《（浙江选考）202x版高考物理一轮复习 第16讲 电场能的性质 带电粒子在电场中的运动》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（浙江选考）202x版高考物理一轮复习 第16讲 电场能的性质 带电粒子在电场中的运动（97页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第16讲电场能的性质带电粒子在电场中的运动,一 电势差,二 电势、等势面,三 电场力做功和电势能,四 静电现象的解释,教材研读,五 电容器,六 带电粒子在电场中的运动,突破一 电场强度、电势、电势差、电势能的比较,突破二 电场线、等势面与粒子运动轨迹问题,突破三 平行板电容器的两类问题,重难突破,突破四 带电粒子在电场中的直线运动（加速或减速）,突破五 带电粒子在匀强电场中的偏转,突破六电场中的力电综合问题,一、电势差,教材研读,1.定义:电荷在电场中,由一点A移动到另一点B时,电场力所做的功与电荷量的比值WAB/q,叫做A、B两点间的电势差,用UAB表示。,2.定义式:UAB=。,3.与电场
2、强度的关系:U=Ed。其中d是沿电场线方向的距离,适用于匀强电场。,二、电势、等势面,1.电势 (1)定义:试探电荷在电场中某点的电势能与它的电荷量的比值。 (2)公式:=。 (3)矢标性:电势是标量,但有正负,电势为正,表示该点电势比零电势点电势高;电势为负,表示该点电势比零电势点电势低。 (4)与电场方向的关系:沿电场(电场线)方向电势降低。,2.等势面 (1)定义:电场中电势相等的点组成的面。 (2)等势面的特点 a.等势面一定跟电场线垂直。 b.电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面。 c.在等势面上移动电荷,电场力不做功。 d.在电场线密集的地方,等差等势面也密集;在电场线稀疏
3、的地方,等差等势面也稀疏。,三、电场力做功和电势能,1.电场力做功 (1)特点:电场力做功与运动路径无关,只与始末位置有关。 (2)计算方法 a.W=Eqd,只适用于匀强电场,其中d为沿电场线方向的距离。 b.WAB=qUAB,适用于任何电场。,2.电势能 (1)定义:电荷在电场中具有的势能,数值上等于把电荷从该点移到零势能位置时电场力所做的功。 (2)电势能变化与电场力做功的关系 a.电势能的减少量等于电场力做的功。 b.电场力做正功,电势能减少,电场力做负功,电势能增加。,四、静电现象的解释 1.静电感应:把金属导体放在电场中,导体内的自由电子受电场力作用而发生迁移,使导体的两个端面出现等
4、量的异种电荷,这种现象叫静电感应。 2.静电平衡:当导体内自由电子的定向移动停止时,导体处于静电平衡状态。,3.处于静电平衡状态导体的特点 (1)导体内部的场强处处为零,电场线在导体内部中断; (2)导体是一个等势体,表面是一个等势面; (3)导体表面上任一点的场强方向跟该点的表面垂直; (4)导体所带的静电荷全部分布在导体的外表面上。 4.静电屏蔽 金属壳或金属网罩所包围的区域,不受外部电场的影响,这种现象叫做静电屏蔽。,3.平行板电容器 (1)影响因素:平行板电容器的电容与极板的正对面积成正比,与介质的相对介电常数成正比,与两极板间的距离成反比。 (2)决定式:C=,k为静电力常量。 六、
5、带电粒子在电场中的运动 1.带电粒子在电场中的加速 带电粒子在电场中加速时,若不计粒子的重力,只受电场力,则电场力对带电粒子做的功等于粒子动能的变化量。在匀强电场中可用力,和运动的观点处理,也可用能量观点处理;在非匀强电场中一般用能量观点处理。 2.带电粒子在电场中的偏转 只分析带电粒子垂直进入匀强电场时发生的偏转。 粒子在电场中的运动情况:如果带电粒子以初速度v0垂直于场强方向射入匀强电场,不计重力,电场力使带电粒子产生加速度,做类平抛运动。,1.判断下列说法的正误: (1)A、B两点的电势差是恒定的,所以UAB=UBA。() (2)A、B两点的电势差等于将单位正电荷从A点移动到B点时静电力
