高考物理一輪 6.2電場的能的性質(zhì)課件.ppt

第2節(jié)電場的能的性質(zhì) 1 電勢差 電荷在電場中兩點(diǎn)間移動時(shí) 的比值 叫做這兩點(diǎn)間的電勢差 表達(dá)式 是標(biāo)量 由電場本身決定 2 電勢 電場中某點(diǎn)的電勢在數(shù)值上等于 是標(biāo)量 描述的性質(zhì) 由電場本身決定 電場力所 做的功與它的電荷量 單位正電荷 由該點(diǎn)移到電勢零點(diǎn)時(shí)電場力所做的功 電場的能 一 電勢差 電勢 等勢面 電勢能等概念 3 電勢能 電荷在電場中某點(diǎn)具有的電勢能等于 它是由電荷和電場共同具有的 4 電勢能 電勢具有性 與零電勢點(diǎn)的選取關(guān) 電勢能的改變 電勢差與零電勢點(diǎn)的選取關(guān) 5 等勢面 電場中點(diǎn)構(gòu)成的面叫等勢面 它的電荷量與該點(diǎn)電勢的乘積 相對 有 無 電勢相等的 電場力對電荷做正功 電勢能減少 電場力對電荷做負(fù)功 電勢能增加 且電勢能的改變量等于電場力做功的多少 即w電 e 三 勻強(qiáng)電場中電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系沿勻強(qiáng)電場場強(qiáng)方向 兩點(diǎn)間的電勢差等于場強(qiáng)和這兩點(diǎn)間距離的乘積 即u e d 四 常見電場等勢面分布圖 二 電場力做功與電勢能改變的關(guān)系 1 在同一等勢面上各點(diǎn)電勢相等 所以在同一等勢面上移動電荷 電場力不做功 2 電場線跟等勢面一定垂直 并且由電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面 3 等勢面越密 電場強(qiáng)度越大 4 等勢面不相交 不相切 5 電場線的方向是電勢降低的方向 6 沿勻強(qiáng)電場中任何一條直線 等勢面除外 電勢都是均勻變化的 五 等勢面的性質(zhì) 題型一 電勢高低與電勢能大小的比較 例1某電場的電場線分布如圖所示 下列說法正確的是 a a點(diǎn)的電勢高于b點(diǎn)的電勢b c點(diǎn)的電場強(qiáng)度大于d點(diǎn)的電場強(qiáng)度c 若將正試探電荷由a點(diǎn)移到b點(diǎn) 電場力做正功d 若將一負(fù)試探電荷由c點(diǎn)移到d點(diǎn) 電勢能減少 解析 沿電場方向電勢降低 a b a錯(cuò) 電場線的疏密程度反映了電場強(qiáng)度的小大關(guān)系 ec ed b錯(cuò) 正電荷從低電勢處移向高電勢處 電場力做負(fù)功 c錯(cuò) 因?yàn)?c d 將負(fù)電荷從c移到d 電場力做正功 電勢能減少 d對 答案 d 方法與知識感悟 1 比較電勢高低的方法 1 沿電場線方向 電勢越來越低 2 判斷出uab的正負(fù) 再由uab a b 比較 a b的大小 若uab 0 則 a b 若uab 0 則 a b 3 取無窮遠(yuǎn)處為零電勢點(diǎn) 正電荷周圍電勢為正值 且離正電荷近處電勢高 負(fù)電荷周圍電勢為負(fù)值 且離負(fù)電荷近處電勢低 2 電勢能大小的比較方法 1 做功判斷法電場力做正功時(shí)電勢能減小 電場力做負(fù)功時(shí)電勢能增大 對正 負(fù)電荷都適用 2 依據(jù)電勢高低判斷正電荷在電勢高處具有的電勢能大 負(fù)電荷在電勢低處具有的電勢能大 3 電勢與電勢能比較 題型二 勻強(qiáng)電場中電勢差與場強(qiáng)的關(guān)系 