電勢逐漸降低。() (4)A、B兩點間的電勢差等于將正電荷從A移到B點時靜電力所做的功。() (5)A、B兩點的電勢差是恒定的,所以UAB=UBA。() (6)電勢是矢量,既有大小也有方向。() (7)等差等勢線越密的地方,電場線越密,電場強度越大。(√) (8)電場中電勢降低的方向,就是電場強度的方向。() 突破點(一) 電勢高低與電勢能大小的判斷 1.電勢高低的判斷 判斷依據 判斷方法 電場線方向 沿電場線方向電勢逐漸降低 場源電荷的正負 取無窮遠處電勢為零,正電荷周圍電勢為正值,負電荷周圍電勢為負值;靠近正電荷處電勢高,靠近負電荷處電勢低 電勢能的高低 正電荷在電勢較高處電勢能大,負電荷在電勢較低處電勢能大 電場力做功 根據UAB=,將WAB、q的正負號代入,由UAB的正負判斷φA、φB的高低 2.電勢能大小的判斷 判斷方法 方法解讀 公式法 將電荷量、電勢連同正負號一起代入公式Ep=qφ,正Ep的絕對值越大,電勢能越大;負Ep的絕對值越大,電勢能越小 電勢法 正電荷在電勢高的地方電勢能大 負電荷在電勢低的地方電勢能大 做功法 電場力做正功,電勢能減小 電場力做負功,電勢能增加 能量守恒法 在電場中,若只有電場力做功時,電荷的動能和電勢能相互轉化,動能增加,電勢能減小,反之,動能減小,電勢能增加 [題點全練] 1.(2019東海月考)將一空心導體放入勻強電場中穩(wěn)定后,電場線分布如圖所示。A、D為電場中兩點,B、C為導體表面兩點。下列說法正確的是( ) A.同一帶電粒子在A點受到的電場力大于在C點受到的電場力 B.同一帶電粒子在A點的電勢能大于在B點的電勢能 C.一帶正電的粒子沿著導體表面從B點移動到C點,電場力不做功 D.B點的電勢低于D點的電勢 解析:選C 由電場線越密的地方,電場強度越大,結合題圖可知A點的電場線比C點的疏,則A點的電場強度小于C點電場強度,同一帶電粒子在A點受到的電場力小于在C點受到的電場力,故A錯誤。沿著電場線,電勢逐漸降低,則知A點的電勢比B高,根據負電荷在電勢高處電勢能小,在電勢低處電勢能大,故帶負電的粒子在A點的電勢能比在B點的小,故B錯誤。處于靜電平衡狀態(tài)的導體是等勢體,其表面是等勢面,則帶正電的粒子沿著導體表面從B點移動到C點,電場力不做功,故C正確。C點的電勢高于D點的電勢,而B點的電勢與C點的電勢相等,所以B點的電勢高于D點的電勢,故D錯誤。 2.(2018連云港期末)如圖所示為靜電除塵原理圖,廢氣先經過一個機械過濾裝置再進入靜電除塵區(qū),放電極和集塵極加上高壓電場,使塵埃帶上負電,塵埃在電場力的作用下向集塵極遷移并沉積,達到除塵目的,圖中虛線為電場線(方向未標)。不計重力,不考慮塵埃在遷移過程中的相互作用和電量變化,則( ) A.圖中A點電勢高于B點電勢 B.圖中A點電場強度小于B點電場強度 C.塵埃在遷移過程中電勢能增大 D.塵埃在遷移過程中動能增大 解析:選D 由題中帶負電的塵埃在電場力的作用下向集塵極遷移,知集塵極帶正電荷,是正極,所以電場線方向由集塵極指向放電極,A點更靠近放電極,所以圖中A點電勢低于B點電勢,故A錯誤;由題圖可知,A點電場線比較密,所以A點電場強度大于B點電場強度,故B錯誤;帶電塵埃所受的電場力方向與位移方向相同,做正功,所以在遷移過程中電勢能減小,動能增大,故C錯誤,D正確。 3.(2019無錫模擬)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( ) A.a點的電場強度比b點的小 B.a點的電勢比b點的低 C.