高考物理一轮复习 第6章 静电场 第2讲 电场能的性质课件 新人教版.ppt

走向高考 物理 路漫漫其修远兮吾将上下而求索 人教版 高考总复习 静电场 第六章 第2讲电场能的性质 第六章 1 掌握电势 电势能 电势差的概念 2 理解电场力做功的特点 掌握电场力做功与电势能变化的关系 3 会分析电场中电势的变化 并能利用功能关系分析电荷电势能的变化 1 电势差uab 1 定义 电荷在电场中 由一点a移动到另一点b时 所做的功与移动电荷电荷量的比值wab q 叫做a b两点间的电势差 用uab表示 2 定义式 uab 3 单位 1v 1j c 4 矢量性 但有正负 正负表示电势的高低 电势与电势差 静电力 wab q 伏特 电势差是标量 2 电势 1 定义 电场中某点的电势等于该点与零电势点间的电势差 在数值上等于单位正电荷由该点移到零电势点时电场力所做的功 令 b 0 则 a uab 2 电势是标量 但有正负 电势的正负表示该点电势比零电势点高还是低 电势能 1 电荷在电场中具有的与电荷位置有关的能量叫电荷的电势能 2 单位 j 3 电势能是标量 也具有相对性 与零势能点的选取有关 焦耳 等势面 1 等势面的概念 电场中 的各点构成的面叫等势面 2 几种常见电场的等势面如图所示 1 点电荷电场 2 等量异号电荷的电场 3 等量同号电荷的电场 4 匀强电场 一族垂直电场线的平行平面 电势相等 1 电势反映电场能的性质 而电场强度反映电场力的性质 2 电势是 具有相对性 而电场强度是 不具有相对性 叠加时两者运算法则不同 3 电势与电场强度的大小没有必然的联系 电场强度与电势差的关系 标量 矢量 4 在匀强电场中uab a b d为a b沿电场线方向的距离 5 沿着电场强度的地方向电势 6 电势和电场强度都是由电场本身的性质决定的 与试探电荷 关 ed 降低 无 1 电场力做多少正功 电势能就 多少 电场力做多少负功 电势能就 多少 2 只有电场力做功时 之和保持不变 3 只有电场力和重力做功时 电势能 重力势能 动能三者之和保持不变 电场中的功能关系 减少 增加 电势能和动能 答案 1 电场强度与电势无必然联系 电场强度为零的地方 电势不一定为零 2 等势面不是客观存在的 电场线与等势面是一定垂直的 3 4 带电粒子的初速度若是零 则一定从电势能大的地方向电势能小的地方移动 5 答案 ad a 沿半圆弧l将q从b点移到c点 电场力不做功b 沿曲线r将q从b点移到c点 电场力做正功c 沿曲线s将q从a点移到c点 电场力不做功d 沿直线将q从a点移到b点 电场力做负功答案 b解析 将题中各点位置与等量同种正点电荷等势面分布图对比可知 ab两点在同一等势面上 b点电势高于c点电势 所以将正电荷由b点移动到c点 电场力做正功 与运动路径无关 a项错 b项正确 将正电荷由a点移到b点 电场力不做功 d项错 由a点移到c点 电场力做正功 c项错 答案 c 辨析电场线 电势 电势能 等势面 1 电场线与电场强度的关系 电场线越密的地方表示电场强度越大 电场线上某点的切线方向表示该点的电场强度方向 2 电场线与等势面的关系 电场线与等势面垂直 并从电势较高的等势面指向电势较低的等势面 3 电场强度大小与电势无直接关系 零电势可人为选取 电场强度的大小由电场本身决定 故电场强度大的地方 电势不 定高 4 电势能与电势的关系 正电荷在电势高的地方电势能大 负电荷在电势低的地方电势能大 5 电势能高低的四种判断方法 a b d两点处的电势相同b 四个点中c点处的电势最低c b d两点处的电场强度相同d 将一试探电荷 q沿圆周由a点移至c点 q的电势能减小思路引导 a b c d四点的电势大小关系是什么 答案 c点电势为零 a b d三点电势都大于零 a点电势最大 b d两点电势相等 解析 过c点的中垂线为一条等势线 电势为零 其余a b d三点的电势均大于零 且根据对称性可知b d两点的电势相等 所以选项a b正确 b d两点处的电场强度的方向不同 选项c错误 a点的电势大于零 则试探电荷 q在a点处的电势能大于零 而在c点的电势能等于零 故试探电荷沿圆周由a点移至c点 电势能减小 选项d正确 答案 abd 名师归纳 比较电势高低的三种方法 1 沿电场线方向 电势越来越低 电场线由电势高的等势面指向电势低的等势面 2 判断出uab的正负 再由uab a b比较 a b的大小 若uab 0 a b 若uab 0 则 a b 3 