专题21 电场能的性质(原卷版).docx
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1、专题21 电场能的性质目录题型一 电场性质的综合应用1类型1 利用点电荷考电场的性质2类型2 利用电偶极子考电场的性质5题型二 电势差与电场强度的关系9题型三 电场线、等势面及运动轨迹问题18题型五电场中功能关系的综合问题23题型六电场中的图像问题30类型1vt、vx图像30类型2x图像34类型3Ex图像39类型4Epx图像、Ekx图像43题型一 电场性质的综合应用【核心归纳】1静电力做功的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,通常把无限远处或大地表面的电势能规定为零3电势(
2、1)定义:电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量之比(2)定义式:.(3)标矢性:电势是标量,有正、负之分,其正(负)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同而不同4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.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(2)电势能的大小:由WABEpAEpB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【方法技巧】1求静电力做功的四种方
3、法2判断电势能变化的两种方法(1)根据静电力做功:静电力做正功,电势能减少;静电力做负功,电势能增加(2)根据Epq:正电荷在电势越高处电势能越大;负电荷在电势越高处电势能越小3电势高低的四种判断方法(1)电场线法:沿电场线方向电势逐渐降低(2)电势差与电势的关系: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)Ep与的关系:由知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(4)场源电荷的正负:取离场源电荷无限远处电势为零,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空间中有多个点电荷时,某点的电势可以代数求和类型1 利
4、用点电荷考电场的性质【例1】如图所示,一个带负电的点电荷固定在O点,实线为几条对称分布的电场线,虚线为以电场线上的点为圆心的一个圆,a、b、c、d、e、f、g、h为圆与电场线的交点,下列说法正确的是()Ab、h两点的电场强度相同Ba点电势比e点电势高Cd、b两点之间的电势差大于e、b两点之间的电势差D将电子沿圆周由h运动到d与由h运动到f,电场力做功相等【例2】如图,a、b是正点电荷电场中的一条电场线上的二点,二点的电势和电场强度分别为、和Ea、Eb,则他们的大小关系是()A,B,C,D,【例3】如图,是锐角三角形最大的内角,一正点电荷固定在P点。下列说法正确的是()A沿边,从M点到N点,电场
5、强度逐渐减小B沿边,从M点到N点,电势先减小后增大C将负检验电荷从M点移动到N点,电势能先减小后增大D将正检验电荷从M点移动到N点,电场力所做的总功为负【例4】如图所示,在正点电荷Q形成的电场中有A、B、C、D四点,A、B、C为直角三角形的三个顶点,D为AC的中点,A30,A、B、C、D四点的电场强度大小分别用EA、EB、EC、ED表示,已知EAEC,B、C两点的电场强度方向相同,点电荷Q在A、B、C三点构成的平面内。则以下错误的是()A点电荷位于AC的垂直平分线与BC的反向延长线的的交点上BD点电势高于A点电势C将一正点电荷q从A点沿直线移到C点,电场力先做正功再做负功DB、A两点和B、C两
