物理魯科版（2019）必修第三冊(cè) 第2章復(fù)習(xí)課件

第2章電勢(shì)能與電勢(shì)差

章末復(fù)習(xí)課件[學(xué)習(xí)目標(biāo)]3.理解電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)差的關(guān)系，知道平行金屬板電容器電容的決定因素，熟練應(yīng)用有關(guān)公式解題。1.熟練應(yīng)用電場(chǎng)力做功的公式，理解電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化的關(guān)系。2.理解電勢(shì)能、電勢(shì)、電勢(shì)差、等勢(shì)面、電容等物理概念的意義，知道比值定義法的作用。知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建深化理解3．電勢(shì)的高低與電場(chǎng)強(qiáng)度的大小沒有聯(lián)系。如等量異種點(diǎn)電荷連線上，從正電荷到負(fù)電荷電勢(shì)一直降低，而電場(chǎng)強(qiáng)度先減小后增大；連線的中垂線是電勢(shì)為零的等勢(shì)面，而電場(chǎng)強(qiáng)度沿中垂線向外逐漸減小。2．在勻強(qiáng)電場(chǎng)中：①同一直線上(直線與電場(chǎng)線可成任意角)，相等距離的兩點(diǎn)間電勢(shì)差相等；②相互平行的直線上任意相等距離的兩點(diǎn)間電勢(shì)差相等。

1．在應(yīng)用描述電勢(shì)、電勢(shì)能、電勢(shì)差的公式時(shí)，q、W、U、Ep、φ都直接代入正負(fù)號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，而應(yīng)用描述電場(chǎng)力、電場(chǎng)強(qiáng)度的公式運(yùn)算時(shí)可以不代入正負(fù)號(hào)。5．帶電粒子偏轉(zhuǎn)問題：離開電場(chǎng)時(shí)的偏移量

偏轉(zhuǎn)角

。4．在分析電容器的動(dòng)態(tài)變化時(shí)，要先明確電容器是與電源相接還

是與電源斷開；電容器接在電源上時(shí)，電壓不變，

；斷開電源時(shí)，電容器所帶電荷量不變，

，改變兩極板距離，

場(chǎng)強(qiáng)不變。[基礎(chǔ)練習(xí)]1.(多選)如圖所示，一質(zhì)量為m、電荷量為q的小球在電場(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，以初速度v0沿直線ON做勻變速運(yùn)動(dòng)，直線ON與水平面的夾角為30°。若小球在初始位置的電勢(shì)能為零，重力加速度為g，且mg＝Eq，則(

)A．電場(chǎng)方向豎直向上B．小球運(yùn)動(dòng)的加速度大小為gC．小球上升的最大高度為D．小球電勢(shì)能的最大值為答案BD

2.如圖，P是固定的點(diǎn)電荷，虛線是以P為圓心的兩個(gè)圓。帶電粒子Q在P的電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軌跡與兩圓在同一平面內(nèi)，a、b、c為軌跡上的三個(gè)點(diǎn)。若Q僅受P的電場(chǎng)力作用，其在a、b、c點(diǎn)的加速度大小分別為aa、ab、ac，速度大小分別為va、vb、vc。則(

)A．a(chǎn)a>ab>ac，va>vc>vbB．a(chǎn)a>ab>ac，vb>vc>vaC．a(chǎn)b>ac>aa，vb>vc>vaD．a(chǎn)b>ac>aa，va>vc>vb答案D

3.一電子在電場(chǎng)中由a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)的軌跡如圖中虛線所示。圖中一組平行實(shí)線是電場(chǎng)線，則下列說法正確的是(

