2020-2021學年高中物理-第一章-靜電場的描述-習題課一-電場能的性質(zhì)教案-粵教版必修3

2020-2021學年高中物理第一章靜電場的描述習題課一電場能的性質(zhì)教案粵教版必修32020-2021學年高中物理第一章靜電場的描述習題課一電場能的性質(zhì)教案粵教版必修3PAGE5-2020-2021學年高中物理第一章靜電場的描述習題課一電場能的性質(zhì)教案粵教版必修32020-2021學年高中物理第一章靜電場的描述習題課一電場能的性質(zhì)教案粵教版必修3年級：姓名：習題課一電場能的性質(zhì)eq\a\vs4\al(綜合提能一)eq\a\vs4\al(電勢高低及電勢能大小的判斷)[知識貫通]1．電勢高低的判斷方法判斷角度判斷方法依據(jù)電場線方向沿電場線方向，電勢越來越低。(電場線的方向就是電勢降低最快的方向)場源電荷判斷法離場源正電荷越近的點，電勢越高；離場源負電荷越近的點，電勢越低根據(jù)電場力做功判斷正電荷在電場力作用下移動時，電場力做正功，電荷由高電勢處移向低電勢處；正電荷克服電場力做功，電荷由低電勢處移向高電勢處。對于負電荷，情況恰好相反根據(jù)Ep＝qφ判斷正電荷所在處的電勢能越大，該點電勢越高；負電荷所在處的電勢能越大，該點電勢越低2.電勢能大小的判斷方法判斷角度判斷方法做功判斷法電場力做正功，電勢能減少；電場力做負功，電勢能增大電荷電勢法正電荷在電勢越高的地方電勢能越大；負電荷在電勢越低的地方電勢能越大公式法由Ep＝qφ，將電荷的大小、正負號一起代入公式。若Ep為正值，其絕對值越大表示電勢能越大；如Ep為負值，其絕對值越小，表示電勢能越大能量守恒法若只有電場力做功，電荷的動能和電勢能之和不變，電荷動能增加，電勢能減少；電荷動能減少，電勢能增加場源電荷判斷法離場源正電荷越近，檢驗正電荷(或負電荷)的電勢能越大(或越小)，離場源負電荷越近，檢驗正電荷(或負電荷)的電勢能越小(或越大)電場線法順著電場線的方向運動，檢驗正電荷(或負電荷)的電勢能減少(或增加)，逆著電場線的方向運動，檢驗正電荷(或負電荷)的電勢能增加(或減少)eq\a\vs4\al([典例1])[多選]在真空中A、B兩點分別放置等量異種電荷，在電場中通過A、B兩點的豎直平面內(nèi)對稱位置取一正方形路徑abcd，如圖所示，現(xiàn)將一電子沿abcd移動一周，則以下判斷中正確的是()A．由a→b，電勢降低，電子的電勢能減少B．由b→c，電場對電子先做負功后做正功，總功為零C．由c→d，電子的電勢能增加D．由d→a，電子的電勢能先減少后增加，電勢能總增量為零[解析]等量異種點電荷的電場線及等勢面分布情況如圖所示，由圖中電場線分布可知，從a到b電勢逐漸降低，電子的電勢能增加，A錯誤；再由等勢線的分布可知，b、c在同一等勢面上，沿直線由b到c電勢先降低后升高，電場對電子先做負功，后做正功，總功為零，B正確；由c到d，電場對電子做正功，電子的電勢能減少，C錯誤；a、d在同一等勢面上，由d到a，電子的電勢能先減少后增加，電勢能總增量為零，D正確。[答案]BD[集訓(xùn)提能]1．下列關(guān)于電勢高低及電勢能增減的判斷，正確的是()A．正電荷從A點移到B點時，其電勢能增加，A點電勢一定較低B．正電荷只在電場力作用下，從A點移到B點，A點電勢一定較高C．負電荷從A點移到B點，外力做正功，電勢能一定增加D．