高考物理一輪復習考點精講精練第17講　電場能的性質(zhì)（原卷版）

第17講電場能的性質(zhì)1.掌握電勢、電勢能、電勢差的概念.2.理解電場力做功的特點，掌握電場力做功與電勢能變化的關系.3.會分析電場中電勢的變化，并能利用功能關系分析電荷電勢能的變化．考點一辨析電場強度、電勢、電勢差、電勢能1．電勢高低的判斷方法(1)沿電場線方向，電勢越來越低．(2)判斷出UAB的正負，再由UAB＝φA－φB，比較φA、φB的大小，若UAB>0，則φA>φB，若UAB<0，則φA<φB.2．電勢能大小的比較方法做功判斷法電場力做正功，電荷(無論是正電荷還是負電荷)從電勢能較大的地方移向電勢能較小的地方，反之，如果電荷克服電場力做功，那么電荷將從電勢能較小的地方移向電勢能較大的地方．（2024?天津模擬）在O點處固定一個正點電荷，P點在O點右上方．從P點由靜止釋放一個帶負電的小球，小球僅在重力和該點電荷電場力作用下在豎直面內(nèi)運動，某一段軌跡如圖所示。M、N是軌跡上的兩點，OP＞OM，OM＝ON，則小球（）A．在運動過程中，電勢能先增加后減少 B．在P點的電勢能小于在N點的電勢能 C．在M點的動能小于在N點的動能 D．從M點運動到N點的過程中，電場力始終不做功（2024?房山區(qū)一模）電子束焊接機的核心部件內(nèi)存在如圖所示的高壓電場，K極為陰極，電子在靜電力作用下由A點沿直線運動到B點。下列說法正確的是（）A．高壓電場中A、B兩點電勢相等 B．高壓電場中A點電場強度大于B點電場強度 C．電子的電勢能逐漸減小 D．電子的加速度逐漸減?。ǘ噙x）（2024?江門一模）如圖所示，O、A、B為一粗糙絕緣水平面上的三點，不計空氣阻力，一電荷量為+Q的點電荷固定在O點，現(xiàn)有一質(zhì)量為m、電荷量為+q的小金屬塊（可視為質(zhì)點），從A點以速度v0向右運動，最后停止在B點，已知小金屬塊與水平面間的動摩擦因數(shù)為μ，A、B間距離為L，靜電力常量為k，重力加速度為g，則下列說法正確的是（）A．該過程中小金屬塊的電勢能增大 B．A、B兩點間的電勢差為m(vC．若在A處庫侖力大于摩擦力，則小金屬塊速度最大時距O點的距離為kQqμmgD．若在A處庫侖力小于摩擦力，則小金屬塊由A向B運動過程的平均速度大于v（2024?南開區(qū)一模）如圖所示，虛線a、b、c是電場中的三個等勢面，實線為一個帶正電粒子僅在電場力作用下的運動軌跡，P、Q是軌跡上的兩點。下列說法正確的是（）A．三個等勢面中，等勢面a的電勢最高 B．粒子在Q點時的電勢能比在P點時大 C．粒子在Q點時的動能比在P點時大 D．粒子在Q點時的加速度比在P點時大（2024?西城區(qū)一模）如圖所示，點電荷Q周圍的三個等勢面是同心圓，等勢面上的點A、B、C在同一條電場線上，且AB＝BC?，F(xiàn)將一電荷量為+q的試探電荷從A點由靜止釋放，試探電荷只受靜電力作用，則（）A．該電荷沿著電場線做勻加速直線運動 B．該電荷在AB段動能的增量小于BC段動能的增量 C．該電荷在AB段電勢能的減少量大于BC段電勢能的減少量 D．該電荷在AB段運動的時間小于BC段運動的時間（2024?開福區(qū)校級模擬）電子透鏡兩極間的電場線分布如圖，中間的一條電場線為直線，其他電場線對稱分布，a、b、c、d為電場中的四個點，其中b、d點和b、c點分別關于x、y軸對稱。一離子僅在電場力作用下從a運動到b，軌跡如圖中虛線所示，下列說法正確的是（）A．該離子帶正電 B．離子在a、b兩點的電勢能滿足Epa＜Epb C．b、d直線是等勢面 D．b、c兩點的場強相同考點二電場線、等勢面及運動軌跡問題1．幾種常見的典型電場的等勢面比較電場等勢面(實線)圖樣重要描述勻強電場垂直于電場線的一簇平面點電荷的電場以點電荷為球心的一簇球面等量異種點電荷的電場在連線的中垂線上，電勢為零等量同種正點電荷的電場在連線上，中點電勢最低，而在連線的中垂線上，中點電勢最高2.在電場中帶電粒子運動軌跡問題的分析方法(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；(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，從而確定電勢能、電勢和電勢差的變化等；(3)根據(jù)動能定理或能量守恒定律判斷動能的變化情況．