2021高考物理一轮复习第七章静电场第2节电场能的性质课件鲁科版

1、第第2 2节电场能的性质节电场能的性质知识梳理知识梳理教材梳理教材梳理自主预习自主预习一、电场力的功与电势能一、电场力的功与电势能1.电场力做功电场力做功(1)特点特点:电场力做功与重力做功相似电场力做功与重力做功相似,均与均与 无关无关,只与只与 有关有关.(2)计算方法计算方法w=qed,只适用于只适用于 ,其中其中d为沿为沿 的距离的距离.wab=quab,适用于适用于 .路径路径始末位置始末位置匀强电场匀强电场电场方向电场方向任何电场任何电场2.电势能电势能(1)定义定义:电荷在电场中某点的电势能等于把电荷从这点移到选定的参考点的电荷在电场中某点的电势能等于把电荷从这点移到选定的参考点

2、的过程中场力所做的功过程中场力所做的功.(2)电场力做功与电势能变化的关系电场力做功与电势能变化的关系:电场力做的功等于电场力做的功等于 ,即即wab=epa-epb=-ep.(3)电势能的相对性电势能的相对性:电势能是电势能是 的的,通常把电荷离场源电荷通常把电荷离场源电荷 处处的电势能规定为零的电势能规定为零,或把电荷在或把电荷在 表面的电势能规定为零表面的电势能规定为零.电势能的减小量电势能的减小量相对相对无穷远无穷远大地大地二、电势与等势面二、电势与等势面1.电势电势(1)定义与定义式定义与定义式:电荷在电场中某点的电荷在电场中某点的 跟跟 的比值的比值,若用若用ep表示电荷表示电荷q

3、在电场中某点在电场中某点a的电势能的电势能,a表示该点的电势表示该点的电势,则则a= .(2)矢标性矢标性:电势是电势是 ,有正负之分有正负之分,其正其正(负负)表示该点电势比表示该点电势比 高高(低低).(3)相对性相对性:电势具有相对性电势具有相对性,同一点的电势因选取同一点的电势因选取 的不同而不同的不同而不同.(4)电场中电场强度为零的位置电势电场中电场强度为零的位置电势 为零为零;电场强度相同的区域电势电场强度相同的区域电势 相同相同.peq电势能电势能电荷量电荷量标量标量零电势零电势零电势点零电势点不一定不一定不一定不一定自主探究自主探究根据电场线来判断电场中的两点电势的高低根据电

4、场线来判断电场中的两点电势的高低.(1)m,n是同一条电场线上的两点是同一条电场线上的两点,哪点电势高哪点电势高?(2)m,p是同一电场中不在同一条电场线上的两点是同一电场中不在同一条电场线上的两点,哪点电势高哪点电势高? 答案答案:(1)使正试探电荷沿着电场线由使正试探电荷沿着电场线由m点移向点移向n点点,电场力做正功电场力做正功,它的电势能它的电势能逐渐减小逐渐减小,电势逐渐降低电势逐渐降低,所以所以m点电势比点电势比n点电势高点电势高.(2)使正试探电荷由使正试探电荷由m点移向点移向p点点,电场力做正功电场力做正功,它的电势能减小它的电势能减小,电势降低电势降低,所所以以m点电势比点电势

5、比p点电势高点电势高.2.等势面等势面(1)定义定义:电场中电场中 相等的点构成的面相等的点构成的面.(2)特点特点等势面一定与电场线等势面一定与电场线 .在在 等势面上移动电荷时电场力不做功等势面上移动电荷时电场力不做功.电场线总是从电场线总是从 的等势面指向的等势面指向 的等势面的等势面.等差等势面越密的地方等差等势面越密的地方 越大越大,反之越小反之越小.电势电势垂直垂直同一同一电势高电势高电势低电势低电场强度电场强度三、电势差匀强电场中电势差与电场强度的关系三、电势差匀强电场中电势差与电场强度的关系1.电势差电势差 (2)电势差与电场力做功的关系电势差与电场力做功的关系:wab=qua

