高中物理 6.2电场能的性质课件 鲁教选修31

1、2021/8/11 星期三16.2 电场能的性质2021/8/11 星期三2知 识 精 要高效梳理知识备考2021/8/11 星期三3一电势差UAB1.定义:电荷在电场中,由一点A移动到另一点B时,静电力所做的功与移动电荷电荷量的比值WAB/q,叫做AB两点间的电势差,用UAB表示.2.定义式:UAB3.单位:伏特,1 V=1 J/C.4.矢标性:是标量,但有正负,正负表示电势的高低.2021/8/11 星期三4二电势1.定义:电势实质上是和标准位置的电势差,即电场中某点的电势,在数值上等于把单位正电荷从某点移到标准位置(零电势点)时静电力所做的功.2.定义式:A=UAB= .(B=0)3.单

2、位:伏特.4.矢标性: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.2021/8/11 星期三5三电势能Ep1.定义:电荷在电场中某点的电势能在数值上等于把电荷从这一点移到电势能为零处(电势为零)静电力所做的功.2.定义式:Ep=q.3.单位:焦耳(J).4.矢标性:标量.2021/8/11 星期三65.电场力做功与电势能变化的关系(1)静电力对电荷做正功,电荷的电势能减少;静电力对电荷做负功,电荷的电势能增加.(2)静电力对电荷做的功等于电荷电势能的变化量,所以静电力的功是电荷电势能变化的量度.用Ep表示电势能,则将电荷从A点移到B点,有WAB=qUAB=qA-qB或WAB=E

3、pA-EpB=-Ep.2021/8/11 星期三7四等势面1.定义:在电场中电势相同的点构成的面叫做等势面.2.等势面的特点(1)等势面一定跟电场线垂直;(2)电场线总是从电势较高的等势面指向电势较低的等势面;(3)任意两等势面都不会相交;(4)电荷在同一等势面上移动,电场力做的功为零;(5)电场强度较大的地方,等差等势面较密.2021/8/11 星期三8五匀强电场中电势差和电场强度的关系1.匀强电场中电势差U和电场强度E的关系式为:U=Ed.2.说明:(1)U=Ed只适用于匀强电场的计算.(2)式中d的含义是某两点沿电场线方向上的距离,或两点所在等势面间距.由此可知,电场强度的方向是电势降落

4、最快的方向.2021/8/11 星期三9双 基 精 练自主探究基础备考2021/8/11 星期三101.在静电场中,将一电子从A点移到B点,静电力做了正功,则( )A.电场强度的方向一定是由A点指向B点B.电场强度的方向一定是由B点指向A点C.电子在A点的电势能一定比在B点高D.电子在B点的电势能一定比在A点高答案:C2021/8/11 星期三11解析:电子由AB电场力做正功,电势能减少,故C对.因无法确定电场力的具体情况,故无法判断场强方向,由静电力对电子做功为正,只能判断出B点电势高于A点电势,若满足从B到A为电势降落最快,才可以说B选项正确.2021/8/11 星期三122.关于电场强度

5、电势和电势能,下列说法中正确的是( )A.在电场中,电势高的地方,电荷在该点具有的电势能就大B.在电场中,电势高的地方,放在该点的电荷的电荷量越大,它所具有的电势能也越大C.在电场中电势高的点,电场强度一定大D.在负的点电荷所产生的电场中的任何一点上,正电荷所具有的电势能一定小于负电荷所具有的电势能2021/8/11 星期三13解析:电势能由电荷和电场中的电势共同决定,它们均有正负,而且正大于负,故AB均错误.电场强度和电势没有必然联系,故C错.负电荷形成的电场中无限远处为零势能点,正电荷的电势能为负值,负电荷的电势能为正值,故D正确.答案:D2021/8/11 星期三143.将一正电荷从无限

6、远处移入电场中M点,静电力做功W1=610-9 J,若将一个等量的负电荷从电场中N点移向无限远处,静电力做功W2=710-9 J,则MN两点的电势MN,有如下关系( )A.MNM0C.NMN0答案:C2021/8/11 星期三152021/8/11 星期三164.(2009山东潍坊质检)图6-2-1如图6-2-1所示的直线是真空中某电场的一条电场线,AB是这条直线上的两点.一带正电粒子仅在电场力作用下,以速度vA经过A点向B点运动,经过一段时间后,粒子以速度vB经过B点,且vA与vB方向相反,则( )2021/8/11 星期三17A.A点的场强一定大于B点的场强B.A点的电势一定高于B点的电势

