【优化方案】浙江省高考物理总复习 第6章第二节 电场的能的性质课件 大纲人教

第二节电场的能的性质

课堂互动讲练经典题型探究知能优化演练第二节电场的能的性质基础知识梳理基础知识梳理一、电场力做功和电势能的变化1．电场力做功：在电场中移动电荷时，电场力做的功只与起始位置和终止位置有关，与电荷经过的______无关．2．电势能：电荷在电场中也具有势能，叫做电势能，用Ep表示．3．电场力做功与电势能的关系(1)静电力做的功等于电势能的______量，即WAB＝EpA－EpB.路径减少(2)电荷在某点具有的电势能等于静电力把它从该点移动到_______位置时所做的功．即电势能是相对的，通常把电荷在离场源电荷________的电势能规定为零，或把电荷在大地表面上的电势能规定为零．二、电势、等势面、电势差1．电势(1)定义：电荷在电场中某一点的_______与它的________的比值．(2)表达式：φ＝.零势能无限远处电势能电荷量2．等势面(1)定义：电场中_________的各点构成的面．(2)特点：①在等势面上移动电荷，电场力不做功．②等势面一定与电场线垂直，即与场强方向____．③电场线总是由________的等势面指向电势低的等势面．④等差等势面的疏密表示电场的强弱(等差等势面越密的地方，电场线越密)．电势相同垂直电势高⑤任意两等势面不相交．3．电势差(1)定义：电场中两点间_______的差值．(2)表达式：UAB＝φA－φB.(3)电势差与电场强度的关系：匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点沿_________的距离的乘积，即UAB＝Ed.特别提示：电势和电势差都是由电场本身决定的，与检验电荷无关，但电势是相对量，电场中各点的电势与零电势点的选取有关，而电势差是绝对量，与零电势点的选取无关．电势电场方向三、静电平衡导体的特点1．导体内部场强处处为零；2．导体是一等势体，表面为一等势面．特别提示：导体表面尖锐处，电荷分布密集，场强大．课堂互动讲练一、电场力做功和电场中的功能关系1．电场力做功的计算方法(1)由公式W＝Flcosθ计算，此公式只适用于匀强电场．可变形为W＝qEd(d＝lcosθ)，式中d为电荷初、末位置在电场方向上的位移.(2)由电场力做功与电势能改变的关系计算：W＝－ΔEp＝qU.计算时有两种方法：①三个量都取绝对值，先计算出功的数值．然后再根据电场力的方向与电荷移动位移方向间的夹角确定是电场力做功，还是克服电场力做功．②代入符号，将公式写成WAB＝qUAB，特别是在比较A、B两点电势高低时更为方便：先计算UAB＝WAB/q，若UAB>0，即φA－φB>0，则φA>φB；若UAB<0，即φA－φB<0，则φA<φB.特别提醒：应用WAB＝qUAB计算电场力的功时，可将q、UAB的正负号一起代入，计算出WAB的正负；也可只代入q、UAB的绝对值，然后根据电荷的性质，电场力的方向和电荷移动方向判断出功的正负．2．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)所有力对物体所做的功，等于物体动能的变化．即时应用用(即时突破破，小试试牛刀)1.(2011年山东泰泰安模拟拟)如图6－2－1为一匀强强电场，，某带电电粒子从从A点运动到到B点．在这这一运动动过程中中克服重重力做的的功为2.0J，电场力力做的功功为1.5J．则下列列说法正正确的是是()图6－2－1A．粒子带带负电B．粒子在在A点的电势势能比在在B点少1.5JC．粒子在在A点的动能能比在B点少0.5JD．粒子在在A点的机械械能比在在B点少1.5J解析：选D.