取无穷远处为零电势点 正电荷周围电势为正值 且离正电荷近处电势高 负电荷周围电势为负值 且离负电荷近处电势低 a a点的电场强度比b点的大b a点的电势比b点的高c 检验电荷 q在a点的电势能比在b点的大d 将检验电荷 q从a点移到b点的过程中 电场力做负功答案 abd解析 电场线越密集 表示该处的电场强度越大 故a点的电场强度比b点的大 选项a正确 顺电场线方向电势逐渐降低 故a点电势比b点的高 选项b正确 检验电荷 q从a点移到b点 电场力做负功 电势能增加 故选项c错误 d正确 静电场中图象问题的处理技巧 1 v t图象 根据v t图象的速度变化 斜率变化 即加速度大小的变化 确定电荷所受电场力的方向与电场力的大小变化情况 进而确定电场强度的方向 电势的高低及电势能的变化 2 x图象 1 电场强度的大小等于 x图线的斜率大小 电场强度为零处 x图线存在极值 其切线的斜率为零 2 在 x图象中可以直接判断各点电势的大小 并可根据电势大小关系确定电场强度的方向 3 在 x图象中分析电荷移动时电势能的变化 可用wab quab 进而分析wab的正负 然后作出判断 3 e x图象 1 反映了电场强度随位移变化的规律 2 e 0表示场强沿x轴正方向 e 0表示场强沿x轴负方向 3 图线与x轴围成的 面积 表示电势差 面积 大小表示电势差大小 两点的电势高低根据电场方向判定 思路引导 1 根据题中 x图象可得哪些信息 2 粒子做什么运动 电场力做什么功 电势能如何变化 答案 1 根据题中 x图象可知电势变化规律 电场强度大小和方向 2 粒子由静止开始运动 则在从m向o运动过程电场力做正功 然后根据on段的电场强度情况判定受力及电场力做功情况 并由此确定电势能变化情况 解析 由电势 随x的分布图可知电势随x均匀变化 则可知电场为匀强电场 选项b正确 且o点左侧的电场强度大于右侧的电场强度 左侧电场强度方向沿x轴负向 右侧电场强度方向沿x轴正向 由于带电粒子在电场中仅在电场力作用下从m点由静止开始沿x轴向右运动 故粒子一定带负电 选项a错误 粒子从m向o运动过程中所受电场力不变 电场力做正功 电势能减少 选项d错误 粒子从o向n运动过程中所受电场力做负功 做减速运动 由于 oa ob om on 故粒子一定能通过n点 选项c正确 答案 bc 名师归纳 对于 x图象和ep x图象问题的分析首先要看图象中给出的显性信息 然后通过斜率的含义挖掘隐含信息 同时结合电场能的性质的结论 公式迅速求解 答案 bc 解析 由题意可知 在x1的左侧场强方向沿x轴正方向 在x1的右侧场强方向沿x轴负方向 带正电的点电荷由x1运动到x3的过程中 电场力做负功 电势能增大 故选项a错误 选项b正确 由x1到x4场强的大小先增大后减小 则点电荷由x1运动到x4的过程中电场力先增大后减小 故选项c正确 选项d错误 电场中的功能关系 1 求电场力做功的几种方法 1 由公式w flcos 计算 此公式只适用于匀强电场 可变形为w eqlcos 2 由wab quab计算 此公式适用于任何电场 3 由电势能的变化计算 wab epa epb 4 由动能定理计算 w电场力 w其他力 ek 2 电场中的功能关系 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 弹簧弹力之外 其他各力对物体做的功等于物体机械能的变化 4 所有外力对物体所做的功等于物体动能的变化 思路引导 1 描述小球的运动过程 标出各段过程的位移大小和速度大小 2 第二个t秒内小球的加速度是否变化 3 第一个t秒内的位移和第二个t秒内的位移有何关系 答案 1 从a点自由下落h1到达b点所用时间为t 末速度为v1 加上电场后向下运动h2速度为零 然后向上加速至a点 速度为v2 这两个过程用的总时间为t 2 由于重力和向上的电场力大小 方向均不变 故此过程小球的加速度恒定不变 3 大小相等 方向相反 答案 bd 名师归纳 电场中涉及能量问题的处理思路 1 处理电场中能量问题的四点注意 应用动能定理解决问题需研究合外力的功 或总功 应用能量守恒定律解决问题需注意电势能和其他形式能之间的转化 应用功能关系解决该类问题需明确电场力做功与电势能改变之间的对应关系 有电场力做功的过程机械能不守恒 但机械能与电势能的总和可以守恒 2 分析电场力做功问题的四种方法 利用电场线 等势面分布的特点分析电场力做功情况 应用wab uabq计算功时 wab q