6、b.(3)电势差是标量电势差是标量,但有正、负之分但有正、负之分,正负表示两点电势的高低正负表示两点电势的高低,如如uab为正为正(负负),表示表示a点电势高于点电势高于(低于低于)b点电势点电势.(4)影响因素影响因素:电势差电势差uab由电场本身的性质决定由电场本身的性质决定,与移动的电荷与移动的电荷q及电场力做的及电场力做的功功wab ,与零电势点的选取与零电势点的选取 .电压电压 u 无关无关无关无关2.匀强电场中电势差与电场强度的关系匀强电场中电势差与电场强度的关系(1)电势差与电场强度的关系式电势差与电场强度的关系式:e= ,其中其中d为电场中两点间为电场中两点间 的的距离距离.(

7、2)公式只适用于公式只适用于 .(3)电场强度的方向是电势降低最快的方向电场强度的方向是电势降低最快的方向.ud沿电场方向沿电场方向匀强电场匀强电场知知识识解解读读如图如图,匀强电场的电场强度为匀强电场的电场强度为e,电荷电荷q从从a点移动到点移动到b点点,静电力静电力做的功做的功w与与a,b两点的电势差两点的电势差uab的关系为的关系为w= ,从从q所所受的静电力来计算功受的静电力来计算功.f= ,电荷电荷q所受的静电力所受的静电力f是一个恒力是一个恒力,它所做的功为它所做的功为w=fd= ,得到得到uab= .quabqeqeded小题检测小题检测1.思考判断思考判断(1)电场力做功与重力

8、做功相似电场力做功与重力做功相似,均与路径无关均与路径无关.( )(2)电势差是一个矢量电势差是一个矢量,有正值和负值之分有正值和负值之分.( )(3)a,b两点间的电势差等于将正电荷从两点间的电势差等于将正电荷从a点移到点移到b点时静电力所做的功点时静电力所做的功.( )(4)电场强度处处为零的区域内电场强度处处为零的区域内,电势一定也处处为零电势一定也处处为零.( )(5)正电荷沿电场线方向移动时正电荷沿电场线方向移动时,电势能一定减少电势能一定减少.( )2.关于静电场关于静电场,下列说法正确的是下列说法正确的是( )a.电势等于零的物体一定不带电电势等于零的物体一定不带电b.电场强度为

9、零的点电场强度为零的点,电势一定为零电势一定为零c.同一电场线上的各点同一电场线上的各点,电势一定相等电势一定相等d.负电荷沿电场线的方向移动时负电荷沿电场线的方向移动时,电势能一定增加电势能一定增加解析解析:静电场中静电场中,电势具有相对性电势具有相对性,电势的零点是人为选取的电势的零点是人为选取的,故电势等于零的物故电势等于零的物体可能不带电体可能不带电,也可能带电也可能带电,选项选项a错误错误;电场强度为零的点电势不一定为零电场强度为零的点电势不一定为零,如如等量同种点电荷连线的中点等量同种点电荷连线的中点,选项选项b错误错误;沿电场线方向电势一定降低沿电场线方向电势一定降低,故故c错错

10、误误;负电荷沿电场线的方向移动负电荷沿电场线的方向移动,所受到的电场力沿电场线的反方向与位移的所受到的电场力沿电场线的反方向与位移的方向相反方向相反,则电场力对负电荷做负功则电场力对负电荷做负功,其电势能增大其电势能增大(w电电=-ep),故故d正确正确.d3.如图所示如图所示,回答以下问题回答以下问题.(1)a,b哪点的电势比较高哪点的电势比较高?负电荷在哪点的电势能比较大负电荷在哪点的电势能比较大?(2)负电荷由负电荷由b移动到移动到a时时,静电力做正功还是负功静电力做正功还是负功?(3)a,b两点的电势差两点的电势差uab是正的还是负的是正的还是负的?uba呢呢?答案答案:(1)b点的电