6、点间的电势差满足UBAUBC类型2 利用电偶极子考电场的性质【例1】如图所示,边长均为a的两个正四面体和,其中面完全重合,O点为面中心,两带电荷量均为的点电荷分别置于A、B两顶点,则()Ab、c、d三点的电场强度相同Bb、c、d三点的电势相等C将一正试探电荷从b点沿直线移动到O点,其所受电场力逐渐增大D将一正试探电荷从b点沿直线移到d点,电场力不做功【例2】如图所示,两等量同种点电荷固定在菱形的两个顶点A、C上。E、F是该菱形对角线与其内切圆的交点,O点为内切圆的圆心,a、b、c、d四点为切点。现有一带正电的点电荷从E点由静止释放,下列说法正确的是()Aa、b、c、d四点的电场强度相同BD、O
7、、B三点的电势相等C点电荷在从E点运动到O点的过程中电场力做负功D点电荷到达F点时速度恰好为零,并会立刻返回【例3】在A、B两点放置电荷量分别为和的点电荷,其形成的电场线分布如图所示,C为A、B连线上的一点,并且AB间C点的电场强度最小,D是纸面上的另一点,DC连线与AB垂直,已知无穷远电势为零,电荷Q在其周围产生的电势为。则下列说法正确的是()AAB间C点电势最低B在整个直线AB上不可能存在另一个与C电场强度相同的点CAB连线上B的右侧有一点非无穷远电势和电场强度均为零D若将另一负电荷从C点移到D点,电荷电势能减小【例4】如图所示,两个等量异种电荷产生的电场中,abcd四点分别处于正方形的四
8、个顶点上,其中ab两点在等量正负电荷的连线上,且关于连线的中垂线对称,则下列说法正确的是()Aab两点的电势相等Bcd两点的电场强度相同C移动单位负电荷从d到c,电场力做正功D移动单位正电荷从b到d,电场力沿做功比直接沿对角线做功大【例5】如图甲所示,以等量正点电荷连线的中点作为原点,沿中垂线建立x轴,x轴上各点的电场强度E随x变化的图像如图乙所示。下列说法正确的是()A处电势等于处电势B处电场强度与处电场强度相同C将电子从x轴上处由静止释放,仅在静电力作用下电子从处运动到处的过程中,电子做加速度减小的加速运动D将电子从x轴上处由静止释放,仅在静电力作用下电子从处运动到处的过程中,电子做加速度
9、减小的加速运动题型二 电势差与电场强度的关系1由E可推出的两个重要推论推论1匀强电场中的任一线段AB的中点C的电势C,如图甲所示推论2匀强电场中若两线段ABCD,且ABCD,则UABUCD(或ABCD),如图乙所示2E在非匀强电场中的三点妙用(1)判断电场强度大小:等差等势面越密,电场强度越大(2)判断电势差的大小及电势的高低:距离相等的两点间的电势差,E越大,U越大,进而判断电势的高低(3)利用x图像的斜率判断电场强度随位置变化的规律:kEx,斜率的大小表示电场强度的大小,正负表示电场强度的方向3等分法确定电场线及电势高低的解题思路【例1】如图所示,等腰三角形位于匀强电场中,电场方向平行于平
10、面,a、b、c三点的电势分别为,边长度为,边的长度为。下列说法正确的是()A若电子从a点运动到b点,电场力做功B若电子从a点运动到c点,电势能减小C电场沿方向D匀强电场的场强大小为【例2】如图所示,某匀强电场中的一个矩形abcd,电场线与矩形所在平面平行,已知a、b、d点的电势分别为、和,一个电子以速度经过b点,速度方向与bc成角,经过一段时间恰好经过c点,不计电子的重力,则()Ac点的电势大小为a点的两倍B场强方向由d指向bC电子从b点运动到c点所用时间为D电子从b点运动到c点,电场力做功【例3】匀强电场的方向平行于ABC所在平面,如图所示,。将电荷量为的点电荷从A点移到B点,电场力做功81
11、0-6J,再把该电荷从B点移到C点,电场力做功J,关于该电场的下列说法中正确的是()AA、B两点间的电势差B若规定A点电势为0,则C点电势为2VC电场强度的方向由B指向AD电场强度的方向由C指高B【例4】如图为某匀强电场的等势面分布图(等势面竖直分布),已知每两个相邻等势面相距2cm,则该匀强电场的电场强度大小和方向分别为()A,水平向左B,水平向右C,水平向左D,水平向右【例5】如图所示,在匀强电场中一带正电粒子先后经过a、b两点。已知粒子的比荷为k,粒子经过a点时速率为,经过b点时速率为,粒子经过a、b两点时速度方向与连线的夹角分别为、,连线长度为L。若粒子只受电场力作用,则下列无法确定的
