2021高考物理教科版一轮复习学案 作业:第七章 第2讲 电场能的性质 WORD版含解析.docx
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1、第2讲电场能的性质一、静电力做功和电势能1静电力做功(1)特点:静电力做功与路径无关,只与电荷量和电荷移动过程始、末位置间的电势差有关(2)计算方法WqEd,只适用于匀强电场,其中d为带电体在沿电场方向的位移WABqUAB,适用于任何电场2电势能(1)定义:电荷在电场中具有的势能,称为电势能(2)说明:电势能具有相对性,通常把无穷远处或大地的电势能规定为零3静电力做功与电势能变化的关系(1)静电力做的功等于电荷电势能的减少量,即WABEpAEpB.(2)通过WABEpAEpB可知:静电力对电荷做多少正功,电荷电势能就减少多少;电荷克服静电力做多少功,电荷电势能就增加多少(3)电势能的大小:由W
2、ABEpAEpB可知,若令EpB0,则EpAWAB,即一个电荷在电场中某点具有的电势能,数值上等于将其从该点移到零电势能位置过程中静电力所做的功自测1关于静电力做功和电势能的理解,下列说法正确的是()A静电力做功与重力做功相似,均与路径无关B正电荷具有的电势能一定是正的,负电荷具有的电势能一定是负的C静电力做正功,电势能一定增加D静电力做功为零,电荷的电势能也为零答案A二、电势等势面1电势(1)定义:电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值(2)定义式:.(3)矢标性:电势是标量,有正负之分,正(负)号表示该点电势比零电势高(低)(4)相对性:电势具有相对性,同一点的电势因选取零电势点的不
3、同而不同2等势面(1)定义:电场中电势相同的各点构成的面(2)四个特点:在同一等势面上移动电荷时电场力不做功电场线一定与等势面垂直,并且从电势高的等势面指向电势低的等势面等差等势面越密的地方电场强度越大,反之越小任意两个等势面都不相交自测2(2016全国卷15)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,电场力做正功答案B解析若两个不同的等势面相交,则在交点处存在两个不同电势数值,与事实不符,A错;电场线一定与等势面垂直,B对;同一等势面上的电势相同
4、,但电场强度不一定相等,C错;将一负电荷从电势较高的等势面移至电势较低的等势面,电场力做负功,D错三、电势差1定义:电荷在电场中由一点A移到另一点B时,电场力所做的功WAB与移动电荷的电荷量q的比值2定义式:UAB.3影响因素电势差UAB由电场本身的性质决定,与移动的电荷q及电场力做的功WAB无关,与零电势点的选取无关4电势差与电势的关系:UABAB,UABUBA.5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:UABEd,其中d为电场中两点间沿电场方向的距离(2)电场强度的方向和大小与电势差的关系:电场中,电场强度方向指向电势降低最快的方向;在匀强电场中,电场强度在数值上等
5、于沿电场强度方向每单位距离上降低的电势自测3(多选)关于电势差的计算公式,下列说法正确的是()A电势差的计算公式UAB说明两点间的电势差UAB与电场力做功WAB成正比,与移动电荷的电荷量q成反比B把正电荷从A点移动到B点电场力做正功,则有UAB0C电势差的计算公式UAB中,UAB与移动电荷的电荷量q无关D电场中A、B两点间的电势差UAB等于把正电荷q从A点移动到B点时电场力所做的功答案BC四、静电感应和静电平衡1静电感应当把一个不带电的金属导体放在电场中时,导体的两端分别感应出等量的正、负电荷,“近端”出现与施感电荷异种的感应电荷,“远端”出现与施感电荷同种的感应电荷这种现象叫静电感应2静电平
6、衡(1)定义:导体放入电场中时,附加电场与原电场的场强在导体内部大小相等且方向相反,使得叠加场强为零时,自由电荷不再发生定向移动,导体处于静电平衡状态(2)处于静电平衡状态的导体的特点导体内部的场强处处为零;导体是一个等势体,导体表面是等势面;导体表面处的场强方向与导体表面垂直;导体内部没有净电荷,净电荷只分布在导体的外表面上;在导体外表面越尖锐的位置,净电荷的密度(单位面积上的电荷量)越大,凹陷的位置几乎没有净电荷.1电势高低的四种判断方法(1)依据电场线方向:沿电场线方向电势逐渐降低(2)依据电场力做功:根据UAB,将WAB、q的正负号代入,由UAB的正负判断A、B的高低(3)电荷的正负:
7、取无穷远处电势为零,正电荷周围电势为正值,负电荷周围电势为负值;靠近正电荷处电势高,靠近负电荷处电势低(4)依据电势能的高低:正电荷在电势能大处电势较高,负电荷在电势能大处电势较低2电势能大小的四种判断方法(1)做功判断法:电场力做正功,电势能减小;电场力做负功,电势能增大(2)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(3)公式法:由Epq,将q、的大小、正负号一起代入公式进行判断(4)能量守恒法:在电场中,若只有电场力做功,电荷的动能和电势能相互转化,动能增大时,电势能减小,反之电势能增大例1 (多选)(2019全国卷21)如图1,电荷量分别为q和q(q0)的点
8、电荷固定在正方体的两个顶点上,a、b是正方体的另外两个顶点则()图1Aa点和b点的电势相等Ba点和b点的电场强度大小相等Ca点和b点的电场强度方向相同D将负电荷从a点移到b点,电势能增加答案BC解析a、b两点到两点电荷连线的距离相等,且关于两点电荷连线中点对称,可知a、b两点的电场强度大小相等,方向相同,选项B、C正确;电荷量分别为q和q(q0)的点电荷(等量异种点电荷)固定在正方体的两个顶点上,正方体的另外两个顶点a、b在两点电荷q和q连线的垂直平分面两侧,故a点和b点电势不相等,且ba,将负电荷从a点移到b点,电场力做正功,电势能减少,选项A、D错误变式1 (2019山东烟台市上学期期末)
9、如图2所示,圆心为O、半径为R的圆周上有A、B、C、D四点,A、B是一条直径的两个端点,CD与AB平行,A、C之间的距离也为R.在A、B两点分别放置电荷量绝对值均为Q的正、负点电荷,静电力常量为k.下列说法正确的是()图2AC、D两点电场强度相同,大小都为B负电荷在C点的电势能大于在D点的电势能C一正电荷沿着圆弧从C点移动到D点电场力不做功DC、O两点的电势差等于O、D两点的电势差答案D解析根据等量异种电荷的电场线特点,C、D两点电场强度大小相等,方向不同,故A错误;根据等量异种电荷的电场线特点,C点电势高,D点电势低,根据负电荷在电势低的地方电势能大,故负电荷在C点的电势能小于D点的电势能,
10、故B错误;根据等量异种电荷的电场线特点,C点电势高,D点电势低,根据正电荷在电势高的地方电势能大,正电荷在C点的电势能大于D点的电势能,故正电荷从C到D电场力做正功,故C错误;根据等量异种电荷的电场线特点,C、O的电势差等于O、D的电势差,故D正确1匀强电场中电势差与电场强度的关系(1)UABEd,d为A、B两点沿电场方向的距离(2)沿电场强度方向电势降落得最快(3)在同一直线上或相互平行的两条直线上距离相等的两点间电势差相等2E在非匀强电场中的几点妙用(1)解释等差等势面的疏密与电场强度大小的关系:当电势差U一定时,电场强度E越大,则沿电场强度方向的距离d越小,即电场强度越大,等差等势面越密
11、(2)定性判断非匀强电场电势差的大小关系:如距离相等的两点间的电势差,E越大,U越大;E越小,U越小3解题思路例2(多选)(2017全国卷21)一匀强电场的方向平行于xOy平面,平面内a、b、c三点的位置如图3所示,三点的电势分别为10 V、17 V、26 V下列说法正确的是()图3A电场强度的大小为2.5 V/cmB坐标原点处的电势为1 VC电子在a点的电势能比在b点的低7 eVD电子从b点运动到c点,电场力做功为9 eV答案ABD解析如图所示,设a、c之间的d点电势与b点电势相同,则,所以d点的坐标为(3.5 cm,6 cm),过c点作等势线bd的垂线,电场强度的方向由高电势指向低电势由几
12、何关系可得,cf的长度为3.6 cm,电场强度的大小E2.5 V/cm,故选项A正确;因为Oacb是矩形,所以有UacUOb ,可知坐标原点O处的电势为1 V ,故选项B正确;a点电势比b点电势低7 V,电子带负电,所以电子在a点的电势能比在b点的高7 eV,故选项C错误;b点电势比c点电势低9 V,电子从b点运动到c点,电场力做功为9 eV,故选项D正确变式2(多选)(2019安徽安庆市下学期第二次模拟)有一匀强电场的方向平行于xOy平面,平面内a、b、c、d四点的位置如图4所示,cd、cb 分别垂直于x轴、y轴,其中a、b、c三点电势分别为:4 V、8 V、10 V,使一电荷量为q2105