粒子从A点运动到到B点，电场场力做正正功，且且沿着电电场线，，故粒子子带正电电，所以以A错误；粒粒子从A点运动到到B点，电场场力做正正功，电电势能减减少，故故粒子在在A点的电势势能比在在B点多1.5J，故B错误；由由动能定定理，WG＋W电＝ΔEk，－2.0J＋1.5J＝EkB－EkA，所以C错误；由由其他力力(在这里指指电场力力)做功等于于机械能能的增加加，所以以D正确．二、电势势高低及及电势能能大小的的比较方方法1．比较电电势高低低的几种种方法(1)沿电场场线方方向，，电势势越来来越低低，电电场线线由电电势高高的等等势面面指向向电势势低的的等势势面．．(2)判断出出UAB的正负负，再再由UAB＝φA－φB，比较较φA、φB的大小小，若若UAB>0，则φA>φB，若UAB<0，则φA<φB.(3)取无穷穷远处处为零零电势势点，，正电电荷周周围电电势为为正值值，且且离正正电荷荷近处处电势势高；；负电电荷周周围电电势为为负值值，且且离负负电荷荷近处处电势势低．．2．电势势能大大小的的比较较方法法(1)场源电电荷判判断法法①离场场源正正电荷荷越近近，试试探正正电荷荷的电电势能能越大大，试试探负负电荷荷的电电势能能越小小．②离场场源负负电荷荷越近近，试试探正正电荷荷的电电势能能越小小，试试探负负电荷荷的电电势能能越大大．(2)电场线线判断断法①正电电荷顺顺着电电场线线的方方向移移动时时，电电势能能逐渐渐减小小；逆逆着电电场线线的方方向移移动时时，电电势能能逐渐渐增大大．②负电电荷顺顺着电电场线线的方方向移移动时时，电电势能能逐渐渐增大大；逆逆着电电场线线的方方向移移动时时，电电势能能逐渐渐减小小．(3)做功判判断法法电场力力做正正功，，电荷荷(无论是是正电电荷还还是负负电荷荷)从电势势能较较大的的地方方移向向电势势能较较小的的地方方，反反之，，如果果电荷荷克服服电场场力做做功，，那么么电荷荷将从从电势势能较较小的的地方方移向向电势势能较较大的的地方方．特别提提醒：：(1)电势差差的正正负表表示两两点电电势的的相对对高低低．(2)电场线线或等等差等等势面面越密密的地地方电电场强强度越越大，，但电电势不不一定定越高高．即时应应用(即时突突破，，小试试牛刀刀)2.(2010年高考考山东东卷)某电场场的电电场线线分布布如图图6－2－2所示，，下列列说法法正确确的是是()图6－2－2A．c点电场强度度大于b点电场强度度B．a点电势高于于b点电势C．若将一试试探电荷＋＋q由a点释放，它它将沿电场场线运动到到b点D．若在d点再固定一一点电荷－－Q，将一试探探电荷＋q由a移至b的过程中，，电势能减减少解析：选BD.c点所在处的的电场线比比b点稀疏，所所以Ec＜Eb，故选项A错误；沿电电场线方向向电势降低低，所以φa＞φb，故选项B正确；a到b的电场线是是曲线，试试探电荷所所受的电场场力沿电场场线的切线线方向，因因此试探电电荷不可能能沿电场线线由a运动到b，故选项C错误；将试试探电荷＋＋q由a移至b的过程中，，电场力做做正功，电电势能减少少，故选项项D正确．三、电场强强度、电势势、电势差差、电势能能的对比电场强度电势电势差电势能意义描述电场力的性质描述电场能的性质描述电场能的性质描述电荷在电场中的能量，电荷做功的本领定义E＝

φ＝