6、所做的功。() (3)电场力做功与重力做功相似,均与路径无关。() (4)电场中电场强度为零的地方电势一定为零。(),(5)沿电场线方向电场强度越来越小,电势逐渐降低。() (6)电势是矢量,既有大小也有方向。() (7)电容器所带的电荷量是指每个极板所带电荷量的代数和。() (8)放电后的电容器电荷量为零,电容也为零。() (9)带电粒子在匀强电场中只能做类平抛运动。() (10)带电粒子在电场中,只受电场力时,也可以做匀速圆周运动。(),2.如图所示,电场中有A、B两点,则下列说法中正确的是(D) A.场强EAEB B.电势AB C.负电荷在A点所受电场力方向与电场强度方向相同 D.将正电
7、荷从A点移到B点,电场力做正功,3.a、b;c、d;e、f;g、h为以下电场中的四组点,其中a、b两点距正点电荷的距离相等;c、d两点在两点电荷连线的中垂线上,并关于两点电荷的连线对称;e、f两点在两点电荷的连线上,并关于连线中点对称;g、h两点在两点电荷连线的中垂线上,并关于两点电荷的连线对称。这四组点中,电场强度和电势均相等的是(B) A.a、bB.c、d C.e、fD.g、h,4.(多选)一带电小球在空中由A点运动到B点的过程中,受重力、电场力和空气阻力三个力作用。若该过程中小球的重力势能增加3 J,机械能增加1.5 J,电场力对小球做功2 J,则下列判断正确的是(BD) A.小球的重力
8、做功为3 J B.小球克服空气阻力做功0.5 J C.小球的电势能增加2 J D.小球的动能减少1.5 J,5.当某一电容器的电压是40 V时,它所带电量是0.2 C,若它的电压降到20 V时,则(B) A.电容器的电容减少一半 B.电容器的电容不变 C.电容器带电量不变 D.电容器带电量增加为原来的两倍,6.(多选)如图所示是示波器原理图,电子被电压为U1的加速电场加速后射入电压为U2的偏转电场,离开偏转电场后电子打在荧光屏上的P点,P点与O点的距离叫做偏转距离,偏转电场极板长为L,板间距离为d,为了增大偏转距离,下列措施可行的是(BC) A.增大U1 B.增大U2 C.增大L D.增大d,
9、突破一电场强度、电势、电势差、电势能的比较,重难突破,1.电场强度、电势、电势差、电势能的比较,2.电势高低的三种判断方法,3.电势能大小的四种判断方法,典例1(多选)一匀强电场的方向平行于xOy平面,平面内a、b、c三点的位置如图所示,三点的电势分别为10 V、10 V、22 V。下列说法正确的是(AD) A.坐标原点处的电势为-2 V B.a、b连线中点的电势为16 V C.电子在a点的电势能比在c点的低12 eV D.电场强度的大小为500 N/C,解析根据题意可知a、b两点的电势相等,并且c点电势高于a、b两点的电势,则连接a、b,作ab的垂线,根据沿电场线方向电势降低可知电场方向垂直
10、ab指向左下方,如图所示,过O、c点作ab的垂线,交于d和e点,则Od和ce平行于电场线,根据几何知识可得ab=5 cm,Od=ce=2.4 cm, 电场强度E= N/C=500 N/C,D正确;ab线上所有点的电势均 为10 V,因为Od=ce,所以d-O=c-e,得O=-2 V,A正确,B错误;电子在a点的电势能Ea=qa=-10 eV,在c点的电势能Ec=qc=-22 eV,故EaEc,且Ea-Ec=,12 eV,C错误。,1-1电场中有A、B两点,一个点电荷在A点的电势能为1.210-8 J,在B点的电势能为0.810-8 J。已知A、B两点在同一条电场线上,如图所示,该点电荷的电荷量