（2024?新鄭市校級一模）2023年3月，中國科學家通過冷凍電鏡技術解析了晶態(tài)冰中蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)，電子顯微鏡是冷凍電鏡中的關鍵部分，其中一種電子透鏡的電場分布如圖所示，虛線為等勢面，相鄰等勢面間電勢差相等，一電子僅在電場力作用下的運動軌跡如圖中實線所示，a、b是軌跡上的兩點，下列說法正確的是（）A．電子在b點受到的電場力方向豎直向下 B．a(chǎn)點的電場強度小于b點的電場強度 C．a(chǎn)點的電勢高于b點的電勢 D．電子在a點的電勢能小于在b點的電勢能（多選）（2024?郫都區(qū)校級二模）如圖所示，真空中的a、d兩點固定兩個點電荷Q1、Q2，其中Q1帶正電，b、c是ad連線的三等分點，c、e位于以d為圓心的圓周上，e點的場強為零，若取無窮遠處電勢為零。則以下說法正確的是（）A．同一試探電荷在b點受到的靜電力大于c點受到的靜電力 B．e點的電勢φe＜0 C．電勢差Ubc＝Ube D．Q1的電荷量大于Q2的電荷量（多選）（2024?咸陽二模）如圖甲所示，圓形區(qū)域ABCD處在平行于紙面的勻強電場中，圓心為O，半徑為R＝0.1m。P為圓弧上的一個點，PO連線逆時針轉(zhuǎn)動，θ為PO連線從AO位置開始旋轉(zhuǎn)的角度，P點電勢隨θ變化如圖乙所示。下列說法正確的是（）A．勻強電場的場強大小為20V/m B．勻強電場的場強方向垂直BD連線向右 C．一氦核（24D．一電子從A點沿圓弧逆時針運動到B點，電場力先做負功后做正功（2024?龍崗區(qū)校級三模）如圖所示，平行板電容器的兩個極板與水平面成θ角，極板的長度為L，A板帶負電，B板帶正電，且B板接地。若一比荷為k的帶電小球恰能從A板左端沿圖中所示水平直線向右通過電容器，重力加速度大小為g，下列說法正確的是（）A．小球帶負電 B．在此過程中小球的電勢能減小 C．AB板之間電勢差UAB=?gLtanθD．若小球離開電場時速度剛好為0，則運動時間為2L考點三靜電場中圖象問題的處理技巧1．v－t圖象：根據(jù)v－t圖象的速度變化、斜率變化(即加速度大小的變化)，確定電荷所受電場力的方向與電場力的大小變化情況，進而確定電場強度的方向、電勢的高低及電勢能的變化．2．φ－x圖象：(1)電場強度的大小等于φ－x圖線的斜率大小，電場強度為零處，φ－x圖線存在極值，其切線的斜率為零．(2)在φ－x圖象中可以直接判斷各點電勢的大小，并可根據(jù)電勢大小關系確定電場強度的方向．(3)在φ－x圖象中分析電荷移動時電勢能的變化，可用WAB＝qUAB，進而分析WAB的正負，然后作出判斷．3．E－x圖象：(1)反映了電場強度隨位移變化的規(guī)律．(2)E＞0表示場強沿x軸正方向；E＜0表示場強沿x軸負方向．(3)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，兩點的電勢高低根據(jù)電場方向判定．（2024?棗強縣校級模擬）某區(qū)域存在一電場，該區(qū)域內(nèi)x軸上各點電勢φ隨位置x變化的關系如圖所示。α粒子從D點由靜止釋放，僅在電場力作用下沿x軸通過C點，下列說法中正確的是（）A．由D點到C點電場強度的方向始終沿x軸正方向C．α粒子從D點到C點運動的過程中其電勢能減小10eVB．α粒子從D點到C點運動的過程中所受電場力先增大后減小D．α粒子從D點到C點運動的過程中其動能先增大后減?。ǘ噙x）（2024?遼寧二模）某靜電場的電場線沿x軸，其電場強度E隨x的變化規(guī)律如圖所示，設x軸正方向為靜電場的正方向，在坐標原點有一電荷量為q的帶電粒子僅在電場力作用下由靜止開始沿x軸正向運動，則下列說法正確的是（）A．粒子帶正電 B．粒子運動到x0處速度最大 C．粒子不可能運動到3x0處 D．在0～3x0區(qū)域內(nèi)，粒子獲得的最大動能為7（2024?