复习方案202X届高考物理一轮复习第7单元静电场第20讲电场的能的性质课件

1、第20讲PART 20电场的能的性质教材知识梳理考点互动探究教师备用习题一、电势能和电势、等势面1.电势能:电荷在电场中某点具有的势能,等于将电荷从该点移到位置时电场力所做的功.2.电场力做功与电势能变化的关系:电场力做的功等于,即WAB=EpA-EpB=-Ep.3.电势:电荷在电场中某点具有的与它的的比值,即=.教材知识梳理零电势电势能的减少量电势能电荷量教材知识梳理4.等势面(1)定义:电场中相同的各点构成的面.(2)特点:等势面一定与垂直,即跟场强的方向垂直.在同一等势面上移动电荷时电场力做功.电场线总是从电势高的等势面指向的等势面.在空间中两等势面相交.等差等势面越密的地方电场强度,越

2、疏的地方电场强度.电势电场线不电势低不越大越小二、电势差匀强电场中电势差与场强的关系1.电势差(1)定义:电荷在电场中由一点A移到另一点B时,与移动的电荷的比值.(2)定义式:UAB=;电势差与电势的关系:UAB=,UAB=-UBA.2.匀强电场中电势差与电场强度的关系(1)电势差与场强的关系式:UAB=,其中d为电场中两点间沿的距离.(2)在匀强电场中,场强在数值上等于沿方向每单位距离上降低的电势.教材知识梳理电场力做的功电荷量A-BEd场强方向场强三、静电平衡导体处于静电平衡状态的两大特点:(1)导体内部的场强;(2)导体是一个等势体,导体表面电势.教材知识梳理处处为零处处相等教材知识梳理

3、【辨别明理】(1)电场力做功与重力做功相似,均与路径无关.()(2)电场中电场强度为零的地方电势一定为零.()(3)电场强度处处相同的区域内,电势一定也处处相同.()(4)沿电场线方向电场强度越来越小,电势逐渐降低.()(5)A、B两点间的电势差等于将正电荷从A移到B点时静电力所做的功. ()(6)电场中,场强方向是指电势降落的方向.()(7)电势有正负之分,因此电势是矢量.()(8)电势的大小由电场的性质决定,与零电势点的选取无关.()(9)电势差UAB由电场本身的性质决定,与零电势点的选取无关. ()(10)处于静电平衡的导体是等势体,导体表面是等势面,但导体表面的场强可能不同. ()教材

4、知识梳理教材知识梳理答案 (1)()(2)()(3)()(4)()(5)()(6)()(7)()(8)()(9)()(10)()考点一描述电场的能的性质的物理量考点互动探究考点互动探究(2)公式法:Ep=q,将q、的大小、正负号一起代入公式,Ep越大,电势能越大.(3)能量守恒法:在电场中,当只有电场力做功时,电荷的动能和电势能相互转化,动能增大,则电势能减小,反之,动能减小,则电势能增大.(4)电荷电势法: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.考点互动探究例1 2016全国卷 关于静电场的等势面,下列说法正确的是()A.两个电势不同的等势面可能相交B.电场线与等势面处处

5、相互垂直C.同一等势面上各点电场强度一定相等D.将一负的试探电荷从电势较高的等势面移至电势较低的等势面,电场力做正功考点互动探究答案 B解析 静电场中的电场线不可能相交,等势面也不可能相交,否则的话会出现一个点有两个电场强度和两个电势值的矛盾,A错误;由WAB=qUAB可知,当电荷在等势面上移动时,电荷的电势能不变,如果电场线不与等势面垂直,那么电荷将受到电场力,在电荷运动时必然会做功并引起电势能变化,这就矛盾了,B正确;同一等势面上各点电势相等,但电场强度不一定相等,C错误;对于负电荷,q0,由电场力做功的公式WAB=qUAB可知WABQB.直线c位于某一等势面内,MNC.若电子由M点运动到

6、Q点,电场力做正功D.若电子由P点运动到Q点,电场力做负功图20-2考点互动探究答案 B考点互动探究 要点总结考点二电势差与电场强度的关系考点互动探究图20-3考点互动探究适用条件 一切电场真空点电荷匀强电场决定因素由电场本身决定,与检验电荷q无关由场源电荷Q和场源电荷到该点的距离r共同决定由电场本身决定,d为两点沿电场方向的距离考点互动探究图20-4考点互动探究图20-5考点互动探究考点互动探究答案 BD考点互动探究图20-6考点互动探究答案 A考点互动探究 要点总结知道由几个点的电势确定电场线的方法:将电势最高的点和电势最低的点相连,根据在匀强电场中经过相等的距离电势差相等,确定连线上与第