答案 a 2 已知電場中幾點(diǎn)的電勢 如果要求某點(diǎn)的電勢時(shí) 一般采用 等分法 在電場中找與待求點(diǎn)電勢相同的等勢點(diǎn) 等分法也常用在畫電場線的問題中 3 在勻強(qiáng)電場中 相互平行的相等長度的線段兩端間的電勢差相等 應(yīng)用這一點(diǎn)可求解電勢 例3如圖所示 虛線表示等勢面 相鄰兩等勢面間的電勢差相等 有一帶正電的小球在電場中運(yùn)動 實(shí)線表示該小球的運(yùn)動軌跡 小球在a點(diǎn)的動能等于20ev 運(yùn)動到b點(diǎn)時(shí)的動能等于2ev 若取c點(diǎn)為電勢零點(diǎn) 則當(dāng)這個(gè)帶電小球的電勢能等于 6ev時(shí) 不計(jì)重力和空氣阻力 它的動能等于 a 16evb 14evc 6evd 4ev 思路點(diǎn)撥 正確理解電場力與路徑無關(guān)及其與電勢能的變化關(guān)系 運(yùn)用能量守恒定律是解題的關(guān)鍵 題型三 電場力做功的計(jì)算及電場中的功能關(guān)系問題 解析 由動能定理可知 小球由a到b的過程中 動能減少20ev 2ev 18ev 故電場力做功wab 18ev 小球電勢能增加量 epab 18ev 選c點(diǎn)為零電勢點(diǎn) 則a點(diǎn)電勢能epa 12ev 又因小球重力不計(jì) 只有電場力做功 故小球運(yùn)動過程中 電勢能與動能的和不變 由epa eka 12ev 20ev 8ev可知 當(dāng)小球電勢能為 6ev時(shí) 它的動能為14ev b正確 答案 b 方法與知識感悟 1 電場力做功的計(jì)算方法 1 由公式w flcos 計(jì)算 此公式只適用于勻強(qiáng)電場 可變形為w qelcos 2 由w qu來計(jì)算 此公式適用于任何形式的靜電場 3 由動能定理來計(jì)算 w電場力 w其他力 ek 4 由電勢能的變化計(jì)算 w電場力 ep1 ep2 2 電場中的功能關(guān)系 1 若只有電場力做功 電勢能與動能之和保持不變 2 若只有電場力和重力做功 電勢能 重力勢能 動能之和保持不變 3 除重力之外 其他各力對物體做的功等于物體機(jī)械能的變化 4 所有力對物體所做的功 等于物體動能的變化 題型四 e x圖象和 x圖象問題 例4空間有一沿x軸對稱分布的電場 其電場強(qiáng)度e隨x變化的圖象如圖所示 下列說法正確的是 a o點(diǎn)的電勢最低b x2點(diǎn)的電勢最高c x1和 x1兩點(diǎn)的電勢相等d x1和x3兩點(diǎn)的電勢相等 思路點(diǎn)撥 場源電荷如圖分布 以x軸正方向的場強(qiáng)為正 即可得到題中的e x圖象 在e x圖象上取一微元 由u ed可知電場強(qiáng)度e隨x變化的一小段圖象與x軸所圍的面積表示對應(yīng)的兩點(diǎn)之間的電勢差 據(jù)此可比較兩點(diǎn)之間電勢的高低 解析 電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系為u ed 此表達(dá)式適用于勻強(qiáng)電場 圖中為非勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)e與坐標(biāo)x的關(guān)系圖象 當(dāng)取一段極短長度 x時(shí) 可認(rèn)為 x長度內(nèi)的電場為勻強(qiáng)電場 因此圖像所包圍的面積表示電勢差 圖中從o點(diǎn)沿 x軸方向 