新教材2023版高中物理章末素养培优1第一章静电场学案教科版必修第三册

章末素养培优1核心素养(一)——物理观念1．电场强度、电势、电势差、电势能的比较比较项目物理量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力做功的本领描述电荷在电场中的势能定义式E＝Fφ＝EUAB＝WEp＝qφ标矢性矢量标量标量标量决定因素由电场本身决定，与检验电荷无关由电场本身决定，与检验电荷无关，其大小与电势零点的选取有关，具有相对性由电场本身和两点间位置决定，与检验电荷无关，与电势零点的选取无关由电荷量和该点电势共同决定，与电势零点的选取有关2.电势高低、电势能大小的判断思路(1)由电场力做功判断(2)由电场线的方向判断电场线分布及方向⇒电势的高低例1如图所示，在匀强电场中，有边长为5cm的等边三角形ABC，三角形所在平面与匀强电场的电场线平行，O点为该三角形的中心，三角形各顶点的电势分别为φA＝1V、φB＝3V、φC＝5V，下列说法正确的是()A．O点电势为3VB．匀强电场的场强大小为80V/m，方向由A指向CC．在三角形ABC外接圆的圆周上电势最低点的电势为1VD．将电子由C点移到A点，电子的电势能增加了4eV核心素养(二)——科学思维一、利用电场线与等势线分析带电粒子的运动轨迹1．已知等电势面的形状分布，根据电场线和等势面相互垂直可以绘制电场线．2．带电粒子在电场中运动时，在电场线密处所受电场力大，加速度也大．3．速度方向沿运动轨迹的切线方向，所受电场力的方向沿电场线的切线方向或反方向，所受合外力的方向指向曲线凹侧．例2如图所示，实线为某电场的电场线(方向未标明)，虚线为一带电的粒子仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹．下列判断中正确的是()A．粒子一定是从M点向N点运动B．带电粒子在M点的加速度一定大于在N点的加速度C．M点的电势一定高于N点的电势D．带电粒子在M点的电势能一定大于在N点的电势能例3(多选)如图所示，O是一固定的点电荷，虚线是该点电荷产生的电场中的三条等势线，正点电荷q仅在电场力的作用下沿实线所示的轨迹从a处运动到b处，然后又运动到c处．由此可知()A．O为负电荷B．在整个过程中，q的电势能先变小后变大C．在整个过程中，q的加速度先变大后变小D．在整个过程中，电场力做功为零二、电势、电势能、电场力做功的综合分析1．求解电场力做功的方法(1)利用电场力做功与电势能的关系求解：WAB＝EpA－EpB.(2)利用W＝Fd求解，此公式只适用于匀强电场．(3)利用公式WAB＝qUAB求解．(4)利用动能定理求解．2．静电场中的功能关系：电场力做的功等于电势能的减少量，即W电＝－ΔEp.例4如图所示，在绝缘粗糙的水平面上，相距为L的A、B两点处分别固定着两个等电荷量的正电荷，a、b是AB连线上的两点，其中Aa＝Bb＝L4，O为AB连线的中点，一质量为m、带电荷量为＋q的小滑块(可以看成质点)以初动能Ek0从a点出发，沿AB直线向b运动，其中小滑块第一次经过O点时的动能为初动能的3倍，到达b点时动能恰好为零，小滑块最终停在O(1)小滑块与水平面间的动摩擦因数；(2)O、b两点间的电势差；(3)小滑块运动的总路程．章末素养培优核心素养(一)例1解析：因为φA＝1V、φC＝5V，则AC中点(设为D点)的电势为φD＝3V，则BD连线为等势面，因O点在该等势面上，则O点电势为3V，A正确；电场线与等势面正交，可知匀强电场的场强方向由C指向A，大小为E＝UCAd＝40.05V/m＝80V/m，B错误；沿电场线电势逐渐降低，若过圆心O做一条电场线，则交圆周与F点，该点电势最低，则UOF＝φO－φF＝Er＝80×0.052×32V＝433V，则φF＝(3－433)V≈0.69V，在三角形ABC外接圆的圆周上电势最低点的电势为0.69V，C错误；由C到A电势降低答案：AD核心素养(二)例2解析：电场线越密的位置电场强度越强，由图可知，N点的电场强度大于M点的电场强度，可知带电粒子在N点的加速度一定大于在M点的加速度，B错误；结合电场线和运动轨迹可知粒子的受力如图所示，由于粒子电性未知，无法判断电场线方向，即无法判断M、N点的电势大小关系，也无法判断粒子的运动方向，C错误；粒子做曲线运动，可以从M点向N点运动，也可以从N点向M点运动，若粒子由M向N运动，电场力做正功，电势能减小，若粒子由N向M点运动，电场力做负功，电势能增加，即无论粒子的运动方向如何，带电粒子在M点的电势能一定大于在N点的电势能，A错误，D正确．答案：D例3解析：由运动轨迹分析可知q受到库仑斥力的作用，O应为正电荷，A错误；从a到b的过程q受到逐渐变大的库仑斥力，速度逐渐减小，加速度逐渐增大，电势能逐渐增大；而从b到c的过程q受到逐渐变小的库仑斥力，速度逐渐增大，加速度逐渐减小，电势能逐渐减小，B错误，C正确；由于a、c两点在同一等势面上，整个过程中，电场力不做功，D正确．答案：CD例4解析：(1)a、b是AB连线上的两点，其中Aa＝Bb＝L4，可知a、b两点关于O点对称，则a、b即Uab＝0.设小滑块与水平面间的摩擦力大小为f，对小滑块从a到b的过程中，由动能定理得：－fL2＝0－Ek0摩擦力：f＝μmg，解得：μ＝2E(2)对于小滑块从O到b的过程中，由动能定理得：qUOb－μmg·L4＝0