)A．a(chǎn)點(diǎn)的電勢(shì)比b點(diǎn)高B．電子在a點(diǎn)的加速度方向向右C．電子從a點(diǎn)到b點(diǎn)動(dòng)能減小D．電子從a點(diǎn)到b點(diǎn)電勢(shì)能增加解析：根據(jù)電子的運(yùn)動(dòng)軌跡可知，電子受到的電場(chǎng)力向右，因此可知電場(chǎng)線的方向向左，沿電場(chǎng)線的方向，電勢(shì)降低，所以a點(diǎn)的電勢(shì)比b點(diǎn)低，所以A錯(cuò)誤。由A項(xiàng)分析可知，電子受到的電場(chǎng)力向右，所以電子在a點(diǎn)的加速度方向向右，所以B正確。從a點(diǎn)到b點(diǎn)的過程中，電場(chǎng)力做正功，所以電子從a點(diǎn)到b點(diǎn)動(dòng)能增加，所以C錯(cuò)誤。電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減小，所以電子從a點(diǎn)到b點(diǎn)電勢(shì)能減小，所以D錯(cuò)誤。答案B

重點(diǎn)題型分析一、靜電場(chǎng)中的三類常考圖像問題(一)

φ--x圖像(1)φ-x圖線上某點(diǎn)切線的斜率的絕對(duì)值表示電場(chǎng)強(qiáng)度的大小，φ-x圖線存在極值，其切線的斜率為零，則對(duì)應(yīng)位置處電場(chǎng)強(qiáng)度為零。(2)在φ-x圖像中可以直接判斷各點(diǎn)電勢(shì)的大小，并可根據(jù)電勢(shì)大小關(guān)系確定電場(chǎng)強(qiáng)度的方向。(3)在φ-x圖像中分析電荷移動(dòng)時(shí)電勢(shì)能的變化，可用WAB＝qUAB，進(jìn)而分析WAB的正負(fù)，然后作出判斷。[例1]

在坐標(biāo)－x0到x0之間有一靜電場(chǎng)，x軸上各點(diǎn)的電勢(shì)φ隨坐標(biāo)x的變化關(guān)系如圖所示，一電荷量為e的質(zhì)子從－x0處以一定初動(dòng)能僅在電場(chǎng)力作用下沿x軸正向穿過該電場(chǎng)區(qū)域。則該質(zhì)子(

)A．在－x0～0區(qū)間一直做加速運(yùn)動(dòng)B．在0～x0區(qū)間受到的電場(chǎng)力一直減小C．在－x0～0區(qū)間電勢(shì)能一直減小D．在－x0～0區(qū)間電勢(shì)能一直增加[解析]

從－x0到0，電勢(shì)逐漸升高，意味著該區(qū)域內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)方向向左，質(zhì)子受到的電場(chǎng)力向左，與運(yùn)動(dòng)方向相反，所以質(zhì)子做減速運(yùn)動(dòng)，A錯(cuò)誤；設(shè)在x～x＋Δx，電勢(shì)為φ～φ＋Δφ，根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)與電勢(shì)差的關(guān)系式E＝，當(dāng)Δx無限趨近于零時(shí)，表示x處的場(chǎng)強(qiáng)大小(即φ--x圖線的斜率)，從0到x0區(qū)間，圖線的斜率先增加后減小，所以電場(chǎng)強(qiáng)度先增大后減小，根據(jù)F＝Ee，質(zhì)子受到的電場(chǎng)力先增大后減小，B錯(cuò)誤；在－x0～0區(qū)間質(zhì)子受到的電場(chǎng)力方向向左，與運(yùn)動(dòng)方向相反，電場(chǎng)力做負(fù)功，電勢(shì)能增加，C錯(cuò)誤，D正確。[答案]

D(二)

Ep--x圖像(1)根據(jù)電勢(shì)能的變化可以判斷電場(chǎng)力做功的正負(fù)，電勢(shì)能減少，電場(chǎng)力做正功；電勢(shì)能增加，電場(chǎng)力做負(fù)功。(2)根據(jù)ΔEp＝－W＝－Fx，圖像Ep--x斜率的絕對(duì)值表示電場(chǎng)力的大小。[例2](多選)一帶負(fù)電的粒子只在電場(chǎng)力作用下沿x軸正方向運(yùn)動(dòng)，其電勢(shì)能Ep隨位移x的變化關(guān)系如圖所示，則下列說法正確的是(

)A．粒子從x1處運(yùn)動(dòng)到x2處的過程中電場(chǎng)力做正功B．x1、x2處電場(chǎng)強(qiáng)度方向沿x軸正方向C．x1處的電場(chǎng)強(qiáng)度大小大于x2處的電場(chǎng)強(qiáng)度大小D．x1處的電勢(shì)比x2處的電勢(shì)低