場強(qiáng)為正值 所以圖線與x軸包圍的面積表示的電勢差為正 表示沿 x軸方向的電勢逐漸降低 即o點(diǎn)電勢依次大于x1點(diǎn) x2點(diǎn) x3點(diǎn)的電勢 選項(xiàng)a b d錯(cuò)誤 而圖中沿 x軸方向 場強(qiáng)為負(fù)值 所以圖線與x軸包圍的面積表示的電勢差為正 即沿 x軸方向的電勢也逐漸降低 因從 x1點(diǎn)到x1點(diǎn) e x圖線在o點(diǎn)兩側(cè)所包圍的面積相等 表示這兩點(diǎn)間的電勢差為零 所以 x1和x1兩點(diǎn)電勢相等 選項(xiàng)c正確 答案 c 方法與知識感悟 在x軸上 位于x o處的點(diǎn)電荷的e x圖象是由最大值迅速減小的曲線 圖象關(guān)于坐標(biāo)原點(diǎn)對稱 等量同種點(diǎn)電荷連線上的e x圖象關(guān)于坐標(biāo)原點(diǎn)對稱 兩電荷連線的中點(diǎn)處場強(qiáng)為o 兩等量異種點(diǎn)電荷連線上的e x圖象關(guān)于連線中垂線對稱 兩點(diǎn)電荷連線中點(diǎn)處場強(qiáng)較小 但不為0 例5 2011上海 兩個(gè)等量異種點(diǎn)電荷位于x軸上 相對原點(diǎn)對稱分布 正確描述電勢隨位置變化規(guī)律的是圖 思路點(diǎn)拔 x圖象的斜率大小表示電場強(qiáng)度沿x軸方向分量的大小 或電場強(qiáng)度的大小 若圖象某段平行于x軸 表明電勢 在該段不隨x變化 電場強(qiáng)度沿x軸方向的分量為0 空間各點(diǎn)場強(qiáng)與x軸垂直 解析 在兩個(gè)等量異種點(diǎn)電荷連線的垂直平分線上各點(diǎn)的電勢都是零 所以坐標(biāo)原點(diǎn)的電勢為零 在x軸負(fù)方向上 各點(diǎn)的合電勢為正值 在x軸正方向上 各點(diǎn)的合電勢為負(fù)值 所以 只有a是對的 答案 a 方法與知識感悟 兩等量異種點(diǎn)電荷連線中點(diǎn)處電勢為零 靠近正電荷處電勢大于0 離正電荷越近 電勢越高 靠近負(fù)電荷處電勢小于0 離負(fù)電荷越近 電勢越低 離正 負(fù)電荷無限遠(yuǎn)處電勢都為0 1 關(guān)于靜電場 下列結(jié)論普遍成立的是 a 電場強(qiáng)度大的地方電勢高 電場強(qiáng)度小的地方電勢低b 電場中任意兩點(diǎn)之間的電勢差只與這兩點(diǎn)的場強(qiáng)有關(guān)c 在正電荷或負(fù)電荷產(chǎn)生的靜電場中 場強(qiáng)方向都指向電勢降低最快的方向d 將正點(diǎn)電荷從場強(qiáng)為零的一點(diǎn)移動到場強(qiáng)為零的另一點(diǎn) 電場力做功為零 c 解析 電勢的高低與電場強(qiáng)度的大小無關(guān) a錯(cuò) 電場中任意兩點(diǎn)的電勢差不僅與這兩點(diǎn)的場強(qiáng)有關(guān) 還與這兩點(diǎn)沿電場線方向的距離有關(guān) b錯(cuò) 在d項(xiàng)中 初 末位置場強(qiáng)為零 中間某段場強(qiáng)可能不為零 電場力做功不一定為零 d錯(cuò) 只有c項(xiàng)正確 2 如圖所示 帶電質(zhì)點(diǎn)p1固定在光滑的水平絕緣的桌面上 在桌面上距p1一定距離處有另一個(gè)帶電質(zhì)點(diǎn)p2 p2在桌面上運(yùn)動 某一時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)p2的速度沿垂直于p1 