高中物理電場的能量性質(zhì)

電場的能量性質(zhì)一、電勢能：（一）電場力做功的特點：

電場力做功與路徑無關，只電荷移動過程中的始、末位置有關．（二）電勢能：1.定義：電荷在電場中具有的勢能.2.電勢能具有相對性：通常把電荷在無限遠處或大地表面的電勢能規(guī)定為零．3.電勢能是標量，沒有方向，但是有正負.電勢能為正，表示電荷在該點的電勢能大于它在零電勢能點的電勢能.電勢能前面的正負號與后面的數(shù)值一起共同表示電勢能的大小.電勢能為負，表示電荷在該點的電勢能小于它在零電勢能點的電勢能.電勢能為零，表示電荷在該點的電勢能等于它在零電勢能點的電勢能.（三）電場力做功與電勢能改變的關系：電場力做正功電勢能減少電場力做負功電勢能增加電場力做功為零電勢能不變1.電場力做功與電勢能改變的關系：2.電勢能的大?。喝。弘姾稍陔妶鲋心滁cA具有的電勢能EPA就等于把電荷從A點移到零電勢能點的過程中，電場力做的功.3.說明：電勢能是電荷在電場中某點具有的性質(zhì).二、電場的能量性質(zhì)：電勢、電勢差（一）電勢：1.定義：電荷在電場中某一點的電勢能與它的電荷量之比，就稱為電場中該點的電勢.3.電勢是標量：電勢只有大小，沒有方向，但由正負.2.電勢具有相對性：通常把無限遠處或大地表面的電勢規(guī)定為零．電勢為正，表示電場中該點的電勢大于零電勢點的電勢.電勢為負，表示電場中該點的電勢小于零電勢點的電勢.電勢為零，表示電場中該點的電勢等于零電勢點的電勢.電勢前面的正負號與后面的數(shù)值一起共同表示電勢的大小.4.說明：電勢是電場的本身的性質(zhì)，與試探電荷無關.（二）電勢差：1.定義：電場中A、B兩點間電勢之差.2.電勢差是電場本身的性質(zhì)，與試探電荷無關.3.電勢差是標量，沒有方向，但有正負.4.電勢差沒有相對性，電勢差與零電勢點的選擇無關.電勢差的絕對值稱為電壓.（三）電場力做功與電勢差之間的關系：說明：1.該公式適用于所有電場.2.電場力做功WAB、電勢差UAB的正負判斷方法：（1）公式中各量均把正負號代入，求出的量的正負就有相應的意義.（2）公式中各量均代入絕對值，根據(jù)實際情況進行判斷.把一個電荷量為從電場中的A點移動到B的過程中，電場力做功為，則A、B之間的電勢差為多少？沿電場線的方向電勢降低.3.求電場力做功的方法：（1）方法一：適用于任意電場.（3）方法三：只適用于勻強電場.（2）方法二：適用于任意電場.（4）方法四：用功能關系.例1(多選)如圖1所示，固定在Q點的正點電荷的電場中有M、N兩點，已知：，下列敘述正確的是()A．若把一正的點電荷從M點沿直線移到N點，則電場力對該電荷做正功，電勢能減少.B．若把一正的點電荷從M點沿直線移到N點，則電場力對該電荷做正功，電勢能增加.C．若把一負的點電荷從M點沿直線移到N點，則電場力對該電荷做正功，電勢能減少.D．若把一負的點電荷從M點沿直線移到N點，再從N點沿不同路徑移回到M點，則該電荷克服電場力做的功等于電場力對該電荷所做的正功，電勢能不變.AD例2(多選)如圖2，∠M是銳角三角形PMN最大的內(nèi)角，電荷量為q(q>0)的點電荷固定在P點．下列說法正確的是()A．沿MN邊，從M點到N點，電場強度的大小逐漸增大B．沿MN邊，從M點到N點，電勢先增大后減小C．正電荷在M點的電勢能比其在N點的電勢能大D．將正電荷從M點移動到N點，電場力所做的總功為負BC例3(多選)如圖3所示，四個帶電荷量絕對值相等的點電荷分別固定在豎直平面內(nèi)某一正方形的四個頂點上，A、B、C、D四個點分別為對應的四條邊的中點，現(xiàn)有某一帶正電的試探電荷在四個電荷產(chǎn)生的電場中運動，下列說法正確的是()A．試探電荷在D點的電勢小于在A點的電勢B．試探電荷在D點的電勢小于在C點的電勢C．試探電荷僅在電場力作用下從A點沿AC運動到C點，其加速度逐漸增大D．直線BD所在的水平面一定為一等勢面AD1．(點電荷電場中的功能關系)如圖4所示為某一帶正電的點電荷產(chǎn)生的電場中的一條電場線．A、B、C、D為該電場線上的點，相鄰兩點間距相等，電場線方向由A指向D.一個帶正電的粒子從A點由靜止釋放，運動到B點時的動能為Ek，僅考慮電場力的作用，則()A．從A點到D點，電勢先升高后降低.B．粒子一直做勻加速運動C．粒子在BC段電勢能的減少量大于在CD段電勢能的減少量D．粒子運動到D點時動能等于3EkC2．(兩點電荷電場中的電勢能、電勢)(多選)真空中有兩個固定的帶正電的點電荷，電荷量不相等．一個帶負電的試探電荷置于二者連線上的O點時，僅在電場力的作用下恰好保持靜止狀態(tài)．過O點作兩正電荷連線的垂線，以O點為圓心的圓與連線和垂線分別交于a、c和b、d，如圖5所示．以下說法正確的是()A．