南充模擬）絕緣水平面上固定一正點電荷Q，另一質(zhì)量為m、電荷量為﹣q（q＞0）的滑塊（可看作點電荷）從a點以初速度v0沿水平面向Q運動，b點為滑塊運動中距Q最近的點。已知a、b間距離為d，滑塊與水平面間的動摩擦因數(shù)為μ，重力加速度為g。以下判斷正確的是（）A．滑塊在b點的加速度一定為0 B．滑塊在運動過程的中間位置，速度的大小等于22C．滑塊在運動過程的中間時刻，速度的大小等于v0D．Q產(chǎn)生的電場中，a、b兩點間的電勢差為U考點四用功能關系分析帶電粒子的運動1．功能關系(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)除重力外，其他各力對物體所做的功等于物體機械能的變化．(4)所有力對物體所做功的代數(shù)和，等于物體動能的變化．2．電場力做功的計算方法(1)由公式W＝Flcosα計算，此公式只適用于勻強電場，可變形為：W＝qElcosα.(2)由W＝qU來計算，此公式適用于任何形式的靜電場．(3)由動能定理來計算：W電場力＋W其他力＝ΔEk.(4)由電勢能的變化來計算：WAB＝EpA－EpB.（2024?陜西一模）有一勻強電場平行于直角坐標系xoy所在的豎直平面，現(xiàn)將一質(zhì)量為m，帶電量為+q的小球從坐標原點O處沿y軸負向以2m/s的初速度向下拋出，其帶電小球運動的軌跡方程為x=54yA．電場強度大小為2mgq，方向與x軸正向夾角45B．電場強度大小為3mgq，方向與x軸正向夾角30C．電場強度大小為2mgq，方向與x軸負向夾角45°D．電場強度大小為mgq，方向與x軸正向夾角30（2024?深圳一模）兩塊平行金屬板安裝在絕緣基座上，A板連接感應起電機的正極，B板連接負極。一個由錫紙包裹的乒乓球用絕緣細線懸掛于AB兩板之間。搖動起電機，乒乓球在電場力作用下與AB兩板往返運動碰撞，下列說法正確是（）A．A板的電勢低于B板的電勢 B．乒乓球往返運動過程中始終帶正電 C．A→B的運動過程中電場力對乒乓球做負功 D．A→B的運動過程中乒乓球電勢能減小（多選）（2024?天津一模）如圖所示，豎直固定的光滑絕緣細桿上O點套有一個電荷量為﹣q（q＞0），質(zhì)量為m的小環(huán)，整個裝置處在固定于桿左側(cè)電荷量為+Q（Q＞0）的點電荷產(chǎn)生的電場中，桿上a、b兩點與+Q正好構(gòu)成等邊三角形，c是ab的中點．使小環(huán)從O點無初速度釋放，小環(huán)通過a點的速率為v，若已知ab＝Oa＝l，靜電常量為k，重力加速度為g，規(guī)定O點電勢為零。則（）A．小環(huán)下落過程中機械能守恒 B．小環(huán)下落過程中電勢能先減小后增大 C．小環(huán)在從c點到b點的過程中，速度不斷減小 D．b點電勢為1題型1電勢高低判斷、電勢能大小判斷（2024?金華二模）如圖所示，兩半徑相等的半球球殼Ⅰ和Ⅱ彼此靠的很近（間距可忽略），兩球殼均勻帶有電荷，電荷量均為q（q＞0），O為球心，A為球殼外一點，AO＝x。已知球殼內(nèi)部電場強度處處為零，且球殼Ⅰ在A點形成的電場強度為E1，規(guī)定距O點無限遠處的電勢為零，下列說法正確的是（）A．O點電勢為零 B．球殼Ⅰ在O點形成的電場強度水平向左 C．球殼Ⅱ在A點形成的電場強度大小E2D．球殼Ⅰ和球殼Ⅱ在A點的電勢相等（2024?貴州模擬）如圖所示，將帶正電的試探電荷沿等量異種點電荷連線從A點移動到B點，再沿連線中垂線從B點移動到C點。在此過程中，對試探電荷所受的靜電力F，所經(jīng)過的各點處電勢φ的高低，試探電荷的電勢能E的大小，下列判斷正確的是（）A．A處與C處的電場力方向相反 B．FA＞FB＞FC C．φA＞φB＞φC D．EA＜EB＝EC題型2公式E=U/d在勻強電場中的應用（2024?廣西模擬）如圖，空間中有一勻強電場，大小為mgq，方向與水平方向成30°A．從M點到Q點動能減小 B．在M點和N點的電勢能相等 C．從M點到Q點電場力做負功 D．動能最大處的電勢低于動能最小處的電勢（2024?寶雞模擬）如圖所示，空間有一勻強電場，其方向與直角三角形△ABC所在的平面平行，∠B＝60°D為BC的中點，AB邊長2cm，D點電勢為0V?