(Ep为电荷的电势能)UAB＝Ep＝qφ矢标性矢量，方向为正电荷的受力方向标量，但有正负，正负只表示高低标量，但有正负，正负只反映A、B两点电势的高低标量，但有正负，正负只表示大小决定因素场强由电场本身决定，与试探电荷无关电势由电场本身决定，与试探电荷无关，其大小与参考点的选取有关，有相对性由电场本身两点间的差异决定，与试探电荷无关，与参考点选取无关由电荷量和该点电势二者共同决定，与参考点选取有关关系场强为零的地方电势不一定为零电势为零的地方场强不一定为零零场强区域两点间的电势差一定为零，电势差为零的区域场强不一定为零电场强度为零，电势能不一定为零；电势能为零，电场强度不一定为零联系匀强电场中：UAB＝Ed(d为AB间沿电场方向的距离)；电势沿场强方向降低最快；关系式：UAB＝φA－φB，WAB＝－(EpB－EpA)＝EpA－EpB＝qUAB特别提醒：：电场力的功功、电势能能、电势及及电势差都都是标量，，它们的正正负意义不不全相同，，应用时注注意区分，，而矢量的的正负一定定表示该量量的方向．．即时应用(即时突破，，小试牛刀刀)3.(2010年高考大纲纲全国卷Ⅰ)关于静电场场，下列结结论普遍成成立的是()A．电场强度度大的地方方电势高，，电场强度度小的地方方电势低B．电场中任任意两点之之间的电势势差只与这这两点的场场强有关C．在正电荷荷或负电荷荷产生的静静电场中，，场强方向向都指向电电势降低最最快的方向向D．将正点电电荷从场强强为零的一一点移动到到场强为零零的另一点点，电场力力做功为零零解析：选C.电势的高低低与电场强强度的大小小无关，A错；电场中中任意两点点间的电势势差不仅与与这两点的的场强有关关，还与这这两点沿电电场线方向向的距离有有关，B错；在D项中，初、、末位置场场强为零，，中间某段段场强可能能不为零，，电场力做做功不一定定为零，D错；只有C项正确．经典题型探究题型一有关轨迹类问题的分析例1(2009年高考全国国卷Ⅱ)图6－2－3中虚线为匀匀强电场中中与场强方方向垂直的的等间距平平行直线．．两粒子M、N质量相等，，所带电荷荷量的绝对对值也相等等．现将M、N从虚线上的的O点以相同速速率射出，，两粒子在在电场中运运动的轨迹迹分别如图图中两条实实线所示．．点a、b、c为实实线线与与虚虚线线的的交交点点．．已已知知O点电电势势高高于于c点．．若若不不计计重重力力，，则则()A．M带负负电电荷荷，，N带正正电电荷荷B．N在a点的的速速度度与与M在c点的的速速度度大大小小相相同同C．N在从从O点运运动动至至a点的的过过程程中中克克服服电电场场力力做做功功D．M在从从O点运运动动至至b点的的过过程程中中，，电电场场力力对对它它做做的的功功等等于于零零图6－2－3【解析析】因O点电电势势高高于于c点，，故故场场强强方方向向向向下下，，由由轨轨迹迹弯弯曲曲方方向向知知M带正正电电、、N带负负电电，，A选项项错错误误；；因因UaO＝UOc，利利用用动动能能定定理理得得：：a、c两点点速速度度大大小小相相同同，，B选项项正正确确；；N从O到a过程程电电场场力力做做正正功功，，C选项项错错误误；；O、b在同同一一等等势势面面上上，，电电场场力力做做功功为为零零，，D选项项正正确确．．【答案案】BD【规律律总总结结】解决决此此类类问问题题的的关关键键是是弄弄清清电电场场的的方方向向和和电电荷荷的的正正负负．．变式式训训练练1(2011年东东阳阳中中学学检检测测)如图图6－2－4所示示，，真真空空中中有有两两个个等等量量异异种种点点电电荷荷A、B，M、N、O是AB连线线的的垂垂线线上上的的点点，，且且AO>OB.一带带负负电电的的试试探探电电荷荷仅仅受受电电场场力力作作用用，，运运动动轨轨迹迹如如图图中中实实线线所所示示，，设设M、N两点点的的场场强强大大小小分分别别为为EM、EN，电电势势分分别别为为φM、φN.下列列判判断断中中正正确确的的是是()图6－2－4A．B点电荷一定带带正电B．EM<ENC．φM>φND．此试探电荷荷在M处的电势能小小于N处的电势能解析：选AB.由轨迹可见，，电场力偏右右，说明B一定带正电，，A对；题中所述述等量异种电电荷，对M、N两点电势和场场强就较容易易判断，M点电势低，场场强小，但负负电荷在M点电势能大，，所以B正确，C、D错误．