2021屆高考物理：電場能的性質(zhì)含答案.doc

教學(xué)資料范本2021屆高考物理：電場能的性質(zhì)含答案編 輯：_時(shí) 間：_一、電勢能和電勢1電勢能(1)電場力做功的特點(diǎn)：電場力做功與路徑無關(guān)、只與初、末位置有關(guān)。(2)電勢能定義：電荷在電場中具有的勢能、數(shù)值上等于將電荷從該點(diǎn)移到零勢能位置時(shí)電場力所做的功。電場力做功與電勢能變化的關(guān)系：電場力做的功等于電勢能的減少量、即WABEpAEpBEp。2電勢(1)定義：試探電荷在電場中某點(diǎn)具有的電勢能與它的電荷量的比值。(2)定義式：。(3)矢標(biāo)性：電勢是標(biāo)量、有正、負(fù)之分、其正(負(fù))表示該點(diǎn)電勢比零電勢高(低)。(4)相對(duì)性：電勢具有相對(duì)性、同一點(diǎn)的電勢因選取零電勢點(diǎn)的不同而不同。3等勢面(1)定義：電場中電勢相等的各點(diǎn)組成的面。(2)四個(gè)特點(diǎn)等勢面一定與電場線垂直。在同一等勢面上移動(dòng)電荷時(shí)電場力不做功。電場線方向總是從電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面。等差等勢面越密的地方電場強(qiáng)度越大、反之越小。二、電勢差1定義：電荷在電場中由一點(diǎn)A移到另一點(diǎn)B時(shí)、電場力做功與移動(dòng)電荷的電荷量的比值。2定義式：UAB。3電勢差與電勢的關(guān)系：UABAB、UABUBA。三、勻強(qiáng)電場中電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系1電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系：勻強(qiáng)電場中兩點(diǎn)間的電勢差等于電場強(qiáng)度與這兩點(diǎn)沿電場線方向的距離的乘積。即UEd、也可以寫作E。2公式UEd的適用范圍：勻強(qiáng)電場。1思考辨析(正確的畫“”、錯(cuò)誤的畫“”)(1)電場中電場強(qiáng)度為零的地方電勢一定為零。()(2)沿電場線方向電場強(qiáng)度越來越小、電勢逐漸降低。()(3)A、B兩點(diǎn)間的電勢差等于將正電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)時(shí)靜電力所做的功。()(4)A、B兩點(diǎn)的電勢差是恒定的、所以UABUBA。()(5)等差等勢線越密的地方、電場線越密、電場強(qiáng)度越大。()(6)電場中電勢降低的方向、就是電場強(qiáng)度的方向。()2(人教版選修31P22T3改編)(多選)某電場的電場線和等勢面如圖所示、下列說法正確的是()AB點(diǎn)的電勢高于A點(diǎn)的電勢B把負(fù)電荷從A移到B、靜電力做正功、電勢能減少C負(fù)電荷從B移到A時(shí)、靜電力做負(fù)功DUABUBA答案ABC3(人教版選修31P23思考討論改編)如圖所示、在E500 V/m的勻強(qiáng)電場中、a、b兩點(diǎn)相距d2 cm、它們的連線跟電場強(qiáng)度方向的夾角是60、則Uab等于()A5 VB10 VC5 VD10 V答案C4(人教版選修31P20T7改編)電場中某三條等勢線如圖中實(shí)線a、b、c所示。一電子僅在電場力作用下沿直線從P運(yùn)動(dòng)到Q、已知電勢abc、這一過程電子運(yùn)動(dòng)的vt圖象可能是下圖中的() ABCDA結(jié)合abc、由題圖等勢線的特點(diǎn)可確定此電場為非勻強(qiáng)電場、且Q點(diǎn)處電場強(qiáng)度小于P點(diǎn)處電場強(qiáng)度、電子僅在電場力作用下沿直線從P運(yùn)動(dòng)到Q、做加速度越來越小的加速運(yùn)動(dòng)、選項(xiàng)A正確。 