11、势高于点的电势高于a点的电势点的电势;把负电荷从把负电荷从a移到移到b,静电力做正功静电力做正功,电势能电势能减少减少,负电荷在负电荷在a点的电势能较大点的电势能较大.(2)负电荷从负电荷从b移动到移动到a时时,静电力做负功静电力做负功.(3)uab是负的是负的;uba是正的是正的.考点研析考点研析感悟提升感悟提升考点一电势高低、电势能大小的判断考点一电势高低、电势能大小的判断1.电势高低的判断电势高低的判断依据场源电荷依据场源电荷的正负的正负取无穷远处电势为零取无穷远处电势为零,正电荷周围电势为正值正电荷周围电势为正值,负电荷周围负电荷周围电势为负值电势为负值;靠近正电荷处电势高靠近正电荷处

12、电势高,靠近负电荷处电势低靠近负电荷处电势低依据电势能的依据电势能的高低高低正电荷在电势较高处电势能大正电荷在电势较高处电势能大,负电荷在电势较低处电势负电荷在电势较低处电势能大能大2.电势能大小的判断电势能大小的判断ad 题组训练题组训练1.(2019北京通州区摸底北京通州区摸底)如图所示如图所示,a,b两点在两个固定等量正点电荷的连线两点在两个固定等量正点电荷的连线上上,与连线中点的距离相等与连线中点的距离相等,c,d两点在连线的中垂线上两点在连线的中垂线上.下列说法正确的是下列说法正确的是( )a.a,b两点的电场强度相同两点的电场强度相同b.c点的电场强度一定大于点的电场强度一定大于d

13、点的电场强度点的电场强度c.c,d两点的电势相同两点的电势相同d.a点的电势大于点的电势大于c点的电势点的电势d解析解析:根据等量同种点电荷的电场分布可知根据等量同种点电荷的电场分布可知,ea与与eb大小相等大小相等,但方向不同但方向不同,故故a错误错误;等量同种点电荷的连线中点电场强度为零等量同种点电荷的连线中点电场强度为零,无穷远处电场强度为零无穷远处电场强度为零,从连从连线中点到无穷远电场强度先增大后减小线中点到无穷远电场强度先增大后减小,c点的电场强度不一定大于点的电场强度不一定大于d点的电点的电场强度场强度,故故b错误错误;等量同种点电荷连线的中垂线上等量同种点电荷连线的中垂线上,电

14、场方向从连线中点指向电场方向从连线中点指向无穷远处无穷远处,故从连线中点到无穷远处故从连线中点到无穷远处,电势逐渐降低电势逐渐降低,c点电势高于点电势高于d点电势点电势,故故c错误错误;从从a点到两点电荷连线中点点到两点电荷连线中点,电场方向向右电场方向向右,电势降低电势降低,所以所以a点的电势大于点的电势大于c点的电势点的电势,故故d正确正确.2.(2019山东济南月考山东济南月考)(多选多选)某静电除尘设备集尘板的内壁带正电某静电除尘设备集尘板的内壁带正电,设备中心设备中心位置有一个带负电的放电极位置有一个带负电的放电极,它们之间的电场线分布如图所示它们之间的电场线分布如图所示,虚线为某带

15、电虚线为某带电烟尘颗粒烟尘颗粒(重力不计重力不计)的运动轨迹的运动轨迹,a,b是轨迹上的两点是轨迹上的两点,c点与点与b点关于放电极点关于放电极对称对称,下列说法正确的是下列说法正确的是( )a.a点电势低于点电势低于b点电势点电势b.a点电场强度小于点电场强度小于c点电场强度点电场强度c.烟尘颗粒在烟尘颗粒在a点的动能小于在点的动能小于在b点的动能点的动能d.烟尘颗粒在烟尘颗粒在a点的电势能小于在点的电势能小于在b点的电势能点的电势能ac解析解析:沿电场线方向电势降低沿电场线方向电势降低,故故a点电势低于点电势低于b点电势点电势,选项选项a正确正确;由图可由图可知知,a点电场线比点电场线比c