12、是()A场强的大小B场强的方向Ca、b两点的电势差D粒子在a、b两点的电势能之差【例6】如图所示,半径为的圆内有一内接直角三角形,其中,空间中存在与圆平面平行的匀强电场,将一带正电的试探电荷由点移动到点,电场力做的功为,将该电荷由点移动到点,电场力做的功为,已知该试探电荷的电荷量为。则下列说法正确的是()A匀强电场的方向由指向B该试探电荷由移动到,电势能减少C点的电势比点的电势低D该电场强度的大小为【例7】如图所示,有一平行于平面的匀强电场,其中a、b、c三点电势分别为,已知的距离为,的距离为,和的夹角为。下列说法正确的是()A电子从a点移动到c点的过程中,电势能增大B电子从a点移动到b点的过
13、程中,电场力做正功C电场强度的方向从c点指向a点D电场强度的大小为【例8】如图所示,空间存在范围足够大与长方形所在平面平行的匀强电场,已知,A、B、C三点的电势分别为。一带电粒子从A点以与成夹角斜向右上方、大小为的初速度射入电场,恰好经过C点。不计粒子的重力。下列说法正确的是()AD点电势为B电场强度大小为C粒子过C点的速度与初速度方向间夹角的正切值为D粒子过C点的速度为题型三 电场线、等势面及运动轨迹问题【核心归纳】1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静电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
14、地方电场强度越大,反之越小任意两个等势面都不相交2几种常见等势面的比较电场等势面(虚线)图样特点匀强电场垂直于电场线的一簇平面点电荷的电场以点电荷为球心的一簇球面等量异种点电荷的电场两电荷连线的中垂面为等势面等量同种正点电荷的电场在电荷连线上,中点电势最低;在中垂线上,中点电势最高【方法技巧】带电粒子在电场中运动轨迹问题的分析方法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选用轨迹和电场线(等势线)的交点更方便2判断静电力的方向:仅受静电力作用时,因轨迹始终夹在速度方向和带电粒子所受静电力方向之间,而且向合外力一侧弯曲,结合速度方向,可以判断静电力方向若已知电场线和轨迹,
15、所受静电力的方向与电场线(或电场线的切线)共线若已知等势线和轨迹,所受静电力的方向与等势线垂直3判断静电力做功的正负及电势能的增减:若静电力方向与速度方向成锐角,则静电力做正功,电势能减少;若静电力方向与速度方向成钝角,则静电力做负功,电势能增加【例1】某兴趣小组模拟避雷针周围电场的等势面分布如图所示,相邻等势面间的电势差相等。A、B、C、D、E为空间电场中的五个点,其中C、D两点位置关于避雷针对称,一电子(量为m)从A点静止释放,仅在电场力作用下运动到C点时速度为v,下列说法正确的是()AA点的电势小于D点的电势B若电子能运动到B点,则到B点时的速度为C电场中C、D两点的电场强度相同D若电子
16、从A点运动到E点,其电势能增大【例2】如图所示,虚线为静电场中的三个等势面,相邻等势面之间的电势差相等。一个带正电的点电荷q在A点的电势能小于其在B点的电势能,则下列说法正确的是()AA点的电势大于B点的电势BA点的电场强度大于B点的电场强度C将q在A点由静止释放,其受静电力将增大D将q在A点由静止释放,其电势能将减小【例3】如图所示,MN是一负点电荷产生的电场中的一条电场线。一个带正电的粒子(不计重力)从a到b穿越这条电场线的轨迹如图中虚线所示。下列结论正确的是()A带电粒子从a到b过程中动能逐渐减小B负点电荷一定位于M点左侧Ca点的场强大于b点的场强D带电粒子在a点的加速度小于在b点的加速
17、度【例4】在粒子散射实验中,粒子由a到e从金原子核旁飞过,运动轨迹如图所示。金原子核可视为静止,以金原子核为圆心,三个同心圆间距相等,粒子的运动轨迹在c处与圆相切。下列说法正确的是()A粒子在c处的动能最大B粒子在处的电势能相等C粒子由c到d过程与由d到e过程电场力做功相等D粒子的运动轨迹在a处的切线有可能经过金原子核的中心【例5】电子显微镜通过“静电透镜”实现对电子会聚或发散使微小物体成像。一种电子透镜的电场分布如图所示(截取其中一部分),虚线为等势面,相邻两等势面间的电势差相等,电子枪发射的电子仅在电场力作用下的运动轨迹如图中实线所示,是轨迹上的三点,若c点处电势为3 V,电子从a点运动到
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