[解析]

由于粒子從x1運(yùn)動(dòng)到x2電勢(shì)能減小，因此電場(chǎng)力做正功，粒子所受電場(chǎng)力的方向沿x軸正方向，電場(chǎng)強(qiáng)度方向沿x軸負(fù)方向，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；由|ΔEp|＝|qEΔx|，即|qE|＝

，由于x1處的圖線斜率的絕對(duì)值小于x2處圖線斜率的絕對(duì)值，因此x1處的電場(chǎng)強(qiáng)度大小小于x2處的電場(chǎng)強(qiáng)度大小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；沿著電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低，故x1處的電勢(shì)比x2處的電勢(shì)低，選項(xiàng)D正確。[答案]

AD(三)

E--x圖像在給定了電場(chǎng)的E-x圖像后，可以由圖線確定電場(chǎng)強(qiáng)度的變化情況，E＞0表示場(chǎng)強(qiáng)沿正方向，E＜0表示場(chǎng)強(qiáng)沿負(fù)方向；E-x圖線與x軸所圍成的面積表示電勢(shì)差，如果取x＝0處為電勢(shì)零點(diǎn)，則可由圖像的面積分析各點(diǎn)電勢(shì)的高低，綜合分析粒子的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步確定粒子的電性、電場(chǎng)力做功及粒子的動(dòng)能變化、電勢(shì)能變化等情況。[例3]

(多選)某靜電場(chǎng)中x軸上電場(chǎng)強(qiáng)度E隨x變化的關(guān)系如圖所示，設(shè)x軸正方向?yàn)殡妶?chǎng)強(qiáng)度的正方向。一帶電荷量大小為q的粒子從坐標(biāo)原點(diǎn)O沿x軸正方向運(yùn)動(dòng)，結(jié)果粒子剛好能運(yùn)動(dòng)到x＝3x0處，假設(shè)粒子僅受電場(chǎng)力作用，E0和x0已知，下列說法正確的是(

)A．粒子一定帶負(fù)電B．粒子的初動(dòng)能大小為qE0x0C．粒子沿x軸正方向運(yùn)動(dòng)過程中電勢(shì)能先增大后減小D．粒子沿x軸正方向運(yùn)動(dòng)過程中最大動(dòng)能為2qE0x0

[答案]

BD對(duì)于電場(chǎng)中的各類圖像問題，無論是哪類圖像，其根本還是準(zhǔn)確視圖，分析圖像的物理意義。(1)結(jié)合物理公式規(guī)律明確圖像的斜率表示什么，斜率的正負(fù)代表什么，圖像與橫軸所夾面積是否有意義。(2)靈活應(yīng)用電場(chǎng)中的功能關(guān)系，結(jié)合分析粒子的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步可分析粒子的電性、做功情況、動(dòng)能變化、電勢(shì)能變化等問題。[方法歸納]二、“等效法”在電場(chǎng)中的應(yīng)用

處理帶電粒子在“等效力場(chǎng)”中的運(yùn)動(dòng)，要關(guān)注以下兩點(diǎn)：一是對(duì)帶電粒子進(jìn)行受力分析時(shí)，注意帶電粒子受到的電場(chǎng)力的方向與運(yùn)動(dòng)方向所成的夾角是銳角還是鈍角，從而確定電場(chǎng)力做功情況；二是注意帶電粒子的初始運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。2．物理最高點(diǎn)與幾何最高點(diǎn)。在“等效力場(chǎng)”中做圓周運(yùn)動(dòng)的小球，經(jīng)常遇到小球在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)的臨界速度問題。小球能維持圓周運(yùn)動(dòng)的條件是能過最高點(diǎn)，而這里的最高點(diǎn)不一定是幾何最高點(diǎn)，而應(yīng)是物理最高點(diǎn)。1．等效重力法：將重力與電場(chǎng)力進(jìn)行合成，如圖所示，則F合為等效重力場(chǎng)中的“重力”，g′＝為等效重力場(chǎng)中的“等效重力加速度”，F(xiàn)合的方向等效為“重力”的方向，即在等效重力場(chǎng)中的“豎直向下方向”。例1．如圖所示，一條長(zhǎng)為L(zhǎng)的細(xì)線上端固定，下端拴一個(gè)質(zhì)量為m，電荷量為q的小球，將它置于方向水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，使細(xì)線豎直拉直時(shí)將小球從A點(diǎn)由靜止釋放，當(dāng)細(xì)線離開豎直位置偏角α＝60°時(shí)，小球速度為0。(1)求小球的帶電性質(zhì)及電場(chǎng)強(qiáng)度E。(2)若小球恰好完成豎直圓周運(yùn)動(dòng)，求從A點(diǎn)釋放小球時(shí)應(yīng)有的初速度vA的大小(可含根式)。(2)將小球的重力和電場(chǎng)力的合力作為小球的等效重力G′，則G＝