a(chǎn)點電勢低于O點B．b點電勢低于c點C．該試探電荷在a點的電勢能大于在b點的電勢能D．該試探電荷在c點的電勢能小于在d點的電勢能BD（四）等勢面：1.定義：電場中電勢相同的各點構成的面．2.等勢面的特點：①在同一等勢面上移動電荷時電場力不做功．②沿電場線的方向電勢降低.④等差等勢面越密的地方電場強度越大，反之越?。萑我鈨蓚€等勢面都不相交．③電場線一定與等勢面垂直，并且從電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面．3.幾種特殊電場的等勢面：垂直于電場線的一簇平面以點電荷為球心的一簇球面兩電荷連線的中垂面為等勢面在電荷連線上，中點電勢最低；在中垂線上，中點電勢最高（1）判斷速度方向：帶電粒子運動軌跡上某點的切線方向為該點處的速度方向．（2）判斷電場力的方向：僅受電場力作用時，因軌跡始終夾在速度方向和帶電粒子所受電場力方向之間，而且向合外力一側彎曲，結合速度方向，可以判斷電場力方向．4.帶電粒子在電場中運動軌跡：若已知電場線和軌跡，所受電場力的方向與電場線(或切線)共線；若已知等勢線和軌跡，所受電場力的方向與等勢線垂直．（3）判斷電場力做功的正負及電勢能的增減：若電場力方向與速度方向成銳角，則電場力做正功，電勢能減少；若電場力方向與速度方向成鈍角，則電場力做負功，電勢能增加．例4.如圖6所示，實線表示某電場的電場線，虛線表示一帶正電的粒子只在電場力作用下的運動軌跡，設A和B點的電勢分別為φA和φB，粒子在A、B兩點加速度大小分別為aA和aB，速度大小為vA和vB，電勢能分別為EpA和EpB，下列判斷正確的是()A．vA<vB B．a(chǎn)A<aBC．φA<φB D．EpA>EpBC例5.如圖7所示，虛線是某靜電場的一簇等勢線，邊上標有電勢的值，一帶電粒子只在電場力作用下恰能沿圖中的實線從A經(jīng)過B運動到C，下列判斷正確的是()A．粒子一定帶負電B．A處場強大于C處場強C．粒子在A處電勢能大于在C處電勢能D．粒子從A到B電場力所做的功大于從B到C電場力所做的功B3．(未標明電場線方向)如圖8所示，實線MN是某勻強電場中的一條電場線．一帶正電粒子射入電場后，僅在電場力作用下沿虛線ABC運動．下列說法中正確的是()A．粒子在A點的加速度比在C點的加速度大B．粒子在A點的電勢能比在C點的電勢能小C．M、N兩點的電勢：φM>φND．電場線的方向水平向右B4．(已知等勢線和軌跡)(多選)兩個固定的等量異種點電荷所形成電場的等勢面如圖9中虛線所示，一帶電粒子以某一速度從圖中a點進入電場，其運動軌跡如圖中實線所示，若粒子只受電場力作用，則下列關于帶電粒子的判斷正確的是()A．帶正電B．速度先增大后減小C．電勢能先增大后減小D．經(jīng)過b點和d點時的速度大小相同CD（五）電勢差與電場強度的關系：式中的d就是沿場強方向的距離.電場強度E就是沿場強方向上單位長度上的電勢差.電場強度E的方向就是電勢降落最快的方向.有關說明：1．由E＝可推出的兩個重要推論：推論1：勻強電場中的任一線段AB的中點C的電勢φC＝，如圖10甲所示．推論2勻強電場中若兩線段AB∥CD，且AB＝CD，則UAB＝UCD(或φA－φB＝φC－φD)，如圖乙所示．2．E＝在非勻強電場中的三點妙用:(1)判斷電場強度大?。旱炔畹葎菝嬖矫?，電場強度越大．(2)判斷電勢差的大小及電勢的高低：距離相等的兩點間的電勢差，E越大，U越大，進而判斷電勢的高低．(3)利用φ－x圖像的斜率判斷電場強度隨位置變化的規(guī)律：斜率的大小表示電場強度的大小，正負表示電場強度的方向．3.等分法確定電場線及電勢高低的解題思路：（1）把圖中各點的電勢標示出來.（2）把電勢最高的點和電勢最低的點連成一條直線.（3）根據(jù)另一點的電勢的值把這條直線等分成幾份，畫出一條等勢線.（4）根據(jù)電場線與等勢線的關系，畫出電場線，確定其它各點的電勢.6．(等勢面未知求電場強度)(多選)一勻強電場的方向平行于xOy平面，平面內(nèi)a、b、c三點的位置如圖14所示，三點的電勢分別為10V、17V、26V．下列說法正確的是()A．電場強度的大小為2.5V/cmB．坐標原點處的電勢為1VC．電子在a點的電勢能比在b點的低7eVD．電子從b點運動到c點，電場力做功為9eVABD例6.如圖11所示，邊長為1cm的正三角形ABC處于勻強電場中，電場方向平行于三角形所在平面．將電子由A點移動到B點，電場力做功4eV；將電子由A點移動到C點，電場力做功2eV.電場強度大小為()A．200V/m B．300V/mC．200V/m D．400V/mD例7.如圖12是勻強電場遇到空腔導體后的部分電場線分布圖，電場線的方向如圖1所示，M、N、Q是以直電場線上一點O為圓心的同一圓周上的三點，OQ連線垂直于MN，以下