p2的連線方向 則 a 若p1 p2為同種電荷 以后p2一定做速度變大的曲線運(yùn)動b 若p1 p2為同種電荷 以后p2一定做加速度變大的曲線運(yùn)動c 若p1 p2為異種電荷 以后p2的速度大小和加速度大小可能不變d 若p1 p2為異種電荷 以后p2可能做加速度 速度都變小的曲線運(yùn)動 acd 3 如圖為一勻強(qiáng)電場 某帶電小球從a點(diǎn)運(yùn)動到b點(diǎn) 在這一運(yùn)動過程中克服重力做的功為4 0j 電場力做的功為2 5j 則下列說法正確的是 a 小球帶正電b 小球在a點(diǎn)的電勢能比在b點(diǎn)多1 5jc 小球在a點(diǎn)的動能比在b點(diǎn)多1 5jd 小球在a點(diǎn)的機(jī)械能比在b點(diǎn)多1 5j ac 解析 電場力做正功 小球帶正電 a對 在a點(diǎn)的電勢能大于在b點(diǎn)的電勢能2 5j b錯(cuò) 由能量守恒知道c正確 機(jī)械能a點(diǎn)處小于b點(diǎn)處2 5j d錯(cuò) 4 電荷量q 2 0 10 5c的電荷在勻強(qiáng)電場中由a點(diǎn)移動至b點(diǎn)時(shí)電場力做的功為6 0 10 4j 若把它從a點(diǎn)移至電場中的c點(diǎn) 電場力做的功為 3 0 10 4j 已知a b連線與a c連線夾角為120 ab 9 0cm ac 4 5cm 求a b兩點(diǎn)的電勢差和電場強(qiáng)度 鞏固基礎(chǔ) 1 兩個(gè)等量正點(diǎn)電荷位于x軸上 關(guān)于原點(diǎn)o呈對稱分布 下列能正確描述x軸上的電場強(qiáng)度e隨位置x變化規(guī)律的圖像是 a 2 如圖所示 在粗糙絕緣水平面上固定一點(diǎn)電荷q 從m點(diǎn)無初速度釋放一帶有恒定負(fù)電荷的小物塊 小物塊在q形成的電場中運(yùn)動到n點(diǎn)靜止 則小物塊從m點(diǎn)運(yùn)動到n點(diǎn)的過程中 下列說法中正確的是 a 小物塊所受電場力逐漸增大b 小物塊具有的電勢能逐漸增大c q形成的電場中m點(diǎn)的電勢高于n點(diǎn)的電勢d 小物塊電勢能變化量的大小等于克服摩擦力做的功 d a 4 如圖所示 兩個(gè)固定的相同細(xì)環(huán)相距一定的距離 同軸放置 o1 o2分別為兩環(huán)的圓心 兩環(huán)分別帶有均勻分布的等量異種電荷 一帶正電的粒子從很遠(yuǎn)處沿軸線飛來并穿過兩環(huán) 則在帶電粒子運(yùn)動過程中 a 在o1點(diǎn)粒子加速度方向向右b 從o1到o2過程粒子電勢能一直增加c 軸線上o1點(diǎn)左側(cè)存在一點(diǎn) 粒子在該點(diǎn)動能最小d 軸線上o1點(diǎn)右側(cè) o2點(diǎn)左側(cè)都存在場強(qiáng)為零的點(diǎn) 它們關(guān)于o1 o2連線中點(diǎn)對稱 d 5 如圖所示 為某一點(diǎn)電荷所形成的一族電場線 a b c三條虛線為三個(gè)帶電粒子以相同的速度從o點(diǎn)射入電場的運(yùn)動軌跡 其中b虛線為一圓弧 ab的長度等于bc的長度 且三個(gè)粒子的電荷量大小相等 不計(jì)粒子重力 則以下說法正確的是 a a一定是正粒子的運(yùn)動軌跡 b和c一定是負(fù)粒子的運(yùn)動軌跡b 由于ab的長度等于bc的長度 故uab ubcc a虛線對應(yīng)的粒子的加速度越來越小 c虛線對應(yīng)的粒子的加速度越來越大 