16、点密集点密集,因此因此a点的电场强度大于点的电场强度大于c点的电场强度点的电场强度,选项选项b错错误误;烟尘颗粒带负电烟尘颗粒带负电,从从a到到b的过程中的过程中,电场力做正功电场力做正功,动能增加动能增加,电势能减小电势能减小,选选项项c正确正确,d错误错误.考点二电场线、等势面和带电粒子的运动轨迹问题考点二电场线、等势面和带电粒子的运动轨迹问题1.几种典型电场的等势面几种典型电场的等势面2.电场线不一定是带电粒子在电场中的运动轨迹电场线不一定是带电粒子在电场中的运动轨迹只有同时满足以下三个条件只有同时满足以下三个条件,带电粒子的运动轨迹才与电场线重合带电粒子的运动轨迹才与电场线重合:(1)

17、电场线是直线电场线是直线;(2)带电粒子的初速度为零或者初速度的方向与电场线在同一条直线上带电粒子的初速度为零或者初速度的方向与电场线在同一条直线上;(3)带电粒子只受电场力或受其他力带电粒子只受电场力或受其他力,但其他力的合力方向与电场线平行但其他力的合力方向与电场线平行. 例例2 (2019山东青岛期末山东青岛期末)(多选多选)如图所示如图所示,实线为方向未知的三条电场线实线为方向未知的三条电场线,虚虚线分别为等势线线分别为等势线1,2,3,已知已知mn=nq,a,b两带电粒子从等势线两带电粒子从等势线2上的上的o点以相同点以相同的初速度飞出的初速度飞出.仅在电场力作用下仅在电场力作用下,

18、两粒子的运动轨迹如图所示两粒子的运动轨迹如图所示,则则( )a.a一定带正电一定带正电,b一定带负电一定带负电b.a加速度减小加速度减小,b加速度增大加速度增大c.mn两点电势差两点电势差|umn|大于大于nq两点电势差两点电势差|unq|d.a粒子到达等势线粒子到达等势线3的动能变化量比的动能变化量比b粒子到达等势线粒子到达等势线1的动能变化量小的动能变化量小bc解析解析:粒子受到的合外力应指向轨迹的凹侧粒子受到的合外力应指向轨迹的凹侧,但电场线的方向未知但电场线的方向未知,无法判断带无法判断带电粒子的电性电粒子的电性,故故a错误错误;由题图可知由题图可知,a往电场线稀疏的区域运动往电场线稀

19、疏的区域运动,故电场力变故电场力变小小,加速度变小加速度变小,b相反相反,故故b正确正确;由电场线疏密与电场强弱关系可知由电场线疏密与电场强弱关系可知,相当于相当于mn之间电场强度比之间电场强度比nq之间的电场强度大之间的电场强度大,且且mn=nq,由由u=ed可知可知,mn之间之间的电势差更大的电势差更大,故故c正确正确;因为不知道两个粒子带电荷量的关系因为不知道两个粒子带电荷量的关系,故无法判断电故无法判断电势能的变化量势能的变化量,也就没有办法比较动能变化量的关系也就没有办法比较动能变化量的关系,故故d错误错误.方法技巧方法技巧带电粒子运动轨迹类问题的解题技巧带电粒子运动轨迹类问题的解题

20、技巧(1)判断速度方向判断速度方向:带电粒子运动轨迹上某点的切线方向为该点处的速度方向带电粒子运动轨迹上某点的切线方向为该点处的速度方向.(2)判断电场力判断电场力(或电场强度或电场强度)的方向的方向:仅受电场力作用时仅受电场力作用时,带电粒子所受电场力带电粒子所受电场力方向指向轨迹曲线的凹侧方向指向轨迹曲线的凹侧,再根据粒子的正负判断电场强度的方向再根据粒子的正负判断电场强度的方向.(3)判断电场力做功的正负及电势能的增减判断电场力做功的正负及电势能的增减:若电场力与速度方向成锐角若电场力与速度方向成锐角,则电则电场力做正功场力做正功,电势能减少电势能减少;若电场力与速度方向成钝角若电场力与