電勢高低和電勢能大小的判斷依題組訓(xùn)練1電勢高低常用的兩種判斷方法(1)沿電場線方向電勢逐漸降低。(2)若UAB0、則AB；若UAB0、則A10 VCCUCB、所以ACCB、可得C、即CCD將負(fù)試探電荷從C點(diǎn)搬運(yùn)到B點(diǎn)、電場力做負(fù)功AC因AC、則點(diǎn)電荷Q在A、C連線的垂直平分線上；又BD、則點(diǎn)電荷Q又在B、D連線的垂直平分線上；如圖、則點(diǎn)電荷Q在A、B的連線上、則選項(xiàng)A正確、B錯(cuò)誤；D點(diǎn)距離正點(diǎn)電荷的距離較C點(diǎn)近、可知DC、選項(xiàng)C正確；將負(fù)試探電荷從C點(diǎn)搬運(yùn)到B點(diǎn)、電場力做正功、選項(xiàng)D錯(cuò)誤。利用E定量計(jì)算3.如圖所示、勻強(qiáng)電場方向平行于xOy平面、在xOy平面內(nèi)有一個(gè)半徑為R5 m的圓、圓上有一個(gè)電荷量為q1108 C的試探電荷P、半徑OP與x軸正方向的夾角為、P沿圓周移動(dòng)時(shí)、其電勢能Ep2.5105sin (J)、則()Ax軸位于零勢能面上B電場強(qiáng)度大小為500 V/m、方向沿y軸正方向Cy軸位于零勢能面上D電場強(qiáng)度大小為500 V/m、方向沿x軸正方向A由Ep2.5105sin (J)知、x軸上的勢能為零、是零勢能面、電勢沿y軸變化最快、電場線沿y軸方向、A正確、C錯(cuò)誤；當(dāng)90時(shí)、Ep2.5105 JEqR、解得E500 V/m、又電勢能大于零、故電場強(qiáng)度的方向沿y軸負(fù)方向、B、D錯(cuò)誤。4.如圖所示、在平面直角坐標(biāo)系中、有方向平行于坐標(biāo)平面的勻強(qiáng)電場、其中坐標(biāo)原點(diǎn)O處的電勢為0、點(diǎn)A處的電勢為6 V、點(diǎn)B處的電勢為3 V、則電場強(qiáng)度的大小為()A200 V/mB200 V/mC100 V/mD100 V/mA勻強(qiáng)電場的電場線與等勢面都是平行、等間距排列的、且電場線與等勢面處處垂直、沿著電場線方向電勢逐漸降低、取OA中點(diǎn)C、則C點(diǎn)電勢為3 V、連接BC即為電場中的一條等勢線、作等勢線的垂線、即電場中的電場線、如圖所示、由幾何關(guān)系可得、E200 V/m。故A正確。 電場線、等勢面及運(yùn)動(dòng)軌跡問題依題組訓(xùn)練1(20xx天津高考)如圖所示、實(shí)線表示某電場的電場線(方向未標(biāo)出)、虛線是一帶負(fù)電的粒子只在電場力作用下的運(yùn)動(dòng)軌跡、設(shè)M點(diǎn)和N點(diǎn)的電勢分別為M、N、粒子在M點(diǎn)和N點(diǎn)時(shí)加速度大小分別為aM、aN、速度大小分別為vM、vN、電勢能分別為EpM、EpN。下列判斷正確的是()AvMvN、aMaNBvMvN、MNCMN、EpMEpNDaMaN、EpMEpND電場線越密、電場強(qiáng)度越大、同一個(gè)粒子受到的電場力越大、根據(jù)牛頓第二定律可知其加速度越大、故有aMvN、EpMN。甲乙若粒子從N運(yùn)動(dòng)到M、則根據(jù)帶電粒子所受電場力指向軌跡彎曲的內(nèi)側(cè)、可知在某點(diǎn)的電場力方向和速度方向如圖乙所示、故電場力做正功、電勢能減小、動(dòng)能增大、即vMvN、EpMN。綜上所述、D正確。2.如圖所示、a、b、c代表某固定點(diǎn)電荷電場中的三個(gè)等勢面、相鄰兩等勢面間的距離相等、直線是電場中的幾條沒標(biāo)明方向的電場線、實(shí)曲線是一帶正電粒子只在電場力作用下運(yùn)動(dòng)軌跡的一部分、M、N是軌跡上的兩點(diǎn)。