b虛線對應(yīng)的粒子的加速度大小不變d b虛線對應(yīng)的粒子的質(zhì)量大于c虛線對應(yīng)的粒子的質(zhì)量 cd 提升能力 6 如圖所示為一帶正電粒子 重力不計(jì) 繞負(fù)電荷q旋轉(zhuǎn) 假設(shè)該粒子運(yùn)動軌道為橢圓 a點(diǎn)為離電荷q最近的點(diǎn) b點(diǎn)為離電荷q最遠(yuǎn)的點(diǎn) 則在粒子由a點(diǎn)運(yùn)動至b點(diǎn)的過程中 下列說法正確的是 a 所受庫侖力逐漸減小b 速度逐漸減小c 電勢能逐漸減少d 電勢逐漸升高 abd b 8 如圖所示 在y軸上關(guān)于o點(diǎn)對稱的a b兩點(diǎn)有等量同種電荷 q 在x軸上c點(diǎn)有點(diǎn)電荷 q 且co od ado 60 下列說法中正確的是 a o點(diǎn)的電場強(qiáng)度為零b d點(diǎn)的電場強(qiáng)度為零c 若將點(diǎn)電荷 q從o移向c 電勢能增大d 若將點(diǎn)電荷 q從o移向c 電勢能增大 bd 9 假設(shè)空間某一靜電場的電勢 隨x變化情況如圖所示 根據(jù)圖中信息可以確定下列說法中正確的是 a 空間各點(diǎn)場強(qiáng)的方向均與x軸垂直b 電荷沿x軸從o移到x1的過程中 一定不受電場力的作用c 正電荷沿x軸從x2移到x3的過程中 電場力做正功 電勢能減少d 負(fù)電荷沿x軸從x4移到x5的過程中 電場力做負(fù)功 電勢能增加 d 解析 只有電勢 隨x變化圖線為平行x軸部分 場強(qiáng)方向才與x軸垂直 選項(xiàng)a錯(cuò)誤 電荷沿x軸從0移到x1的過程中 所受電場力與等勢面垂直 電場力不做功 選項(xiàng)b錯(cuò)誤 正電荷沿x軸從x2移到x3的過程中 電場力做負(fù)功 電勢能增加 選項(xiàng)c錯(cuò)誤 負(fù)電荷沿x軸從x4移到x5的過程中 電場力做負(fù)功 電勢能增加 選項(xiàng)d正確 10 2012廣東 右圖是某種靜電礦料分選器的原理示意圖 帶電礦粉經(jīng)漏斗落入水平勻強(qiáng)電場后 分落在收集板中央的兩側(cè) 對礦粉分離的過程 下列表述正確的有 a 帶正電的礦粉落在右側(cè)b 電場力對礦粉做正功c 帶負(fù)電的礦粉電勢能變大d 帶正電的礦粉電勢能變小 bd 解析 不管帶正電還是負(fù)電 電場力做正功 電勢能減小 正電荷受的電場力向左故在左邊 負(fù)電荷在右邊 選bd 11 如圖所示 a b c d是某勻強(qiáng)電場中的四個(gè)點(diǎn) 它們正好是一個(gè)矩形的四個(gè)頂點(diǎn)ab cd l ad bc 2l 電場線與矩形所在平面平行 已知a b d點(diǎn)的電勢分別為20v 24v和12v 一個(gè)質(zhì)子以速度v0經(jīng)過b點(diǎn) 速度方向與bc成45 角 經(jīng)過一段時(shí)間質(zhì)子經(jīng)過c點(diǎn) 不計(jì)質(zhì)子的重力 則 a a點(diǎn)的電勢低于c點(diǎn)電勢b 電場強(qiáng)度方向由b指向dc 質(zhì)子從b點(diǎn)運(yùn)動到c點(diǎn) 電場力做功8evd 質(zhì)子從b點(diǎn)運(yùn)動到c點(diǎn) 電場力做功10ev c 再上臺階 12 在光滑絕緣的水平面上 用長為2l的絕緣輕桿連接兩個(gè)質(zhì)量均為m的帶電小球a和b a球的帶電量為 2q b球的帶電量為 3q 組成一帶電系統(tǒng) 如圖所示 虛線mp為ab兩球