21、速度方向成钝角,则电场力做负功则电场力做负功,电势能电势能增加增加.d 2.(多选多选)两个固定的等量异种点电荷所形成电场的等势面如图中虚线所示两个固定的等量异种点电荷所形成电场的等势面如图中虚线所示,一一带电粒子以某一速度从图中带电粒子以某一速度从图中a点进入电场点进入电场,其运动轨迹为图中实线所示其运动轨迹为图中实线所示,若粒子若粒子只受静电力作用只受静电力作用,则下列关于带电粒子的判断正确的是则下列关于带电粒子的判断正确的是( )a.带正电带正电b.速度先变大后变小速度先变大后变小c.电势能先变大后变小电势能先变大后变小d.经过经过b点和点和d点时的速度大小相同点时的速度大小相同cd解析

22、解析:根据粒子的运动轨迹及等势面分布可知根据粒子的运动轨迹及等势面分布可知,粒子带负电粒子带负电,选项选项a错误错误;粒子从粒子从a到到c到到e的过程中电势能先增大后减小的过程中电势能先增大后减小,则粒子的动能先减小后增大则粒子的动能先减小后增大,即速度先即速度先减小后增大减小后增大;选项选项b错误错误,c正确正确;因为因为b,d两点在同一等势面上两点在同一等势面上,粒子在粒子在b,d两点两点的电势能相同的电势能相同,所以粒子经过所以粒子经过b点和点和d点时的速度大小相同点时的速度大小相同,选项选项d正确正确.考点三电势差与电场强度的关系考点三电势差与电场强度的关系1.匀强电场中匀强电场中u和

23、和e的关系需要明确两点的关系需要明确两点(1)电势在沿电场线方向上降落得最快电势在沿电场线方向上降落得最快.(2)电势差与电场强度的关系式中电势差与电场强度的关系式中d是沿电场线方向的距离是沿电场线方向的距离,u=ed或或u=elcos . 例例3 (2017全国全国卷卷,21)(多选多选)一匀强电场的方向平行于一匀强电场的方向平行于xoy平面平面,平面内平面内a,b,c三点的位置如图所示三点的位置如图所示,三点的电势分别为三点的电势分别为10 v,17 v,26 v.下列说法正确的下列说法正确的是是( )a.电场强度的大小为电场强度的大小为2.5 v/cmb.坐标原点处的电势为坐标原点处的电

24、势为1 vc.电子在电子在a点的电势能比在点的电势能比在b点的低点的低7 evd.电子从电子从b点运动到点运动到c点点,电场力做功为电场力做功为9 ev审题图示审题图示:确定电场强电势分等分法找画等势面布特点度大小、方向势面等abd反思总结反思总结由匀强电场中某些点的电势确定电场线的方法由匀强电场中某些点的电势确定电场线的方法(1)先确定等势线先确定等势线,根据根据“两点确定一条直线两点确定一条直线”,找出电场中电势相等的两个点找出电场中电势相等的两个点,然后连接成一条等势线然后连接成一条等势线.因匀强电场的电势在一条直线上均匀变化因匀强电场的电势在一条直线上均匀变化,故任一线故任一线段中点的

25、电势为两端点电势的平均值段中点的电势为两端点电势的平均值,或利用几何比例关系求解相应的电势或利用几何比例关系求解相应的电势.(2)电场线跟等势线一定垂直电场线跟等势线一定垂直,作出等势线的垂线即得电场线作出等势线的垂线即得电场线.(3)比较电势的高低比较电势的高低,即沿着电场线的方向即沿着电场线的方向,电势逐渐降低电势逐渐降低.根据电势高低在电场根据电势高低在电场线上标出箭头线上标出箭头,表示电场的方向表示电场的方向.c 2.(2019山东潍坊模拟山东潍坊模拟)如图所示如图所示,匀强电场的方向平行于匀强电场的方向平行于xoy坐标系平面坐标系平面,其中其中坐标原点坐标原点o处的电势为处的电势为2

