人教版選修31 第1章 習(xí)題課 電場(chǎng)能的性質(zhì) 課件（35張）.pptx

第一章靜電場(chǎng) 習(xí)題課 電場(chǎng)能的性質(zhì) 學(xué)習(xí)目標(biāo)1 理解電勢(shì)能 電勢(shì)差 電勢(shì) 等勢(shì)面的概念 2 能求解電場(chǎng)力做的功和電場(chǎng)中的電勢(shì) 3 掌握勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系 內(nèi)容索引 題型探究 達(dá)標(biāo)檢測(cè) 1 題型探究 一 電場(chǎng)線 等勢(shì)面和運(yùn)動(dòng)軌跡的綜合例1如圖1所示 虛線a b c代表電場(chǎng)中的三條電場(chǎng)線 實(shí)線為一帶負(fù)電的粒子僅在電場(chǎng)力作用下通過該區(qū)域時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡 p r q是這條軌跡上的三點(diǎn) 由此可知 圖1 a 帶電粒子在r點(diǎn)時(shí)的速度大小大于在q點(diǎn)時(shí)的速度大小b 帶電粒子在p點(diǎn)時(shí)的電勢(shì)能比在q點(diǎn)時(shí)的電勢(shì)能大c 帶電粒子在r點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能與電勢(shì)能之和比在q點(diǎn)時(shí)的小 比在p點(diǎn)時(shí)的大d 帶電粒子在r點(diǎn)時(shí)的加速度大小小于在q點(diǎn)時(shí)的加速度大小 答案 解析 根據(jù)牛頓第二定律可得qe ma 又根據(jù)電場(chǎng)線的疏密程度可以得出q r兩點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小關(guān)系為er eq 則帶電粒子在r q兩點(diǎn)處的加速度的大小關(guān)系為ar aq 故d項(xiàng)錯(cuò)誤 由于帶電粒子在運(yùn)動(dòng)過程中只受電場(chǎng)力作用 只有動(dòng)能與電勢(shì)能之間的相互轉(zhuǎn)化 則帶電粒子的動(dòng)能與電勢(shì)能之和不變 故c項(xiàng)錯(cuò)誤 根據(jù)物體做曲線運(yùn)動(dòng)的軌跡與速度 合外力的關(guān)系可知 帶電粒子在r處所受電場(chǎng)力的方向?yàn)檠仉妶?chǎng)線向右 假設(shè)粒子從q向p運(yùn)動(dòng) 則電場(chǎng)力做正功 所以電勢(shì)能減小 動(dòng)能增大 速度增大 假設(shè)粒子從p向q運(yùn)動(dòng) 則電場(chǎng)力做負(fù)功 所以電勢(shì)能增大 動(dòng)能減小 速度減小 所以a項(xiàng)正確 b項(xiàng)錯(cuò)誤 1 速度方向沿運(yùn)動(dòng)軌跡的切線方向 所受電場(chǎng)力的方向沿電場(chǎng)線的切線方向或反方向 所受合外力的方向指向曲線凹側(cè) 2 電勢(shì)能大小的判斷方法 1 電場(chǎng)力做功 電場(chǎng)力做正功 電勢(shì)能減小 電場(chǎng)力做負(fù)功 電勢(shì)能增加 2 利用公式法 由ep q 知正電荷在電勢(shì)高處電勢(shì)能大 負(fù)電荷在電勢(shì)低處電勢(shì)能大 針對(duì)訓(xùn)練1如圖2所示 o是一固定的點(diǎn)電荷 虛線是該點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)中的三條等勢(shì)線 正點(diǎn)電荷q僅在電場(chǎng)力的作用下沿實(shí)線所示的軌跡從a處運(yùn)動(dòng)到b處 然后又運(yùn)動(dòng)到c處 由此可知a o為負(fù)電荷b 在整個(gè)過程中q的電勢(shì)能先變小后變大c 在整個(gè)過程中q的速度先變大后變小d 在整個(gè)過程中 電場(chǎng)力做功為零 圖2 