7、三个点的电势相等的点,电势相等的两点连线为等势线,根据电场线与等势线垂直即可画出电场线.考点三电场线、等势面和带电粒子轨迹问题考点互动探究1.带电粒子在电场中运动轨迹问题的分析方法(1)从轨迹的弯曲方向判断受力方向(轨迹向合外力方向弯曲),从而分析电场方向或电荷的正负.(2)结合轨迹、速度方向与静电力的方向,确定静电力做功的正负,从而确定电势能、电势和电势差的变化等.(3)根据动能定理或能量守恒定律判断动能的变化情况.考点互动探究2.求电场力做功的四种方法(1)定义式:WAB=Flcos =qElcos (适用于匀强电场).(2)电势的变化:WAB=qUAB=q(A-B).(3)动能定理:W电

8、+W其他=ek.(4)电势能的变化:WAB=-Ep=EpA-EpB.3.电场中的功能关系(1)若只有电场力做功,则电势能与动能之和保持不变.(2)若只有电场力和重力做功,则电势能、重力势能、动能之和保持不变.(3)除重力、弹力外,其他各力对物体做的功等于物体机械能的增量.(4)所有外力对物体所做的总功等于物体动能的变化.考点互动探究例3 2018天津卷 如图20-7所示,实线表示某电场的电场线(方向未标出),虚线是一带负电的粒子只在电场力作用下的运动轨迹,设M点和N点的电势分别为M、N,粒子在M和N时加速度大小分别为aM、aN,速度大小分别为vM、vN,电势能分别为EpM、EpN.下列判断正确

9、的是()A.vMvN,aMaNB.vMvN,MNC.MN,EpMEpND.aMaN,EpM0,所以从a点运动到b点,M所受的电场力做负功,动能减小,故B正确.d、e两点电势相等,N在d、e两点的电势能相等,故C正确.Ucd0,N从c点运动到d点,电场力做正功,故D错误.考点互动探究变式题2 (多选)2018全国卷 图20-9中虚线a、b、c、d、f代表匀强电场内间距相等的一组等势面,已知平面b上的电势为2 V.一电子经过a时的动能为10 eV,从a到d的过程中克服电场力所做的功为6 eV.下列说法正确的是()A.平面c上的电势为零B.该电子可能到达不了平面fC.该电子经过平面d时,其电势能为4

10、 eVD.该电子经过平面b时的速率是经过d时的2倍图20-9考点互动探究答案 AB考点互动探究 要点总结在解决电场中的能量问题时常用到的基本规律有动能定理、能量守恒定律,有时也会用到功能关系.(1)应用动能定理解决问题需研究合外力做的功(或总功).(2)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.(3)应用功能关系解决该类问题需明确电场力做功与电势能变化之间的对应关系.考点四电场中的图像问题考点互动探究(1)E-x图像反映了电场强度随位移变化的规律.(2)E-x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.考向一E-x图像考点互

11、动探究例4 (多选)一个电荷量为+q的粒子只在电场力作用下沿x轴做直线运动,规定x轴正方向为电场强度正方向,x轴上各点的电场强度E随x坐标的变化图线如图20-10所示(已知图线关于O点对称).A(0,x1)、B(0,-x1)为粒子运动轨迹上的两点.下列说法中正确的是() A.A、B两点的电场强度和电势均相同B.粒子经过A、B两点时的速度大小相同C.粒子经过A、B两点时的加速度相同D.粒子经过A、B两点时的电势能相同图20-10考点互动探究答案 BD解析 由图知A、B两点的电场强度方向相反,电势相等,故A错误;粒子从B运动到A,电场力做功W=qU=0,根据动能定理知,粒子经过A、B两点时的动能相

12、等,电势能相等,速度大小相同,故B、D正确;A、B两点的电场强度方向相反,粒子所受合外力方向相反,所以加速度方向相反,故C错误.考点互动探究(1)-x图线的斜率大小等于电场强度的大小,在-x图线切线的斜率为零处,电场强度为零.(2)由-x图像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图像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,然后做出判断.考向二-x图像考点互动探究例5 (多选)2017全国卷 在一静止点电荷的电场中,任一点的电势与该点到点电荷的距离r的关系如图20-11所示.电场中四个点a、b、c和d的电场强度大小分别为

13、Ea、Eb、Ec和Ed.点a到点电荷的距离ra与点a的电势a已在图中用坐标(ra,a)标出,其余类推.现将一带正电的试探电荷由a点依次经b、c点移动到d点,在相邻两点间移动的过程中,电场力所做的功分别为Wab、Wbc和Wcd.下列选项正确的是 () A.EaEb=41B.EcEd=21C.WabWbc=31D.WbcWcd=13图20-11考点互动探究答案 AC解析 由点电荷的场强公式E=,可得EaEb=41,EcEd=41,选项A正确,选项B错误;电场力做功W=qU,UabUbc=31,则WabWbc=31,又有UbcUcd=11,则WbcWcd=11,选项C正确,选项D错误.考点互动探究电