13、 C的负点电荷由a点开始沿abcd路线运动,则下列判断正确的是()图4A坐标原点O的电势为6 VB电场强度的大小为 V/mC该点电荷在c点的电势能为2105 JD该点电荷从a点移到d点过程中,电场力做功为 8105 J答案AD解析由于是匀强电场,所以沿同一方向前进相同距离电势的变化量相等,所以cbOa,代入数据解得:O6 V,故A正确;ab中点e的电势为e6 V,连接Oe则为等势面,如图所示由几何关系可知,ab垂直于Oe,则ab为一条电场线,且方向由b指向a,电场强度为:E V/m100 V/m,故B错误;该点电荷在c点的电势能为:Epcqc2104 J,故C错误;由题意结合几何知识可知b、d
14、在同一等势面上,该点电荷从a点移动到d点电场力做功为:WadqUadqUab(48)(2105) J8105 J,故D正确1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2判断电场力(或电场强度)的方向:仅受电场力作用时,带电粒子所受电场力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3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,则电场力做正功,电势能减少;若电场力与速度方向成钝角,则电场力做负功,电势能增加例3(多选)(2019全国卷20)静电场中,一带电粒子仅在电场力的作用下自M点由静止开始运动,N为粒子运动轨迹上的另外一点,则()A运动过程
15、中,粒子的速度大小可能先增大后减小B在M、N两点间,粒子的轨迹一定与某条电场线重合C粒子在M点的电势能不低于其在N点的电势能D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答案AC解析在两个同种点电荷的电场中,一带同种电荷的粒子在两电荷的连线上自M点(非两点电荷连线的中点)由静止开始运动,粒子的速度先增大后减小,选项A正确;带电粒子仅在电场力作用下运动,若运动到N点的动能为零,则带电粒子在N、M两点的电势能相等;仅在电场力作用下运动,带电粒子的动能和电势能之和保持不变,可知若粒子运动到N点时动能不为零,则粒子在N点的电势能小于其在M点的电势能,故粒子在M点的电势能不低于其在N点的电势
16、能,选项C正确;若静电场的电场线不是直线,带电粒子仅在电场力作用下的运动轨迹不会与电场线重合,选项B错误;若粒子运动轨迹为曲线,根据粒子做曲线运动的条件,可知粒子在N点所受电场力的方向一定不与粒子轨迹在该点的切线平行,选项D错误变式3 (2019广东揭阳市下学期第二次模拟)如图5所示,实线MN是某匀强电场中的一条电场线一带正电粒子射入电场后,仅在电场力作用下沿虚线ABC运动下列说法中正确的是()图5A粒子在A点的加速度比在C点的加速度大B粒子在A点的电势能比在C点的电势能小CM、N两点的电势:MND电场线的方向水平向右答案B解析由于电场为匀强电场,可得到粒子在A点的加速度与C点的加速度大小相等
17、,故A错误;由题图可知,粒子在B点所受电场力方向向左,又因为粒子带正电,故电场线方向向左,由沿着电场线方向电势降低,则NM,故带正电粒子从A点到C点电场力做负功,电势能增加,所以粒子在A点的电势能比在C点的电势能小,故B正确,C、D错误类型1vt图像根据vt图像的速度变化、斜率变化(即加速度大小的变化),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例4(多选)(2019四川宜宾市第二次诊断)如图6甲所示,光滑绝缘水平面上有一沿水平方向的电场,MN是其中的一条直线,线上有A、B、C三点,一带电荷量为2103 C、质量为1103 kg的小物块从A点
18、由静止释放,沿MN做直线运动,其运动的vt图像如图乙所示,其中B点处的切线斜率最大(图中标出了该切线),C点处的切线平行于t轴,运动过程中小物块电荷量保持不变,则下列说法中正确的是()图6AA、B两点电势差UAB4 VB小物块从B点到C点电场力做的功W102 JCB点为AC间电场强度最大的点,场强大小E1 V/mD由A到C的过程中小物块的电势能先减小后变大答案BC解析从A到B由动能定理:qUABmv,解得UAB4 V,选项A错误;小物块从B点到C点电场力做的功WBCmvmv102 J,选项B正确;在B点的加速度最大,则所受的电场力最大,则由图像:a m/s22 m/s2;由Eqma,解得E1
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