答案 解析 由運(yùn)動(dòng)軌跡分析可知q受到庫(kù)侖斥力的作用 o點(diǎn)的電荷應(yīng)為正電荷 a錯(cuò) 從a到b的過程q受到逐漸變大的庫(kù)侖斥力 速度逐漸減小 加速度增大 電勢(shì)能逐漸增大 而從b到c的過程q受到逐漸變小的庫(kù)侖斥力 速度逐漸增大 加速度減小 電勢(shì)能逐漸減小 b c錯(cuò) 由于a c兩點(diǎn)在同一等勢(shì)面上 整個(gè)過程中 電場(chǎng)力不做功 d對(duì) 二 電勢(shì) 電勢(shì)能 電場(chǎng)力做功的綜合分析例2如圖3所示 光滑絕緣細(xì)桿豎直放置 它與以正電荷q為圓心的某圓交于b c兩點(diǎn) 質(zhì)量為m 帶電荷量為 q的有孔小球從桿上a點(diǎn)無初速度下滑 已知q q ab h 小球滑到b點(diǎn)時(shí)的速度大小為求小球由a到c的過程中靜電力做的功及a c兩點(diǎn)間的電勢(shì)差 圖3 答案 解析 因?yàn)閝是正點(diǎn)電荷 所以以q為圓心的圓面是一個(gè)等勢(shì)面 這是一個(gè)重要的隱含條件 由a到b過程中靜電力是變力 所以不能直接用w fx來解 只能考慮應(yīng)用功能關(guān)系求解 因?yàn)闂U是光滑的 所以小球從a到b過程中只有兩個(gè)力做功 靜電力做功w和重力做功mgh 由動(dòng)能定理得 計(jì)算電場(chǎng)力做功的方法 常見的有以下幾種 1 利用電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能的關(guān)系求解 wab epa epb 2 利用w fd求解 此公式只適用于勻強(qiáng)電場(chǎng) 3 利用公式wab quab求解 4 利用動(dòng)能定理求解 例3為使帶負(fù)電的點(diǎn)電荷q在一勻強(qiáng)電場(chǎng)中沿直線勻速地由a運(yùn)動(dòng)到b 必須對(duì)電荷施加一恒力f 如圖4所示 若ab 0 4m 37 q 3 10 7c f 1 5 10 4n a點(diǎn)電勢(shì) a 100v 已知sin37 0 6 cos37 0 8 不計(jì)重力 1 在圖中用實(shí)線畫出電場(chǎng)線 用虛線畫出通過a b兩點(diǎn)的等勢(shì)線 并標(biāo)明它們的電勢(shì)值 圖4 答案 解析 見解析 由平衡條件可知靜電力方向與f方向相反 大小相等 又知電荷帶負(fù)電 故電場(chǎng)強(qiáng)度方向與靜電力方向相反 所以電場(chǎng)方向與f方向相同 如圖所示 2 q在由a到b的過程中電勢(shì)能的變化量是多少 電勢(shì)能增加4 8 10 5j 負(fù)電荷在由a到b的過程中 電勢(shì)能增加 增量為 ep qed quba 3 10 7 160 j 4 8 10 5j 答案 解析 靜電場(chǎng)中常用的五種功能關(guān)系 三 e x x圖象的分析例4 多選 某靜電場(chǎng)沿x方向的電勢(shì)分布如圖5所示 則 圖5 a 在o x1之間不存在沿x方向的電場(chǎng)b 在o x1之間存在著沿x方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)c 在x1 x2之間存在著沿x方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)d 在x1 x2之間存在著沿x方向的非勻強(qiáng)電場(chǎng) 答案 解析 x方向上的場(chǎng)強(qiáng)ex 所以o x1沿x方向場(chǎng)強(qiáng)為0 a對(duì) b錯(cuò) x1 x2之間電勢(shì)均勻減小 斜率不變 即ex不變 x1 x2之間存在沿x方向的勻強(qiáng)電場(chǎng) c對(duì) d錯(cuò) 所以在 x圖象中 斜率k表示在 針對(duì)訓(xùn)練2 多選 靜電場(chǎng)在x軸上的場(chǎng)強(qiáng)e隨x的變化關(guān)系如圖6所示 x軸正向?yàn)閳?chǎng)強(qiáng)正方向 