26、 v,a点的坐标为点的坐标为(0 cm,4 cm),电势为电势为8 v,b点的坐标为点的坐标为(3 cm,0 cm),电势为电势为 8 v,则电场强度的大小为则电场强度的大小为( )a.250 v/mb.200 v/mc.150 v/md.120 v/ma考点四电场中的图象问题考点四电场中的图象问题几种常见图象的特点及规律几种常见图象的特点及规律cd 题组训练题组训练1.(多选多选)带负电的粒子只在电场力作用下沿带负电的粒子只在电场力作用下沿x轴正向运动轴正向运动,其电势能其电势能ep随位移随位移x变化的关系如图所示变化的关系如图所示,下列说法中正确的是下列说法中正确的是( )a.x1处的电势

27、比处的电势比x2处的电势低处的电势低b.x1,x2处电势小于处电势小于0c.x1处的电场强度小于处的电场强度小于x2处的电场强度大小处的电场强度大小d.带负电粒子从带负电粒子从x1运动到运动到x2电场力做负功电场力做负功ab2.(2019上海奉贤区一模上海奉贤区一模)空间有一电场空间有一电场,在在x轴上其电场方向正好沿轴上其电场方向正好沿x轴正方向轴正方向,电场强度分布如图所示电场强度分布如图所示,则关于电势和电势能的说法正确的是则关于电势和电势能的说法正确的是( )a.x2点的电势最高点的电势最高b.x1,x3点的电势相等点的电势相等c.点电荷在点电荷在x1处的电势能等于其在处的电势能等于其

28、在x3处的电势能处的电势能d.点电荷在点电荷在x1处的电势能可能大于其在处的电势能可能大于其在x2处的电势能处的电势能d解析解析:沿沿x轴正向轴正向,电场强度先增加后减小电场强度先增加后减小,因沿电场线方向电势逐渐降低因沿电场线方向电势逐渐降低,可知可知x1点电势最高点电势最高,x3电势最低电势最低;点电荷在点电荷在x1处的电势能不等于其在处的电势能不等于其在x3处的电势能处的电势能,故故a,b,c错误错误;若点电荷带正电若点电荷带正电,则正的点电荷在则正的点电荷在x1处的电势能大于其在处的电势能大于其在x2处的电处的电势能势能,故故d正确正确.真题试做真题试做模拟演练模拟演练1.(2019全

29、国全国卷卷,20)(多选多选)静电场中静电场中,一带电粒子仅在电场力的作用下自一带电粒子仅在电场力的作用下自m点点由静止开始运动由静止开始运动,n为粒子运动轨迹上的另外一点为粒子运动轨迹上的另外一点,则则( )a.运动过程中运动过程中,粒子的速度大小可能先增大后减小粒子的速度大小可能先增大后减小b.在在m,n两点间两点间,粒子的轨迹一定与某条电场线重合粒子的轨迹一定与某条电场线重合c.粒子在粒子在m点的电势能不低于其在点的电势能不低于其在n点的电势能点的电势能d.粒子在粒子在n点所受电场力的方向一定与粒子轨迹在该点的切线平行点所受电场力的方向一定与粒子轨迹在该点的切线平行ac解析解析:若在等量

30、同种正点电荷形成的电场中若在等量同种正点电荷形成的电场中,由两点电荷连线的中垂线上的由两点电荷连线的中垂线上的m点静止释放负电荷点静止释放负电荷,则负电荷先加速后减速则负电荷先加速后减速,故故a正确正确;若电场线为曲线若电场线为曲线,带电粒带电粒子轨迹不与电场线重合子轨迹不与电场线重合,故故b错误错误;由于只有电场力做功由于只有电场力做功,带电粒子的动能和电带电粒子的动能和电势能之和不变势能之和不变,而而n点的动能大于等于点的动能大于等于m点动能点动能,则则n点电势能小于等于点电势能小于等于m点电点电势能势能,故故c正确正确;带电粒子可能做曲线运动带电粒子可能做曲线运动,所受电场力指向运动轨迹的凹侧所受电场力指向运动轨迹的凹侧,故故d错误错误.2.(2019全国全国卷卷,21)(多选多选)如图如图,电荷量分别为电荷量分别为q和和-q(q0)的点电荷固定在正的点电荷固定在正方体的两个顶点上方体的两个顶点上,a,b是