14、场力做功量度电势能的变化,而电场力做功就是力对位移的积累,由Ep-Ep0=Fx,得Ep=Ep0+Fx,故Ep-x图像的斜率表示电场力,纵截距表示初电势能;合力做功量度了动能的变化,如果带电粒子只受电场力的作用,则合力做的功就是电场力做的功,由Ek-Ek0=Fx,得Ek=Ek0+Fx,故Ek-x图像的斜率表示电场力,纵截距表示初动能.然后根据两图像斜率的变化可判断出电场力的变化,进而判断出电场强度大小的变化.考向三Ep-x图像、Ek-x图像考点互动探究例6 2018黄冈中学二模 两电荷量分别为q1和q2的点电荷固定在x轴上的O、M两点,规定无穷远处为电势能零点,一带负电的试探电荷在x轴上各点具有

15、的电势能随x变化关系如图20-12所示,其中试探电荷在A、N两点的电势能为零,在ND段中C点电势能最大.下列说法正确的是()A.q1为正电荷,q2为负电荷B.q1的电荷量小于q2的电荷量C.将一正点电荷从N点移到D点,电场力先做负功后做正功D.一正点电荷从N点由静止释放后会沿x轴正方向运动且到达C点时速度最大图20-12考点互动探究答案 D解析 由图知无穷远处的电势能为0,A点的电势能也为0,从O到M,电势能先为正值后为负值,说明O点的电荷q1带负电,M点的电荷q2带正电,由于A点距离O比较远而距离M比较近,所以q1的电荷量大于q2的电荷量,故A、B错误;由图可知,A、N两点的电势能为零,则这

16、两点电势为零,负电荷由N到C,电势能增加,而由C到D,电势能减小,可知在C点左侧电场方向向右,在C点右侧电场方向向左,则正点电荷从N点移到D点,电场力先做正功后做负功,在C点时动能最大,即速度最大,故选项C错误,D正确.考点互动探究根据v-t图像的速度变化、斜率变化(即加速度的变化),可确定电荷所受电场力的方向与电场力的大小变化情况,进而确定电场的方向、电势的高低及电势能的变化.考向四电场分布结合v-t图像考点互动探究例7 (多选)2018河南洛阳一中月考 如图20-13甲所示,Q1、Q2为两个固定的点电荷,其中Q1带负电,a、b、c三点在它们连线的延长线上.现有一带负电的粒子以一定的初速度沿

17、直线从a点开始向远处运动经过b、c两点(粒子只受电场力作用),粒子经过a、b、c三点时的速度分别为va、vb、vc,其速度时间图像如图乙所示.以下说法中正确的是()A.Q2一定带正电B.Q2的电荷量一定小于Q1的电荷量C.b点的电场强度最大D.粒子由a点到c点运动过程中,电势能先增大后减小图20-13考点互动探究答案 ABD教师备用习题1.2016全国卷 如图所示,P是固定的点电荷,虚线是以P为圆心的两个圆.带电粒子Q在P的电场中运动.运动轨迹与两圆在同一平面内,a、b、c为轨迹上的三个点.若Q仅受P的电场力作用,其在a、b、c点的加速度大小分别为aa、ab、ac,速度大小分别为va、vb、v

18、c,则()A.aaabac,vavcvbB.aaabac,vbvcvaC.abacaa,vbvcvaD.abacaa,vavcvb教师备用习题答案 D教师备用习题2.(多选)如图所示,两电荷量分别为Q(Q0)和-Q的点电荷对称地放置在x轴上原点O的两侧,a点位于x轴上O点与点电荷Q之间,b点位于y轴O点上方.取无穷远处的电势为零.下列说法正确的是()A.b点电势为零,电场强度也为零B.正的试探电荷在a点的电势能大于零,所受电场力方向向右C.将正的试探电荷从O点移到a点,必须克服电场力做功D.将同一正的试探电荷先后从O、b两点移到a点,后者电势能的变化较大教师备用习题答案 BC解析等量异种点电荷连线的中垂线是电势为零的等势线,该线上除无穷远外各点场强方向水平向右,O点电场强度最大,O点上下两侧电场强度逐渐减小,选项A错误;等量异种点电荷连线电势沿着电场线逐渐降低,则aO=0,a点电势能Epa=qa,因为q0,a0,所以Epa0,a点电场强度方向向右,电荷带正电,所以电场力方向向右,选项