將檢驗電荷-q從a點移到b點的過程中,電場力做正功 D.檢驗電荷-q在a點的電勢能比在b點的小 解析:選D 電場線的疏密表示場強的大小,電場線越密,場強越大。由題圖知a點的電場強度比b點的大,故A項錯誤;順著電場線電勢降低,則a點電勢高于金屬球的電勢,金屬球表面的電勢處處相等,金屬球的電勢高于b點的電勢,可得a點電勢高于b點的電勢,故B項錯誤;a點電勢高于b點的電勢,檢驗電荷-q在a點的電勢能比在b點的小,從a點移到b點的過程中電勢能增加,電場力做負功,故C項錯誤,D項正確。 突破點(二) 電勢差與電場強度的關系 1.勻強電場中電勢差與電場強度的關系 (1)UAB=Ed,d為A、B兩點沿電場方向的距離。 (2)沿電場強度方向電勢降落得最快。 (3)在勻強電場中U=Ed,即在沿電場線方向上,U∝d。推論如下: 推論①:如圖甲,C點為線段AB的中點,則有φC=。 推論②:如圖乙,AB∥CD,且AB=CD,則UAB=UCD。 2.E=在非勻強電場中的三點妙用 (1)判斷電場強度大小:等差等勢面越密,電場強度越大。 (2)判斷電勢差的大小及電勢的高低:距離相等的兩點間的電勢差,E越大,U越大,進而判斷電勢的高低。 (3)利用φ x圖像的斜率判斷電場強度隨位置變化的規(guī)律:k===Ex,斜率的大小表示電場強度的大小,正負表示電場強度的方向。 [典例] a、b、c、d是勻強電場中的四個點,它們正好是一個矩形的四個頂點。電場線與矩形所在平面平行。已知a點的電勢為20 V,b點的電勢為24 V,d點的電勢為4 V,如圖所示,由此可知c點的電勢為( ) A.4 V B.8 V C.12 V D.24 V [方法規(guī)律] (一)由題明3法 基礎解法:(公式法)設ab間沿電場方向上的距離為d,則cd間沿電場方向的距離也為d。 由E=得:E== 解得:φc=8 V。 能力解法一:(推論①) 連接對角線ac和bd相交于O點,如圖所示。由勻強電場的性質可得φO==,解得:φc=8 V。 能力解法二:(推論②) 因為ab=cd且ab∥cd,所以φb-φa=φc-φd,解得φc=8 V。 (二)3法比較 (1)公式法適用勻強電場中E或U的計算,過程較繁瑣。 (2)推論①僅適用于勻強電場中兩點連線中點的電勢的計算。推論②適用于勻強電場中能構成平行四邊形的四個點之間電勢的計算。 [集訓沖關] 1.(2018西安期中)如圖所示,a、b、c、d是某勻強電場中的四個點,它們正好是一個矩形的四個頂點,ab=cd=10 cm,ad=bc=20 cm,電場線與矩形所在平面平行。已知a點電勢為20 V,b點電勢為24 V,則( ) A.電場強度大小一定為E=40 V/m B.c、d間電勢差一定為4 V C.電場強度的方向一定由b指向a D.c點電勢可能比d點低 解析:選B 根據題設條件可知,場強方向無法確定,知道了a、b間電勢差,但不能根據E=求出場強的大小,故A、C錯誤。根據勻強電場的電場線與等勢線分布的特點可知,c、d間電勢差必等于b、a間電勢差,為4 V,故B正確。c、d間電勢差為4 V,則知c點電勢比d點高4 V,故D錯誤。 2.(2018無錫模擬)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φA=30 V,B點的電勢為φB=-10 V,則C點的電勢為( ) A.φC=10 V B.φC>10 V C.φC<10 V D.上述選項都不正確 解析:選C 由于AC之間的電場線比CB之間的電場線密,相等距離之間的電勢差較大,即UAC>UCB,所以φA-φC>φC-φB,可得φC<,即φC<10 V,選項C正確。 