帶正電的點(diǎn)電荷沿x軸運(yùn)動(dòng) 則點(diǎn)電荷a x2和x4處電勢(shì)能相等b 由x1運(yùn)動(dòng)到x3的過程中電勢(shì)能增大c 由x1運(yùn)動(dòng)到x4的過程中電場(chǎng)力先增大后減小d 由x1運(yùn)動(dòng)至x4的過程中電場(chǎng)力先減小后增大 圖6 答案 解析 由題圖可知 x1到x4場(chǎng)強(qiáng)先變大 再變小 則點(diǎn)電荷受到的電場(chǎng)力先增大后減小 c正確 d錯(cuò)誤 由x1到x3及由x2到x4過程中 電場(chǎng)力做負(fù)功 電勢(shì)能增大 知a錯(cuò)誤 b正確 1 x圖象反映電勢(shì) 隨x的變化規(guī)律 其斜率大小表示場(chǎng)強(qiáng)大小 斜率正負(fù)表示場(chǎng)強(qiáng)方向 斜率為正 表示場(chǎng)強(qiáng)沿x軸負(fù)方向 斜率為負(fù) 表示場(chǎng)強(qiáng)沿x軸正方向 2 e x圖象反映場(chǎng)強(qiáng)e隨x的變化規(guī)律 其正負(fù)表示場(chǎng)強(qiáng)的方向 四 用等分法確定等勢(shì)線和電場(chǎng)線1 在勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系式為u ed 其中d為兩點(diǎn)沿電場(chǎng)線方向的距離 由公式u ed可以得到下面兩個(gè)結(jié)論 結(jié)論1 勻強(qiáng)電場(chǎng)中的任一線段ab的中點(diǎn)c的電勢(shì) c 如圖7甲所示 甲乙圖7 結(jié)論2 勻強(qiáng)電場(chǎng)中若兩線段ab cd 且ab cd 則uab ucd 或 a b c d 如圖乙所示 2 確定電場(chǎng)方向的方法先由等分法確定電勢(shì)相等的點(diǎn) 畫出等勢(shì)線 然后根據(jù)電場(chǎng)線與等勢(shì)面垂直畫出電場(chǎng)線 且電場(chǎng)線的方向由電勢(shì)高的等勢(shì)面指向電勢(shì)低的等勢(shì)面 例5如圖8所示 a b c表示勻強(qiáng)電場(chǎng)中的三點(diǎn) 它們的電勢(shì)分別為 a 5v b 9v c 2v 試在圖中畫出過a b c點(diǎn)的三條等勢(shì)線 并畫出一條過c點(diǎn)的電場(chǎng)線 圖8 見解析 答案 解析 由題中給定三點(diǎn)的電勢(shì)可知 uba 14v ubc 7v 由于是勻強(qiáng)電場(chǎng) 故ab連線的中點(diǎn)d與c點(diǎn)是等勢(shì)點(diǎn) 而勻強(qiáng)電場(chǎng)中等勢(shì)面為一平面 故dc連線為等勢(shì)線 再過a b點(diǎn)分別作平行于cd的直線即為所求的過a b c點(diǎn)的三條等勢(shì)線 如圖所示 過c作垂直于cd的直線即為過c點(diǎn)的電場(chǎng)線 且電場(chǎng)方向水平向左 達(dá)標(biāo)檢測(cè) 2 1 多選 某同學(xué)在研究電子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí) 得到了電子由a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)的軌跡 如圖9中實(shí)線所示 圖中未標(biāo)明方向的一組虛線可能是電場(chǎng)線 也可能是等勢(shì)面 則下列說法正確的是a 如果圖中虛線是電場(chǎng)線 電子由a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn) 動(dòng)能減小 電勢(shì)能增大b 如果圖中虛線是等勢(shì)面 電子由a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn) 動(dòng)能增大 電勢(shì)能減小c 不論圖中虛線是電場(chǎng)線還是等勢(shì)面 