2019年高考物理總復習 第七章 靜電場 第2課時 電場能的性質課件 教科版.ppt

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第2課時電場能的性質 基礎回顧 核心探究 演練提升 基礎回顧自主梳理 融會貫通 知識梳理 一 電場力做功與電勢能1 電場力做功 1 特點 電場力做功與重力做功相似 均與無關 只與有關 2 計算方法 W qEd 只適用于 其中d為沿的距離 WAB qUAB 適用于 路徑 初末位置 勻強電場 電場方向 任何電場 2 電勢能 1 定義 電荷在電場中具有的勢能 數(shù)值上等于將電荷從該點移到位置時電場力所做的功 2 電場力做功與電勢能變化的關系 電場力做的功等于 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 或把電荷在表面的電勢能規(guī)定為零 二 電勢與等勢面1 電勢 1 定義與定義式 檢驗電荷在電場中某點具有的與它的的比值 即 零勢能 電勢能的減小量 相對 無窮遠 大地 電勢能 電荷量 2 矢標性 電勢是 有正負之分 其正 負 表示該點電勢比高 低 3 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 4 電場中電場強度為零的位置電勢為零 電場強度相同的區(qū)域電勢相同 2 等勢面 1 定義 電場中的各點構成的曲面 2 特點 等勢面一定與電場線 在移動電荷時電場力不做功 電場線總是從的等勢面指向的等勢面 等差等勢面越密的地方越大 反之越小 標量 零電勢 相對性 不一定 不一定 電勢值相等 垂直 同一等勢面上 電勢高 電勢低 電場強度 三 電勢差勻強電場中電勢差與電場強度的關系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 電勢差是標量 但有正 負之分 正負表示兩點電勢的高低 如UAB為正 負 表示A點電勢高于 低于 B點電勢 5 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 電場力做的功 電荷量 無關 無關 2 勻強電場中電勢差與電場強度的關系 1 電勢差與電場強度的關系式 E 其中d為電場中兩點間的距離 2 公式只適用于 3 電場強度的方向是電勢降低最快的方向 沿電場方向 勻強電場 自主檢測 1 思考判斷 1 電場強度處處為零的區(qū)域內 電勢一定也處處為零 2 電場強度處處相同的區(qū)域內 電勢一定也處處相同 3 電場強度的方向總是跟等勢面垂直 4 電勢降低的方向就是電場強度的方向 5 A B兩點間的電勢差等于將正電荷從A移到B時電場力所做的功 答案 1 2 3 4 5 2 多選 某靜電除塵器工作時內部電場線分布的俯視圖如圖 帶負電的粉塵被吸附時由b點運動到a點 以下說法正確的是 A a點電場強度小于b點的電場強度B a點電場強度大于b點的電場強度C 電場力對粉塵做正功D 粉塵的電勢能增大 AC 解析 電場線的疏密表示電場強度大小 選項A正確 B錯誤 帶負電的粉塵受到的電場力方向與電場方向相反 電場力對粉塵做正功 粉塵的電勢能減少 選項C正確 D錯誤 3 2017 云南昆明質檢 一個帶正電的質點 電荷量為q 2 0 10 9C 在靜電場中由a點移到b點 在這個過程中 除電場力做功外 其他力做的功為6 0 10 5J 質點的動能增加了8 0 10 5J 則a b兩點間的電勢差Uab為 A 3 104VB 1 104VC 4 104VD 7 104V B C 核心探究分類探究 各個擊破 考點一電勢 電勢能 等勢面 1 電勢高低的四種判斷方法 1 據(jù)電場線的方向判斷 電場線由高電勢面指向低電勢面 或者說沿電場線方向電勢逐漸降低 3 據(jù)電場力做功來判斷 電場力對正電荷做正功 電荷由高電勢處移向低電勢處 正電荷克服電場力做功 電荷由低電勢處移向高電勢處 對于負電荷 情況恰好相反 4 