如图6－2－5所示，虚线方方框内有一匀匀强电场，A、B、C为该电场中的的三个点．已已知φA＝12V，φB＝6V，φC＝－6V．试在该方框框中作出该电电场的示意图图(即画出几条电电场线)，并要求保留留作图时所用用的辅助线．．若将一个电电子从A点移到B点，电场力做做多少电子伏伏特的功？题型二等分法求电势例2图6－2－5【思路点拨】由于电场线与与等势面垂直直，而且在匀匀强电场中与与等势点连线线垂直的线一一定是电场线线．电势相等等的点可以根根据匀强电场场电势均匀降降低的特点，，把线段【解析】如图6－2－6所示，用虚线线连接AC.因φA＝12V，φC＝－6V，把AC线段分分为三三等份份，得得D点的电电势φD＝6V，图6－2－6连接DB，则DB为一条条等势势线，，可以以画出出与等等势线线垂直直的电电场线线，如如图中中实线线所示示，电电势降降低的的方向向为场场强方方向．．将一电电子从从A点移到到B点，电电场力力做的的功W＝－eUAB＝－e×(12－6)V＝－6eV.【答案】如图6－2－6所示－－6eV【方法技技巧】用“等分法法”求该等等势点点，一一般先先连接接电势势最高高最低低点成成线段段，然然后在在这条条线段段上找找与另另一点点等势势的点点．变式训训练2如图6－2－7所示，，ABCD是匀强强电场场中一一正方方形的的四个个顶点点，已已知A、B、C三点的的电势势分别别是φA＝15V，φB＝3V，φC＝－3V，由此此可推推断D点电势势φD是多少少？图6－2－7解析：：法一：：运用用等势势面跟跟电场场线垂垂直，，匀强强电场场的等等势面面和电电场线线都是是等间间距的的平行行的直直线，，可以以先选选取一一条直直线，，在直直线上上找出出与A、B、C、D四点对对应电电势相相等的的点，，由此此确定定与D点等势势的电电势，，从而而确定定D点的电电势．．法二：：由匀匀强电电场的的特点点知，，在匀匀强电电场中中，相相互平平行的的相等等的线线段的的两端端点电电势差差相等等，故故有UAB＝UDC.φA－φB＝φD－φC，所以φD＝9V.答案：：9V如图6－2－8所示，，在O点放置置一个个正电电荷．．在过过O点的竖竖直平平面内内的A点，自自由释释放一一个带带正电电的小小球，，小球球的质质量为为m、电荷荷量为为q.小球落落下的的轨迹迹如图图中虚虚线所所示，，它与与以O为圆心心、R为半径径的圆圆(图中实实线表表示)相交于于B、C两点，，O、C在同一一水平平线上上，∠∠BOC＝30°°，A距离OC的竖直直高度度为h.若小球球通过过B点的速速度为为v，试求求：题型三电场中的能量问题例3图6－2－8(1)小球通通过C点的速速度大大小．．(2)小球由由A到C的过程程中电电势能能的增增加量量．【规律总总结】在解决决电场场中的的能量量问题题时常常用到到的基基本规规律有有动能能定理理、能能量守守恒，，有时时也会会用到到功能能关系系．应用动动能定定理解解决问问题需需研究究合外外力的的功(或总功功)．应用能能量守守恒解解决问问题需需注意意电势势能和和其他他形式式能之之间的的转化化．应用功功能关关系解解决该该类问问题需需明确确电场场力做做功与与电势势能改改变之之间的的对应应关系系．变式训训练3如图6－2－9所示，，虚线线为静静电场场中的的等势势面1、2、3、4，相邻邻的等等势面面之间间的电电势差差相等等，其其中等等势面面3的电势势为0.一带正正电的的点电电荷在在静电电力的的作用用下运运动，，经过过a、b点时时的的动动能能分分别别为为26eV和5eV.当这这一一点点电电荷荷运运动动到到某某一一位位置置，，其其电电势势能能变变为为－－8eV时，，它它的的动动能能应应为为()图6－2－9A．8eVB．13eVC．20eVD．34eV解析