，F(xiàn)將一個電荷量為﹣1×10﹣6C的點電荷從電場中的B點移到A點，電場力做了2×10﹣6J的功，再從A點移到點C，點電荷克服電場力做了6×10﹣6J的功。則關于勻強電場的場強大小和方向說法正確的是（）A．場強方向沿AB直線由A指向B B．場強方向沿AC直線由A指向C C．場強大小為150V/m D．場強大小為200V/m題型3公式E=U/d在非勻強電場中的應用（2024?正定縣校級三模）如圖所示，在正四面體ABCD的ABD面內(nèi)，有一內(nèi)切圓，圓心為O，M、N、P分別為BD、AB和AD邊與圓的切點。正四面體的頂點A、B、D分別固定有電荷量為+Q、+Q、﹣Q的點電荷，則（）A．M、P兩點的電場強度相同 B．M、O、N、P四點的電勢φN＞φP＞φO＞φM C．將正試探電荷由C移動到M，電勢能減少 D．將正試探電荷由P移動到N，電場力做負功題型4等勢面與軌跡問題（多選）（2024?興寧區(qū)二模）某電場的三條等勢線為關于x軸對稱的橢圓，如圖所示a、c、d為等勢線上的3個點，其電勢分別為φa＝16V，φc＝10Y，φd＝4V，b為ac的中點。一質(zhì)子僅受電場力作用從a點由靜止釋放，下列說法正確的是（）A．沿x軸正方向電勢一直降低 B．質(zhì)子從a到d的過程中加速度減小，速度增大 C．b點的電勢大于13V D．質(zhì)子運動到d點時的動能為12eV（2024?佛山二模）靜電透鏡是利用靜電場使電子束會聚或發(fā)散的一種裝置。如圖，一電子在電場中僅受電場力的作用，實線描繪出了其運動軌跡，虛線表示等勢線，各等勢線關于y軸對稱，a、b、c、d分別是軌跡與等勢線的交點。已知電子在經(jīng)過a點時動能為60eV，各等勢線的電勢高低標注在圖中，則（）A．a(chǎn)、d兩點的電場強度相同 B．電子從a到b運動時，電場力做負功 C．電子從c到d運動時，電勢能逐漸減小 D．電子在經(jīng)過等勢線d點時的動能為60eV（2024?廣東模擬）圖（a）為金屬四極桿帶電粒子質(zhì)量分析器的局部結(jié)構(gòu)示意圖，圖（b）為四極桿內(nèi)垂直于x軸的任意截面內(nèi)的等勢面分布圖，相鄰兩等勢面間電勢差相等，則（）A．P點電勢比M點的低 B．P點電場強度大小比M點的大 C．M點電場強度方向沿x軸負方向 D．沿x軸運動的帶電粒子，電勢能不變（多選）（2024?寧河區(qū)校級一模）如圖所示，虛線a、b、c是電場中的三個等勢面，相鄰等勢線間的電勢差相等，實線為一個帶負電的質(zhì)點僅在電場力作用下的運動軌跡，P、Q是軌跡上的兩點。下列說法正確的是（）A．質(zhì)點在Q點時電勢能比P點時大 B．質(zhì)點在Q點時加速度方向與等勢面a垂直 C．三個等勢面中等勢面a的電勢最低 D．Q點的電場強度小于P點的電場強度題型5電場中的三類常見圖像φ-x圖像、Ep-x圖像、E-x圖像（2024?漳州模擬）如圖，絕緣粗糙的水平面附近存在一與x軸平行的電場，其在x軸上的電勢φ與坐標x的關系如圖中曲線所示，圖中的傾斜虛線為該曲線過點（0.15，3）的切線。質(zhì)量為0.10kg、電荷量為1.0×10﹣7C的帶正電滑塊P，從x1＝0.10m處由靜止釋放，滑塊與水平面間的動摩擦因數(shù)為0.20。滑塊可視為質(zhì)點，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，g取10m/s2。則滑塊（）A．做勻減速直線運動 B．經(jīng)過x2＝0.15m處時，速度最大 C．從釋放到經(jīng)過x2＝0.15m處，電場力做功3.0×10﹣2J D．可以滑到x3＝0.30m處（2024?渝中區(qū)模擬）如圖甲所示，有一電荷均勻分布的固定絕緣細圓環(huán)，圓心為O，軸線上的電場強度如圖乙所示?，F(xiàn)有一帶正電的粒子（不計受到的重力）以大小為v0的初速度沿軸線由P點運動到Q點，OP＝OQ＝L。以x軸的正向為電場強度的正方向，關于粒子由P點運動到Q點的過程，下列說法正確的是（）A．細圓環(huán)帶負電 B．粒子到達Q點時的速度大小為v0 C．粒子所受靜電力先增大后一直減小 D．粒子到達Q點時的速度大小為2v