a點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度都大于b點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度d 不論圖中虛線是電場(chǎng)線還是等勢(shì)面 a點(diǎn)的電勢(shì)都高于b點(diǎn)的電勢(shì) 1 2 3 答案 解析 圖9 4 1 2 3 4 電子做曲線運(yùn)動(dòng) 它受到的靜電力方向指向軌跡的凹側(cè) 如果虛線是電場(chǎng)線 電子受到靜電力的方向沿電場(chǎng)線向左 由a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn) 靜電力做負(fù)功 動(dòng)能減小 電勢(shì)能增大 a正確 若虛線是等勢(shì)面 電場(chǎng)線與等勢(shì)面垂直 即電子受到的靜電力方向也與等勢(shì)面垂直 方向指向斜下方 電子由a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn) 靜電力做正功 動(dòng)能增大 電勢(shì)能減小 電勢(shì)升高 b正確 d錯(cuò)誤 因?yàn)榈葎?shì)面密集處電場(chǎng)線也密集 題圖中虛線無論是電場(chǎng)線還是等勢(shì)面 a處都較密集 所以a點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大于b點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度 c正確 2 多選 空間某一靜電場(chǎng)的電勢(shì) 在x軸上的分布如圖10所示 x軸上兩點(diǎn)b c的電場(chǎng)強(qiáng)度在x軸方向上的分量分別是ebx ecx 下列說法中正確的有a ebx的大小大于ecx的大小b ebx的方向沿x軸正方向c 電荷在o點(diǎn)受到的電場(chǎng)力在x軸方向上的分量最大d 負(fù)電荷沿x軸從b移到c的過程中 電場(chǎng)力先做正功后做負(fù)功 圖10 答案 解析 1 2 3 4 在b點(diǎn)和c點(diǎn)附近分別取很小的一段距離d 由題圖可知 b點(diǎn)段對(duì)應(yīng)的電勢(shì)差大于c點(diǎn)段對(duì)應(yīng)的電勢(shì)差 若將這兩段的電場(chǎng)看做勻強(qiáng)電場(chǎng) 則有e 可見ebx ecx 選項(xiàng)a正確 同理可知o點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)在x軸方向上的分量最小 電荷在該點(diǎn)受到的電場(chǎng)力在x軸方向上的分量最小 選項(xiàng)c錯(cuò)誤 沿電場(chǎng)方向電勢(shì)降低 在o點(diǎn)左側(cè) ex的方向沿x軸負(fù)方向 在o點(diǎn)右側(cè) ex的方向沿x軸正方向 所以選項(xiàng)b錯(cuò)誤 d正確 1 2 3 4 3 如圖11所示 a b c d是勻強(qiáng)電場(chǎng)中的四個(gè)點(diǎn) d是bc的中點(diǎn) a b c構(gòu)成一個(gè)直角三角形 ab長(zhǎng)為1m 電場(chǎng)線與三角形所在的平面平行 已知 a 5v b 5v c 15v 由此可以判斷a 場(chǎng)強(qiáng)的方向由c指向bb 場(chǎng)強(qiáng)的方向垂直ad連線斜向上c 場(chǎng)強(qiáng)的大小為10v md 場(chǎng)強(qiáng)的大小為 答案 解析 圖11 1 2 3 4 由于 b 5v c 15v 則bc中點(diǎn)d的電勢(shì)為 d 5v 即a點(diǎn)和d點(diǎn)電勢(shì)相等 則電場(chǎng)方向垂直ad連線斜向下 a b選項(xiàng)均不正確 場(chǎng)強(qiáng)大小為故d選項(xiàng)正確 1 2 3 4 4 如圖12所示 q為固定的正點(diǎn)電荷 a b兩點(diǎn)在q的正上方和q相距分別為h和0 25h 將另一點(diǎn)電荷從a