粒子過M、N兩點(diǎn)時(shí)的加速度大小分別是aM、aN、電勢能分別是EpM、EpN、a、b、c的電勢分別是a、b、c、a、b間的電勢差為Uab、b、c間的電勢差為Ubc、則下列判斷正確的是()AaMaN、EpMEpNBabc、EpMaN、UabUbcDUabUbc、EpMEpNB根據(jù)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡可知電場力指向運(yùn)動(dòng)軌跡的內(nèi)側(cè)、即斜向左上方、由于粒子帶正電、所以帶正電粒子受到點(diǎn)電荷的吸引力、所以固定點(diǎn)電荷一定帶負(fù)電、電場線的方向指向圓心、故abaN；由于a、b之間的電場強(qiáng)度大于b、c之間的電場強(qiáng)度、而相鄰兩等勢面間的距離相等、根據(jù)UEd可得|Uab|Ubc|；設(shè)粒子從M點(diǎn)向N點(diǎn)運(yùn)動(dòng)、電場力做負(fù)功、電勢能增加、所以EpMEpB、選項(xiàng)B正確。電場中“三線”問題的分析方法(1)從軌跡的彎曲方向判斷受力方向(軌跡向合外力方向彎曲)、從而分析電場方向或電荷的正負(fù)。(2)結(jié)合軌跡、速度方向與靜電力的方向、確定靜電力做功的正負(fù)、從而確定電勢能、電勢和電勢差的變化等。(3)根據(jù)動(dòng)能定理或能量守恒定律判斷動(dòng)能的變化情況。 電場中的四類圖象問題講典例示法Ex圖象1Ex圖象反映了電場強(qiáng)度隨位移變化的規(guī)律。2Ex圖線與x軸圍成的“面積”表示電勢差、“面積”大小表示電勢差大小、兩點(diǎn)的電勢高低根據(jù)電場方向判定。典例示法(多選)靜電場在x軸上的場強(qiáng)E隨x的變化關(guān)系如圖所示、x軸正向?yàn)閳鰪?qiáng)正方向、帶正電的點(diǎn)電荷沿x軸正方向運(yùn)動(dòng)、則點(diǎn)電荷()A在x2和x4處電勢能相等B由x1運(yùn)動(dòng)到x3的過程中電勢能增大C由x1運(yùn)動(dòng)到x4的過程中電場力先增大后減小D由x1運(yùn)動(dòng)到x4的過程中電場力先減小后增大BC由題圖可知、x1到x4場強(qiáng)先變大、再變小、則點(diǎn)電荷受到的電場力先增大后減小、C正確、D錯(cuò)誤；由x1到x3及由x2到x4過程中、電場力做負(fù)功、電勢能增大、A錯(cuò)誤、B正確。跟進(jìn)訓(xùn)練1在x軸上有兩個(gè)點(diǎn)電荷q1和q2、其中有一個(gè)點(diǎn)電荷位于x0處、x軸上的電勢隨x變化的關(guān)系如圖所示、則()Axx1處電場強(qiáng)度為0Bxx2處電場強(qiáng)度不為0Cq1、q2為不等量異種點(diǎn)電荷、且正電荷在x0處、負(fù)電荷在x0的某處C由題圖圖象的斜率表示電場強(qiáng)度可知、xx1處電場強(qiáng)度不為0、xx2處電場強(qiáng)度為0、選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；在兩點(diǎn)電荷連線上出現(xiàn)電場強(qiáng)度為零的點(diǎn)有兩種情況、一是同種電荷之間某點(diǎn)、該點(diǎn)兩側(cè)電勢變化形狀基本相同、二是異種電荷連線之外；x0處向右電勢逐漸降低、說明電場強(qiáng)度方向向右、x0處為正電荷、負(fù)電荷應(yīng)該在x23C粒子在0x2段做勻變速運(yùn)動(dòng)、x2x3段做勻速直線運(yùn)動(dòng)Dx2x3段是勻強(qiáng)電場ABD本題考查對(duì)電勢能Ep隨坐標(biāo)x的變化曲線的理解及粒子運(yùn)動(dòng)情況的分析。根據(jù)電勢能與電勢的關(guān)系Epq和場強(qiáng)大小與電勢的關(guān)系E、得場強(qiáng)大小與電勢能的關(guān)系E、在x1處Epx圖線切線斜率為零、則x1處電場強(qiáng)度為零、故A正確。