7、C.粒子在A点的动能一定小于在B点的动能D.粒子在A点的电势能一定小于在B点的电势能答案:D2021/8/11 星期三18解析:根据该带电粒子的运动情况,可判定电场强度方向应是由B指向A,由于只有一条电场线,故无法判断AB两点处的场强大小,A错误;电场线的方向就是电势降低的方向,故B错误;由能量守恒可判断,粒子在A点的动能大于在B点的动能,粒子在A点的电势能一定小于在B点的电势能,C错误,D正确.2021/8/11 星期三19疑 难 精 讲名师解疑能力备考2021/8/11 星期三20疑难点一.电势是相对的还是绝对的?你用哪些方法来判断电势的高低?名师在线:1.电势是具有相对性电势的高低与参考

8、点的选取有关,但电势差与参考点的选取无关,这一关系类似于高度与参考面的选取有关,高度差与参考面的选取无关.一般选无穷远或电场中的接地点为零电势点,但电势又是客观的,由电场本身决定,与是否有试探电荷无关.2021/8/11 星期三212.电势高低的判断(1)沿电场线方向,电势越来越低.(2)由UAB=A-B,若UAB0,则AB;若UAB0,则AECx,A项正确;2021/8/11 星期三35同理可知O点场强最小,电荷在该点受到的电场力最小,C项错误;沿电场方向电势降低,在O点左侧,EBx的方向沿x轴负方向;在O点右侧,ECx的方向沿x轴正方向,所以B项错误,D项正确.答案:AD2021/8/11

9、 星期三36易错点三不运用规律解题导致出错自我诊断3静电场中,带电粒子在电场力作用下从电势为a的a点运动至电势为b的b点.若带电粒子在ab两点的速率分别为vavb,不计重力,则带电粒子的比荷 为( )2021/8/11 星期三37 答案:C2021/8/11 星期三38题 型 研 练互动探究方法备考2021/8/11 星期三39题型一电势电势差的计算【例1】 有一带电荷量q=-310-6 C的点电荷,从电场中的A点移到B点时,克服电场力做功610-4 J,从B点移到C点时,电场力做功910-4 J,问:(1)ABBCCA间电势差各为多少?(2)如取B点电势为零,则AC两点的电势各为多少?答案:

10、(1)200 V -300 V 100 V (2)200 V 300 V2021/8/11 星期三40解析:(1)方法一:先求电势差的绝对值,再判断正负.因负电荷从A移到B克服电场力做功,必是从高电势点移向低电势点,即AB,UAB=200 V.2021/8/11 星期三41因负电荷从B移到C电场力做正功,必是从低电势点移到高电势点,即BBCD.电势差UAB=UBC2021/8/11 星期三46解析:由题给的等势线为同心圆可知,场源为位于圆心处的点电荷,越靠近点电荷,电场强度越大,所以电子沿AC运动时受到的电场力越来越大,选项A错;由电子只在电场力作用下由A向C运动时速度越来越小,可知电场力做负

11、功,电势能越来越大,选项B正确;电子所受电场力方向沿CA方向,即电场方向沿AC方向,场源点电荷为负电荷,电势A点最高,C点最低,选项C正确;由A到C电场强度增加,因为B为AC中点,所以UAB0)质量为m的粒子从O点以速率v0射入电场,运动到A点时速率为2v0.现有另一带电荷量为-q质量为m的粒子以速率2v0仍从O点射入该电场,运动到B点时速率为3v0.若忽略重力的影响,则( )A.在OAB三点中,B点电势最高B.在OAB三点中,A点电势最高C.OA间的电势差比BO间的电势差大D.OA间的电势差比BO间的电势差小答案:AD2021/8/11 星期三74解析:正电荷由O到A,动能变大,电场力做正功

12、,电势能减小,电势也减小,O点电势较高;负电荷从O到B速度增大,电场力也做正功,电势能减小,电势升高,B点电势比O点高.所以B点最高,A对;2021/8/11 星期三755.(2009宁夏卷)空间有一匀强电场,在电场中建立如图6-2-10所示的直角坐标系Oxyz,MNP为电场中的三个点,M点的坐标为(0,a,0),N点的坐标为(a,0,0),P点的坐标为( ).已知电场方向平行于直线MN,M点电势为0,N点的电势为1 V,则P点的电势为( )2021/8/11 星期三76答案:D解析:将立体图画成平面图,如图6-2-11所示,可见P点沿电场线方向为MN的四等分点,故P点的电势为 V,D正确.2

13、021/8/11 星期三772021/8/11 星期三786.如图6-2-12所示,在粗糙水平面上固定一点电荷Q,在M点无初速度释放一带有恒定电荷量的小物块,小物块在Q的电场中运动到N点静止,则从M点运动到N点过程中( )2021/8/11 星期三79A.小物块所受电场力逐渐变大B.小物块具有的电势能逐渐减小C.M点的电势一定高于N点的电势D.小物块电势能变化量的大小一定大于克服摩擦力做的功答案:B2021/8/11 星期三80解析:从题目提供的信息可知,小物块与点电荷Q带同种电荷(均为正电或均为负电).小物块远离Q时,小物块所在处场强变小,所受电场力变小;小物块从MN,电场力做正功,电势能变