3.(2019石家莊月考)如圖所示,A、B、C、D、E、F為勻強電場中一個正六邊形的六個頂點。已知A、B、C三點的電勢分別為1 V、6 V、9 V,則下列說法正確的是( ) A.D點的電勢為+7 V B.電子在A點的電勢能比在E點的低1 eV C.電子從C點運動到F點,電場力做功10 eV D.UDE=8 V 解析:選A 由于BC與AD平行,且2BC=AD,則有2(φB-φC)=φA-φD,解得D點的電勢為φD=7 V,故A正確;由于AB與ED平行,且AB=ED,則有φA-φB=φE-φD,解得E點的電勢為φE=2 V,根據Ep=qφ可知電子在A點的電勢能比在E點的高1 eV,故B錯誤;由于BC與FE平行,且BC=FE,則有φB-φC=φF-φE,解得F點的電勢為φF=-1 V,根據WCF=qUCF=q(φC-φF)可知電子從C點運動到F點,電場力做功為-10 eV,即克服電場力做功為10 eV,故C錯誤;UDE=φD-φE=7 V-2 V=5 V,故D錯誤。 突破點(三) 電場線、等勢線(面)及帶電粒子的運動軌跡問題 1.等勢線總是和電場線垂直,已知電場線可以畫出等勢線,已知等勢線也可以畫出電場線。 2.幾種典型電場的等勢線(面) 電場 等勢線(面) 重要描述 勻強電場 垂直于電場線的一簇平面 點電荷的電場 以點電荷為球心的一簇球面 等量異種點電荷的電場 連線的中垂線上電勢處處為零 等量同種(正)點電荷的電場 連線上,中點的電勢最低;中垂線上,中點的電勢最高 3.帶電粒子在電場中運動軌跡問題的分析方法 (1)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。 (2)結合軌跡、速度方向與靜電力的方向,確定靜電力做功的正負,從而確定電勢能、電勢和電勢差的變化等。 (3)根據動能定理或能量守恒定律判斷動能的變化情況。 [題點全練] 1.(2019如皋調研)如圖所示,虛線表示電場的一簇等勢面且相鄰等勢面間電勢差相等。一個α粒子(帶正電)以一定的初速度進入電場后,只在電場力作用下沿實線軌跡運動,α粒子先后通過M點和N點。在這一過程中,電場力做負功,由此可判斷出( ) A.α粒子在M點受到的電場力比在N點受到的電場力大 B.N點的電勢低于M點的電勢 C.α粒子在N點的電勢能比在M點的電勢能大 D.α粒子在M點的速率小于在N點的速率 解析:選C 根據電場線或等勢面的疏密程度可知N點的電場強度較大,故α粒子在M點受到的電場力比在N點受到的電場力小,故A錯誤;由粒子的運動軌跡可知,帶正電的粒子所受的電場力方向指向右下方,則電場線的方向指向右下方,根據“順著電場線的方向電勢降落”,可知N點的電勢高于M點的電勢,故B錯誤;由粒子從M運動到N,電場力對粒子做負功,電勢能增加,所以α粒子在N點的電勢能比在M點的電勢能大,故C正確;由α粒子從M運動到N,電場力做負功,可知α粒子速度減小,所以α粒子在M點的速率大于在N點的速率,故D錯誤。 2.(2018宿遷期中)如圖所示,為某示波管內的聚焦電場,實線和虛線分別表示電場線和等勢線。兩電子分別從a、b兩點運動到c點。a、b兩點的場強大小分別為Ea和Eb,電勢分別為φa和φb,電場力對兩電子做功分別為Wa和Wb,兩電子在a、b兩點的電勢能分別為Epa和Epb。則( ) A.Ea- 配套講稿:
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