uab都要带正 负号计算 应用动能定理解决问题时要分析合外力的做功情况 多过程问题可能要多次用到动能定理 答案 c 解析 该油滴从a点进入电场 根据其轨迹的弯曲趋势 可以判断静电力一定竖直向上 且静电力大于重力 所以油滴带负电荷 运动过程中合力向上做正功 根据动能定理 油滴动能变大 a错误 静电力做正功 电势能必然减少 b错误 该处能量守恒的形式表现为电势能 机械能 动能 重力势能 之和守恒 根据能量守恒定律 既然动能增加 则重力势能与电势能之和一定减少 d错误 油滴上升 重力势能变大 动能和电势能之和必然减少 对匀强电场中场强与电势差的关系不明确 a 若将该粒子从m点移动到n点 电场力做功为wmn 4 0 10 9jb 若将该粒子从m点移动到n点 电场力做功wmn有可能大于4 0 10 9jc 若a b之间的距离为2cm 粒子的电荷量为2 0 10 7c 该电场的场强一定是e 2v md 若粒子的电荷量为2 0 10 9c 则a b之间的电势差为4v 解析 在匀强电场中沿相同方向移动同种电荷 电场力做功的正 负相同 将该粒子从m点移到n点与从a点移到b点方向相同 因此电场力都做正功 a错 m n分别为ac bc的中点 因此mn长为ab长的一半 无论电场强度方向如何 mn间电势差为ab间电势差的一半 所以wmn 4 0 10 9j b错 由于电场强度方向未知 当电场强度沿ab方向时 电场强度最小 由w qed可知最小场强emin 2v m 所以匀强电场的场强e 2v m c错 由w qu可知d项正确 答案 d 误区警示 在匀强电场中 沿任意一条直线 这条直线不与等势面平行 的电势都均匀变化 电势差与长度成正比 且沿着电场线方向有u ed 答案 80v m 与ac成30 角斜向上 三线问题 分析技巧 三线 电场线 等势线 粒子运动轨迹 问题经常以选择题形式出现 对此类问题的分析要注意以下解题要点 第一 清楚三线各自的性质和隐含信息 第二 要及时根据已知条件找到问题的入手点 第三 要善于联系典型电场电场线和等势面的分布规律 解题步骤三线问题的解答方法可归纳为以下几个步骤 1 根据带电粒子运动轨迹的弯曲情况确定电场力方向 电场力方向指向轨迹曲线的内侧 且运动轨迹必定在v和f之间 所以需要先画出入射点的轨迹切线 即画出初速度的方向 再根据轨迹的弯曲方向 确定电场力方向 2 电场线和等势面垂直 电场线又从高电势指向低电势 先根据电场线的方向以及疏密情况 确定电场强度及电性情况 定性判断电场力 或加速度 的大小和方向 再根据电场力方向与速度方向的关系来判断速度的变化情况以及运动性质 或者根据电性判断电场强度方向 3 根据电场力方向与速度方向的关系来判断电场力做功情况及判断电势能的变化情况 另外可以通过能量的转化和守恒确定电势能及动能的变化情况 解析 由等量异种点电荷的电场线特点可知靠近电荷处电场强度大 由类比公式u ed知 uab ubc 而w qu 所以 wab wbc 则a b均错误 从带负电粒子的运动轨迹可知该粒子从a点到c点受到大体向左的作用力 故左侧为正电荷 从左向右电势降低 则d错误 粒子由a点到b点 电场力做负功 电势能增加 动能减少 则c正确 答案 c 答案 c 解析 由于带电粒子的电性不确定 所以电场线的方向不确定 a错误 带电粒子由a运动到b的过程中 只受电场力的作用 由轨迹的弯曲方向知电场力做正功 电势能减小 动能增加 故b错误c正确 由于仅给出一条电场线 电场强度的大小关系不确定 d错误 a a点的电场强度比b点的大b a点的电势比b点的高c c点的电场强度比d点的大d c点的电势比d点的低答案 acd 答案 bd 解析 a b项 由释放后m n均保持静止知 m和n受到的电场力同m n之间的库仑力平衡 二者大小相等 方向相反 分析可知m带负电荷 n带正电荷 且m n带电量相等 故a项错误 b项正确 c项 静止时m n受到的合力均为零 故c项错误 d项 m带负电 所受电场力方向与位移方向夹角为钝角 则移动过程中电场对m做负功 故d项正确 综上所述 本题正确答案为bd 答案 b 解析 电子带负电荷 从m到n和p做功相等 说明电势差相等 即n和p的电势相等 匀强电场中等势线为平行的直线 所以np和mq分别是两条等势线 从m到n 电场力对负电荷做负功 说明mq为高电势 np为低电势 所以直线c位于某一等势面内 且 m n 选项a错b对 若电子从m点运动到q点 初末位置电势相等 电场力不做功 选项c错 电子