粒子帶負(fù)電、q23、故B正確。由題圖看出在0x1段圖象切線的斜率不斷減小、可知場強(qiáng)減小、粒子所受的電場力減小、加速度減小、做非勻變速運(yùn)動(dòng)；x1x2段圖象切線的斜率不斷增大、場強(qiáng)增大、粒子所受的電場力增大、做非勻變速運(yùn)動(dòng)；x2x3段斜率不變、場強(qiáng)不變、即電場強(qiáng)度大小和方向均不變、是勻強(qiáng)電場、粒子所受的電場力不變、做勻變速直線運(yùn)動(dòng)、故C錯(cuò)誤、D正確。跟進(jìn)訓(xùn)練3(多選)(20xx山西孝義摸底)a、b、c是靜電場中一直線上的三個(gè)點(diǎn)、從a點(diǎn)釋放一個(gè)初速度為零的電子、電子僅在電場力的作用下、由a點(diǎn)經(jīng)b點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到c點(diǎn)、其電勢能隨該電子位置的變化關(guān)系如圖所示、則()A該電場可能是孤立的點(diǎn)電荷產(chǎn)生的B電子在a點(diǎn)加速度的值大于在b點(diǎn)加速度的值C電場中a點(diǎn)的電勢大于b點(diǎn)的電勢D電子從a點(diǎn)到c點(diǎn)的過程中動(dòng)能先增大后減小BD若該電場為孤立點(diǎn)電荷產(chǎn)生、則電子的電勢能應(yīng)當(dāng)單調(diào)變化、選項(xiàng)A錯(cuò)誤；圖線在a點(diǎn)的斜率的絕對(duì)值大于b點(diǎn)、故電子在a點(diǎn)受到的電場力和加速度也大于b點(diǎn)、選項(xiàng)B正確；由圖可知、EpaEpcEpb、電子帶負(fù)電、根據(jù)電勢與電勢能關(guān)系及能量守恒定律、則有acb、EkaEkcEkb、選項(xiàng)C錯(cuò)誤、D正確。vt圖象1由vt圖象的斜率變化分析帶電粒子的加速度a的大小變化。2根據(jù)牛頓第二定律a、判斷場強(qiáng)E的大小變化。3根據(jù)vt圖象分析帶電粒子做加速運(yùn)動(dòng)還是減速運(yùn)動(dòng)、進(jìn)而分析場強(qiáng)的方向。4進(jìn)而由場強(qiáng)的大小和方向分析電場的其他性質(zhì)、如電場線、等勢面、電勢、電勢能的變化等。典例示法一帶負(fù)電粒子在電場中僅受靜電力作用沿x軸正方向做直線運(yùn)動(dòng)的vt圖象如圖所示、起始點(diǎn)O為坐標(biāo)原點(diǎn)、下列關(guān)于電勢、粒子的動(dòng)能Ek、電場強(qiáng)度E、粒子加速度a與位移x的關(guān)系圖象中可能合理的是() ABCDC由vt圖象可知速度減小、且加速度逐漸減小、電場力做負(fù)功、動(dòng)能逐漸減小、而電場強(qiáng)度E、所以沿x方向場強(qiáng)逐漸減小、則電勢不是均勻減小、所以A、B、D錯(cuò)誤、C可能合理。跟進(jìn)訓(xùn)練4(多選)(20xx黑龍江慶安三中月考)如圖甲所示、Q1、Q2為兩個(gè)被固定的點(diǎn)電荷、a、b是它們連線的延長線上的兩點(diǎn)?，F(xiàn)有一帶正電的粒子只在電場力作用下以一定的初速度從a點(diǎn)開始經(jīng)b點(diǎn)向遠(yuǎn)處運(yùn)動(dòng)、粒子經(jīng)過a、b兩點(diǎn)時(shí)的速度分別為va、vb、其速度時(shí)間圖象如圖乙所示、下列說法正確的是()甲乙A粒子由a點(diǎn)到b點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過程中加速度逐漸增大Bb點(diǎn)的電場強(qiáng)度一定為零CQ1的電荷量一定小于Q2的電荷量D粒子由