14、小;因未知固定点电荷的带电性质,故不能判定MN两点电势高低;据功能关系和题目条件,电场力做的功即电势能的变化量大小一定等于克服摩擦力做的功.2021/8/11 星期三817.如图6-2-13(a)是某一点电荷形成的电场中的一条电场线,AB是电场线上的两点,一负电荷q仅在电场力作用下以初速度v0从A运动到B过程中的速度图线如图6-2-13(b)所示,则以下说法中正确的是( )2021/8/11 星期三82A.AB两点的电场强度是EABC.负电荷q在AB两点的电势能大小是EpAEpBD.此电场一定是负电荷形成的电场答案:ABD2021/8/11 星期三83解析:由v-t图知,负电荷q做加速度增大的

15、减速运动,故所受电场力变大,电场强度变大,EBEA,A对;又因电场力的方向在(a)图中向左,故电场线的方向为AB,则AB,B正确;又Ep=qU,对负电荷q,EpAEpB,C错;根据电场线的方向和电场强度的特点知,此电场一定是负电荷形成的电场,D对.2021/8/11 星期三848.一带电油滴在匀强电场E中的运动轨迹如图6-2-14中虚线所示,电场方向竖直向下.若不计空气阻力,则此带电油滴从a运动到b的过程中,能量的变化情况为( )2021/8/11 星期三85A.动能减少B.电势能增加C.动能和电势能之和减少D.重力势能和电势能之和增加答案:C2021/8/11 星期三86解析:该油滴从a点进

16、入电场,根据其轨迹的弯曲方向,结合动力学中质点做曲线运动的条件,可以判断电场力一定竖直向上,且电场力大于重力,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,油滴动能增加,A错误;电场力做正功,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,重力势能增加,动能和电势能之和必然减少,所以本题正确选项是C.2021/8/11 星期三879.如图6-2-15所示,两个完全相同的金属小球AB,其中B固定在绝缘地板上,A在离B高H的正上方由静止释放下落,与B发生碰撞后回跳的

17、高度为h,若碰撞中无能量损失,空气阻力不计,则( )2021/8/11 星期三88A.若AB带等量同种电荷,则hHC.若AB带等量同种电荷,则h=HD.若AB带等量异种电荷,则h=H答案:BC2021/8/11 星期三89解析:若AB带等量同种电荷,下落过程和上升过程相应位置处加速度相同,碰撞过程中AB带电荷量不变,所以上升高度h=H.若AB带等量异种电荷,下落过程加速度 .碰撞时电荷完全中和,AB都不带电,A上升过程中加速度a=g,所以上升高度hH,故选项BC正确.2021/8/11 星期三9010.如图6-2-16所示,竖直放置的劲度系数为k的轻质弹簧,上端与质量为m的小球连接,下端与放在

18、水平桌面上的质量为M的绝缘物块相连,小球与弹簧绝缘,小球带正电,带电荷量为q,物块弹簧和小球组成的系统处于静止状态.现突然加上一个竖直向上,大小为E的匀强电场,某时刻物块对水平面的压力为零,则从加上匀强电场到物块对水平面的压力为零的过程中,小球电势能改变量的大小为( )2021/8/11 星期三91答案:A解析:加上电场前mg=kx1,加上电场后,物块对水平面压力为零时,Mg=kx2,由功能关系:电势能的改变量等于电场力做的 功W=qE(x1+x2)= ,故A正确.2021/8/11 星期三92二非选择题1.如图6-2-17所示,在沿水平方向的匀强电场中有一固定点O,用一根长度为l=0.40

19、m的绝缘细线把质量为m=0.10 kg带有正电荷的金属小球悬挂在O点,小球静止在B点时细线与竖直方向的夹角为=37.现将小球拉至位置A使细线水平后由静止释放,求:2021/8/11 星期三93(1)小球运动通过最低点C时的速度大小.(2)小球通过最低点C时细线对小球的拉力大小.(g取10 m/s2,sin37=0.60,cos37=0.80)2021/8/11 星期三94解析:(1)小球静止在B点时,qE=mgtan.从A到C,依动能定理得2021/8/11 星期三9512.一匀强电场,场强方向是水平的(如图6-2-18),一个质量为m的带正电的小球,从O点出发,初速度的大小为v0,在电场力与重力的作用下,恰能沿与电场线成角的直线运动.求小球运动到最高点时其电势能与在O点的电势能之差.2021/8/11 星期三96解析:设电场强度为E,小球带电荷量为q,因为小球做直线运动,它所受的电场力qE和重力mg的合力必沿此直线,如图6-2-19所示,所