負電荷從A點移到B點，電場力做負功，電勢能一定減小解析：選A電勢能與電勢的關(guān)系為Ep＝qφ，對于正電荷，在電勢高處電勢能也大，對于負電荷，在電勢高處電勢能反而小，正電荷從A點移到B點時，其電勢能增加，則電勢一定升高，A正確；由于初速度不確定，正電荷只在電場力作用下，不一定沿著電場線方向移動，電勢不一定降低，故A點電勢不一定較高，B錯誤；負電荷從A點移到B點，外力做正功，電場力做功情況不確定，無法判斷電勢能的變化情況，C錯誤；電場力做負功，電勢能一定增加，D錯誤。2．[多選]在光滑的絕緣水平面上，有一個正方形abcd，頂點a、c分別固定一個正點電荷，電荷量相等，如圖所示。若將一個帶負電的粒子置于b點由靜止自由釋放，粒子將沿著對角線bd往復(fù)運動。粒子從b點運動到d點的過程中()A．先做勻加速運動，后做勻減速運動B．先從高電勢到低電勢，后從低電勢到高電勢C．電勢能與機械能之和保持不變D．電勢能先減小，后增大解析：選CDa、c兩點固定相同的正點電荷，則bd為等量正點電荷連線的中垂線，由電場線分布情況可知帶電粒子不可能做勻加速或勻減速運動，故A錯誤；等量正點電荷連線的中垂線上，其中點電勢最高，帶負電的粒子從b點運動到d點的過程中，先從低電勢到高電勢，再從高電勢到低電勢，故B錯誤；帶負電粒子從b點運動到d點的過程中所受電場力先由b指向d，后受電場力由d指向b，所以電場力先做正功后做負功，因此電勢能先減小，后增大，故D正確；只有電場力做功，電勢能與機械能之和保持不變，故C正確。3.某靜電場的電場線分布如圖所示，一負點電荷只在電場力作用下先后經(jīng)過電場中的M、N兩點，過N點的虛線是電場中的一條等勢線，則()A．M點的電場強度小于N點的電場強度B．M點的電勢低于N點的電勢C．負點電荷在M點的電勢能小于在N點的電勢能D．負點電荷在M點的動能小于在N點的動能解析：選C電場線密集的地方，電場強度大，故M點的電場強度大于N點的電場強度，A錯誤；沿著電場線方向電勢降低，故M點的電勢高于N點的電勢，B錯誤；負點電荷由M到N，電場力做負功，動能減小，電勢能增加，故C正確，D錯誤。eq\a\vs4\al(綜合提能二)eq\a\vs4\al(靜電場中的三類圖像)[知識貫通]1．v-t圖像根據(jù)v-t圖像的速度變化、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，進而確定電場的方向、電勢的高低及電勢能的變化。2．φ-x圖像(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圖像中可以直接判斷各點電勢的大小，并可根據(jù)電勢大小關(guān)系確定電場強度的方向。(3)在φ-x圖像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圖像在給定了電場的E-x圖像后，可以由圖線確定電場強度的變化情況，電勢的變化情況，E-x圖線與x軸所圍圖形“面積”表示電勢差。在與粒子運動相結(jié)合的題目中，可進一步確定粒子的電性、動能變化、電勢能變化等情況。eq\a\vs4\al([典例2])[多選]某靜電場沿x方向的電勢分布如圖所示，則()A．在O～x1之間不存在沿x方向的電場B．在O～x1之間存在著沿x方向的勻強電場C．在x1～x2之間存在著沿x方向的勻強電場D．在x1～x2之間存在著沿x方向的非勻強電場[解析]由電場的能的性質(zhì)可知：E＝eq\f(U,d)，所以在φ-x圖像中，斜率k表示在x方向上的電場強度Ex。所以O(shè)～x1沿x方向電場強度為0，A正確，B錯誤；x1～x2之間電勢均勻減小，斜率不變，即Ex不變，x1～x2之間存在沿x方向的勻強電場，C正確，D錯誤。[答案]AC[集訓(xùn)提能]1．如圖甲所示，A、B是某電場中一條電場線上的兩點。一個帶負電荷的點電荷僅受電場力作用，從A點沿電場線運動到B點。