根據(jù)電勢能判斷 正電荷在電勢高處電勢能較大 負電荷在電勢低處電勢能較大 2 電勢能高低的四種判斷方法 1 做功判斷法 電場力做正功 電勢能減小 電場力做負功 電勢能增大 2 電荷電勢法 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 4 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 動能增大時 電勢能減小 反之電勢能增大 典例1 2017 山西太原二模 空間中P Q兩點處各固定一個點電荷 其中P點處為正電荷 P Q兩點附近電場的等勢面分布如圖所示 a b c d為電場中的四個點 則 A P Q兩點處的電荷等量同種B a點和b點的電場強度相同C c點的電勢低于d點的電勢D 負電荷從a到c 電勢能減少 核心點撥 1 由等勢面的對稱性可知 一定是等量的異種電荷產生的電場 2 電場強度是矢量 比較是否相同 不僅要看大小 還要看方向 3 根據(jù)電勢高低 由W qU判斷電場力做功 電勢能變化 D 針對訓練 導學號58826154 2017 石家莊二中一模 如圖所示 真空中等量同種正點電荷放置在M N兩點 在M N的連線上有對稱點a c M N連線的中垂線上有對稱點b d 則下列說法正確的是 A 正電荷 q在c點電勢能大于在a點電勢能B 正電荷 q在c點電勢能小于在a點電勢能C 在M N連線的中垂線上 O點電勢最高D 負電荷 q從d點靜止釋放 在它從d點運動到b點的過程中 加速度先減小再增大 C 解析 由等量同種正點電荷電場分布特點可知a c兩點電勢相等 正電荷 q在a c兩點的電勢能相等 選項A B錯誤 M N連線的中垂線上由無窮遠到O點電場強度先變大再變小 中間某一位置電場強度最大 負電荷從無窮遠到O點做加速度先增大再減小的加速運動 在O點時速度最大 動能最大 電勢能最小 過O點后做加速度先增大再減小的減速運動 動能減小 電勢能增加 所以負電荷在M N連線中垂線上的O點電勢能最小 則O點電勢最高 選項C正確 由于不知b d在M N連線中垂線上的具體位置 負電荷從d到b運動過程中加速度可能先減小再增大 也可能先增大再減小 再增大再減小 選項D錯誤 考點二帶電粒子的運動軌跡問題 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 3 根據(jù)動能定理 能量守恒定律或功能關系判斷動能的變化 典例2 2017 遼寧大連一模 多選 如圖所示 虛線a b c表示電場中的三個等勢面 相鄰等勢面間的電勢差相等 實線為一個帶正電的質點僅在電場力作用下 通過該區(qū)域的運動軌跡 P Q是軌跡上的兩點 下列說法中正確的是 A 三個等勢面中 等勢面a的電勢最高B 帶電質點通過P點時的電勢能比通過Q點時的小C 帶電質點通過P點時的動能比通過Q點時的小D 帶電質點通過P點時的加速度比通過Q點時的大 CD 核心點撥 解析 電荷所受電場力指向軌跡內側 由于質點帶正電 因此電場線指向右下方 沿電場線電勢降低 故c等勢面的電勢最高 a等勢面的電勢最低 選項A錯誤 從P到Q過程中電場力做正功 電勢能降低 動能增大 故P點的動能小于Q點的動能 選項C正確 B錯誤 等勢線密的地方電場線密 電場電場強度大 則P點電場強度大于Q點電場強度 則P點的加速度大 選項D正確 多維訓練 1 導學號58826155 電場線與運動軌跡 2018 廣州六校聯(lián)考 多選 如圖所示 實線是一個電場中的電場線 虛線是一帶電粒子在此電場中運動的軌跡 若帶電粒子只在電場力作用下從a處運動到b處 以下說法正確的是 A 帶電粒子在a處的加速度較大B 帶電粒子在a處的加速度較小C 帶電粒子在a處的電勢能較大D 帶電粒子在a處的電勢能較小 AD 2 僅由運動軌跡分析受力和能量變化 2016 全國 卷 20 多選 如圖 一帶負電荷的油滴在勻強電場中運動 其軌跡在豎直面 紙面 內 且相對于過軌跡最低點P的豎直線對稱 忽略空氣阻力 由此可知 