mg，方向與豎直方向成30°角偏向右下方。若小球恰能做完整的圓周運(yùn)動(dòng)，在等效最高點(diǎn)：由A點(diǎn)到等效最高點(diǎn)，根據(jù)動(dòng)能定理得

聯(lián)立解得vA＝

。解析：(1)根據(jù)電場(chǎng)方向和小球受力分析可知小球帶正電。小球由A點(diǎn)釋放到速度等于零，由動(dòng)能定理有EqLsinα－mgL(1－cosα)＝0解得E＝

。

(2)設(shè)小滑塊到達(dá)P點(diǎn)時(shí)速度為v′，則從開始運(yùn)動(dòng)至到達(dá)P點(diǎn)過程中，由動(dòng)能定理得

③在P點(diǎn)時(shí)，由牛頓第二定律得

④代入數(shù)據(jù)解得FN＝0.6N ⑤由牛頓第三定律得，小滑塊對(duì)軌道的壓力大小為FN′＝FN＝0.6N。 ⑥解析：(1)設(shè)小滑塊到達(dá)Q點(diǎn)時(shí)速度為v，由牛頓第二定律得

①小滑塊從開始運(yùn)動(dòng)至到達(dá)Q點(diǎn)過程中，由動(dòng)能定理得

②聯(lián)立方程①②解得v0＝7m/s。答案：(1)7m/s

(2)0.6N

[方法歸納](1)把電場(chǎng)力和重力合成一個(gè)等效力，稱為等效重力。(2)等效重力的反向延長(zhǎng)線與圓軌跡的交點(diǎn)為帶電體在等效重力場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最高點(diǎn)。(3)類比“繩球”“桿球”模型臨界值的情況進(jìn)行分析解答。[課堂訓(xùn)練]1.(多選)兩個(gè)等量點(diǎn)電荷位于x軸上，它們的靜電場(chǎng)的電勢(shì)φ隨位置x變化規(guī)律如圖所示(只畫出了部分區(qū)域內(nèi)的電勢(shì))，x軸上有兩點(diǎn)M、N，且OM>ON，由圖可知(

)A．N點(diǎn)的電勢(shì)低于M點(diǎn)的電勢(shì)B．M、N兩點(diǎn)的電場(chǎng)方向相同且M點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小大于N點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小C．僅在電場(chǎng)力作用下，正電荷可以在x軸上M、N之間的某兩點(diǎn)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)D．負(fù)電荷沿x軸從M點(diǎn)移到N點(diǎn)的過程中電場(chǎng)力一直做正功

答案BD

2.如圖所示，三塊平行放置的帶電金屬薄板A、B、C中央各有一小孔，小孔分別位于O、M、P點(diǎn)。由O點(diǎn)靜止釋放的電子恰好能運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)?，F(xiàn)將C板向右平移到P′點(diǎn)，則由O點(diǎn)靜止釋放的電子(

)A.運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)返回B．運(yùn)動(dòng)到P和P′點(diǎn)之間返回C．運(yùn)動(dòng)到P′點(diǎn)返回D．穿過P′點(diǎn)[解析]

電子在A、B板間的電場(chǎng)中加速運(yùn)動(dòng)，在B、C板間的電場(chǎng)中減速運(yùn)動(dòng)，設(shè)A、B板間的電壓為