在此過程中，該點電荷的速度隨時間t變化的圖像如圖乙所示。下列說法中正確的是()A．A點的電場強度比B點的大B．A、B兩點的電場強度相等C．A點的電勢比B點的電勢高D．A點的電勢比B點的電勢低解析：選C由題圖乙可知，帶負電的點電荷做加速度逐漸增大的減速運動，故A點的電場強度比B點的小，負電荷的動能減小，電勢能增加，對應(yīng)位置的電勢減小，因此C正確。2.[多選]靜電場在x軸上的電場強度E隨x的變化關(guān)系如圖所示，x軸正向為電場強度正方向，帶正電荷的點電荷沿x軸運動，則點電荷()A．在x2和x4處電勢能相等B．由x1運動到x3的過程中電勢能增大C．由x1運動到x4的過程中電場力先增大后減小D．由x1運動至x4的過程中電場力先減小后增大解析：選BC由題圖可知，x1到x4電場強度先變大，再變小，則點電荷受到的電場力先增大后減小，C正確，D錯誤；由x1到x3及由x2到x4過程中，電場力做負功，電勢能增大，知A錯誤，B正確。eq\a\vs4\al(綜合提能三)eq\a\vs4\al(電場中的功能關(guān)系)[知識貫通]1．合力做功等于物體動能的變化量，即W合＝ΔEk，這里的W合指合外力做的功。2．電場力做功決定帶電體電勢能的變化量，即WAB＝EpA－EpB＝－ΔEp。這與重力做功和重力勢能變化之間的關(guān)系類似。3．只有電場力做功時，帶電體電勢能與機械能的總量不變，即Ep1＋E機1＝Ep2＋E機2。這與只有重力做功時，物體的機械能守恒類似。eq\a\vs4\al([典例3])如圖所示，在豎直平面內(nèi)，光滑絕緣直桿AC與半徑為R的圓周交于B、C兩點，在圓心處有一固定的正點電荷，B點為AC的中點，C點位于圓周的最低點。現(xiàn)有一質(zhì)量為m、電荷量為－q、套在桿上的帶負電小球(可視為質(zhì)點)從A點由靜止開始沿桿下滑。已知重力加速度為g，A點距過C點的水平面的豎直高度為3R，小球滑到B點時的速度大小為2eq\r(gR)。求：(1)小球滑到C點時的速度大??；(2)若以C點為零電勢點，試確定A點的電勢。[解析](1)因為B、C兩點電勢相等，故小球從B到C運動的過程中電場力做的總功為零。由幾何關(guān)系可得BC的豎直高度hBC＝eq\f(3R,2)根據(jù)動能定理有mg·eq\f(3R,2)＝eq\f(mvC2,2)－eq\f(mvB2,2)解得vC＝eq\r(7gR)。(2)小球從A到C，重力和電場力均做正功，所以由動能定理有mg·3R＋W電＝eq\f(mvC2,2)，又根據(jù)電場力做功與電勢能的關(guān)系：W電＝EpA－EpC＝－qφA－(－qφC)。又因為φC＝0，可得φA＝－eq\f(mgR,2q)。[答案](1)eq\r(7gR)(2)－eq\f(mgR,2q)[集訓(xùn)提能]1．[多選]帶電小球在從A點運動到B點的過程中，重力做功為3J，電場力做功為1J，克服空氣阻力做功為0.5J，則帶電小球在A點的()A．重力勢能比在B點大3JB．電勢能比在B點小1JC．動能比在B點小3.5JD．機械能比在B點小0.5J解析：選ACD帶電小球在從A點運動到B點的過程中，重力做功為3J，說明重力勢能減小3J，選項A正確；電場力做功1J，說明電勢能減小1J，選項B錯誤；由動能定理可知動能的變化量等于合外力所做的功，即動能增加3.5J，選項C正確；機械能的變化量等于除重力之外的力所做的功，即機械能增加0.5J，選項D正確。2．[多選]如圖所示，平行直線是勻強電場的電場線(電場方向未畫出)，曲線是電子(只受電場力)在該電場中的運動軌跡，a、b是軌跡上的兩點，電子從a運動到b，則下列說法正確的是()A．a(chǎn)點的電勢高于