A Q點的電勢比P點高B 油滴在Q點的動能比它在P點的大C 油滴在Q點的電勢能比它在P點的大D 油滴在Q點的加速度大小比它在P點的小 AB 考點三E 結合幾何關系的拓展應用 1 勻強電場中電勢差與電場強度的關系 1 U Ed 其中d為電場強度方向上的有效長度 若UAB Ed 應通過電勢高低提前預判電勢差的正負 2 沿電場強度的方向電勢降落得最快 3 在同一直線上或相互平行的兩條直線上 兩線段的長度之比等于其電勢差之比 3 E 在非勻強電場中的幾點妙用 1 解釋等差等勢面的疏密與電場強度大小的關系 當電勢差U一定時 電場強度E越大 則沿電場強度方向的距離d越小 即電場強度越大 等差等勢面越密 2 定性判斷非勻強電場電勢差的大小關系 如距離相等的兩點間的電勢差 E越大 U越大 E越小 U越小 典例3 2017 全國 卷 21 多選 一勻強電場的方向平行于xOy平面 平面內a b c三點的位置如圖所示 三點的電勢分別為10V 17V 26V 下列說法正確的是 A 電場強度的大小為2 5V cmB 坐標原點處的電勢為1VC 電子在a點的電勢能比在b點的低7eVD 電子從b點運動到c點 電場力做功為9eV ABD 核心點撥 1 利用同一直線上 兩線段的長度之比等于其電勢差之比 找出ac連線上與b點電勢相等的點的坐標 2 利用電場線與等勢線垂直 確定電場強度的方向 由幾何關系求出沿電場強度方向的距離 反思總結等分法的應用 1 在勻強電場中 沿任意一個方向 電勢降落都是均勻的 故在同一直線上間距相同的兩點間電勢差相等 如果把某兩點間的距離等分為n段 則每段兩端點的電勢差等于原電勢差的 采用這種等分間距求電勢問題的方法 叫等分法 2 若已知電場中某幾點的電勢 要求其他點的電勢時 一般采用 等分法 在電場中找與待求點的電勢相同的等勢點 等分法也常用在畫電場線的問題中 3 在勻強電場中 相互平行的相等線段的兩端點電勢差相等 可用來求解電勢 B 考點四電場中的功能關系 1 電場中的功能關系 1 若只有電場力做功 則動能和電勢能相互轉化 動能 Ek 和電勢能 Ep 的總和守恒 2 若只有電場力和重力做功 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 合力對物體所做的功 等于物體動能的變化 2 解決電場力做功問題時應注意以下兩點 1 利用電場線的特點 等勢面的特點來分析電場力做功情況 2 應用公式WAB qUAB計算時 WAB q UAB都要帶正 負號計算 典例4 2017 黑龍江哈爾濱二模 如圖所示 真空中的勻強電場與水平方向成15 角 AB線段垂直勻強電場E 現(xiàn)有一質量為m 電荷量為 q的小球在A點以初速度大小v0 方向水平向右拋出 經時間t小球下落到C點 圖中未畫出 時速度大小仍為v0 則小球由A點運動到C點的過程中 下列說法正確的是 A 電場力對小球做功為零B 小球的機械能減少量為mg2t2C 小球的電勢能減小D C一定位于AB所在直線的右側 D 核心點撥 帶電小球由A到C的過程中 重力做正功 電場力一定做負功 才能滿足總功為零 1 功能關系的定性分析 2018 山東濰坊模擬 在等勢面沿豎直方向的勻強電場中 一帶負電的微粒以一定初速度射入電場 并沿直線AB運動 由此可知 A 電場中A點的電勢低于B點的電勢B 微粒在A點時的動能大于在B點時的動能 在A點時的電勢能小于在B點時的電勢能C 微粒在A點時的動能小于在B點時的動能 在A點時的電勢能大于在B點時的電勢能D 微粒在A點時的動能與電勢能之和等于在B點時的動能與電勢能之和 B 多維訓練 解析 一帶負電的微粒以一定初速度射入電場 并沿直線AB運動 分析知其受到的電場力F只能垂直等勢面水平向左 電場強度則水平向右 如圖所示 所以電場中A點的電勢高于B點的電勢 選項A錯誤 微粒從A向B運動 則合外力做負功 動能減小 電場力做負功 電勢能增加 選項C錯誤 B正確 微粒的動能 重力勢能 電勢能三種能量的總和保持不變 選項D錯誤 2 O b兩點間的電勢差UOb 3 小滑塊運動的總路程s 演練提升真題體驗 強化提升 高考模擬 1 電場強度 電勢的理解 2014 全國 卷 19 多選 關于靜電場的電場強度和電勢 下列說法正確的是 A 電場強度的方向處處與等電勢面垂直B 電場強度為零的地方 電勢也為零C 隨著電場強度的大小逐漸減小 電勢也逐漸降低D 任一點的電場強度總是指向該點電勢降落最快的地方 AD 解析 因電場線方向處處與等勢面方向垂直 因此電場強度的方向處處與等勢面垂直 由此可知A項正確 電場強度大小與電勢的大小沒有必然的關系 因此B C項錯誤 在電場中電場強度的方向是電勢降落最快的方向 由此可知任一點的電場強度總是指向該點電勢降落最快的方向 D項正確 2 等勢面的理解 2016 全國 卷 15 關于靜電場的等勢面 下列說法正確的是 A 兩個電勢不同的等勢面可能相交B 電場線與等勢面處處相互垂直C 同一等勢面上各點電場強度一定相等D 將一負的試探電荷從電勢較高的等勢面移至電勢較低的等勢面 電場力做正功 B 解析 在靜電場中 兩個電勢不同的等勢面不會相交 選項A錯誤 電場線與等勢面一定相互垂直 選項B正確 同一等勢面上的電場強度可能相等 也可能不相等 選項C錯誤 電場線總是由電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面 順著電場線移動負試探電荷時 電場力做負功 選項D錯誤 3 帶電粒子的運動軌跡問題 2016 全國 卷 15 如圖 P是固定的點電荷 虛線是以P為圓心的兩個圓 帶電粒子Q在P的電場中運動 運動軌跡與兩圓在同一平面內 a b c為軌跡上的三個點 若Q僅受P的電場力作用 其在a b c點的加速度大小分別為aa ab ac 速度大小分別為va vb vc 則 A aa ab ac va vc vbB aa ab ac vb vc vaC ab ac aa vb vc vaD ab ac aa va vc vb D AC 拓展增分 靜電場中的三類圖像1 v t圖像根據(jù)v t圖像的速度變化 斜率變化 即加速度大小的變化 確定電荷所受電場力的方向與大小變化情況 進而確定電場的方向 電勢的高低及電勢能的變化 示例1 2018 四川成都模擬 多選 如圖 甲 所示 有一絕緣圓環(huán) 圓環(huán)上均勻分布著正電荷 圓環(huán)平面與豎直平面重合 一光滑細桿沿垂直圓環(huán)平面的軸線穿過圓環(huán) 細桿上套有一個質量為m 10g的帶正電的小球 小球所帶電荷量q 5 0 10 4C 小球從C點由靜止釋放 其沿細桿由C經B向A運動的v t圖像如圖 乙 所示 小球運動到B點時 速度圖像的切線斜率最大 圖中標出了該切線 則下列說法正確的是 A 在O點右側桿上 B點電場強度最大 電場強度大小為E 1 2V mB 由C到A的過程中 小球的電勢能先減小后變大C 由C到A電勢逐漸降低D C B兩點間的電勢差UCB 0 9V ACD ACD 3 E x圖像在給定了電場的E x圖像后 可以由圖線確定電場強度的變化情況 電勢的變化情況 E x圖線與x軸所圍成的圖形的 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 示例3 2018 山東煙臺模擬 空間有一沿x軸對稱分布的電場 其電場強度E隨x變化的圖像如圖所示 下列說法正確的是 A O點的電勢最低B x2點的電勢最高C x1和 x1兩點的電勢相等D x1和x3兩點的電勢相等 C 解析 從圖像可以看出 電場強度的大小和方向都沿x軸對稱分布 沿著電場強度的方向 電勢一定降低 故根據(jù)其電場強度E隨x變化的圖像容易判斷 O點的電勢最高 選項A B錯誤 由于x1和 x1兩點關于y軸對稱 且電場強度的大小也相等 故從O點到x1和從O點到 x1電勢降落相等 故x1和 x1兩點的電勢相等 選項C正確 由于沿著電場強度的方向 電勢一定降低 故從O點到x1和從O點到x3電勢都是一直降落 故x1和x3兩點的電勢不相等 選項D錯誤