11、的绝对值为1.010-9 C,那么(A) A.该电荷为负电荷 B.该电荷为正电荷 C.A、B两点的电势差UAB=4.0 V D.把电荷从A移到B,静电力做功为WAB=2.510-10 J,解析A点的电势能大于B点的电势能,从A到B静电力做正功,所以该电荷一定为负电荷,故选项A正确,选项B错误;静电力做功WAB=EpA-EpB=1.210-8 J-0.810-8 J=0.410-8 J,选项D错误;由UAB=得UAB= V=-4. 0 V,所以选项C错误。,1-2如图所示,真空中有两个点电荷Q1=+9.010-8 C和Q2=-1.010-8 C,分别固定在x坐标轴上,其中Q1位于x=0处,Q2位
12、于x=6 cm处。在x轴上(D) A.场强为0的点有两处 B.在x6 cm区域,电势沿x轴正方向降低 C.质子从x=1 cm运动到x=5 cm处,电势能升高 D.在09 cm的区域,场强沿x轴正方向,解析因为Q10,Q2|Q2|,所以x6 cm区域有一位置合场强为零,由k=-k得x=9 cm,则6 cm9 cm区域合场强沿x轴正方向,故A错,D对。沿电场方向电势降低,B错。质子带正电,在电势高处电势能大,C错。,1-3电场中某三条等势线如图中实线a、b、c所示。一电子仅在电场力作用下沿直线从P运动到Q,已知电势abc,这一过程电子运动的v-t图像可能是选项图中的(A),解析结合abc,由题图等
13、势线的特点可确定此电场为非匀强电场,且Q点处电场强度小于P点处电场强度,电子仅在电场力作用下沿直线从P运动到Q,将做加速度越来越小的加速运动,A正确。,突破二电场线、等势面与粒子运动轨迹问题,1.带电粒子轨迹的切线方向为该点处的速度方向。 2.带电粒子所受合力应指向轨迹曲线的凹侧,再根据电场力与场强方向的关系(同向或反向),或电场力做正功还是负功等,进一步确定其他量。 3.几种典型电场的等势面,典例2如图所示,实线表示电场线,虚线表示只受电场力作用的电荷运动轨迹,a、b为运动轨迹上的两点,可以判定(C) A.电荷在a点的速度大于在b点的速度 B.电荷为负电荷 C.电荷在a点的电势能大于在b点的
14、电势能 D.a点的电势低于b点的电势,解析沿着电场线方向电势越来越低,可得a点电势高于b点电势,D错误。该电荷在电场中做曲线运动,电场力应指向轨迹的凹侧,即受力方向与电场强度的方向一致,电荷必带正电,B错误。电荷若从a运动到b,由于a点电势高于b点电势,a、b间电势差为正值,电荷带正电,由Wab=qUab可得电场力做正功,所以电荷在b点动能大于在a点动能,电荷在b点速度大于在a点速度;电荷若从b运动到a,由Wba=qUba可得电场力做负功,所以电荷在b点动能大于在a点动能,电荷在b点速度大于在a点速度,A错误。由于a点电势高于b点电势,正电荷在电势高处电势能大,所以电荷 在a点的电势能大于在b
15、点的电势能,C正确。,方法总结 利用电场线和等势面解决带电粒子运动问题的方法 (1)根据带电粒子(只受电场力)的运动轨迹确定带电粒子受到的电场力的方向,带电粒子所受的电场力指向运动轨迹曲线的凹侧,再结合电场线的方向确定带电粒子的电性。 (2)根据带电粒子在不同的等势面之间的移动,结合题意确定电场力做正功还是做负功、电势能的变化情况或等势面的电势高低。,2-1如图所示电场中的三点A、B和C,当在三点之间移动电荷时,下列说法不正确的是(B) A.将同一电荷从A点直接移到B点,和从A点 经过C点再移到B点,电场力做功相同 B.将同一电荷从A点移到B点,和从A点移到C点,电场力做的功与电荷量的比值相同
16、 C.将同一电荷从A点加速移到B点,和减速移到B点,电场力做功相同 D.将不同电荷从A点移到B点,电场力做的功与电荷量的比值相同,解析根据电场力做功的特点:电场力做功只与初末位置有关,与电荷经过的路径无关,知将同一电荷从A点直接移到B点,和从A点经过C点再移到B点,电场力做功相同,故A正确;电场力做的功与电荷量的比值等于两点间的电势差,由于A、B间的电势差与A、C间的电势差不同,所以将同一电荷从A点移到B点,和从A点移到C点,电场力做的功与电荷量的比值不同,B错误;电场力做功只与初末位置有关,所以将同一电荷从A点加速移到B点,和减速移到B点,电场力做功相同,C正确;A、B间的电势差是一定的,所以将不同电荷从A点移到B点,电场力做的功与电荷量的比值相同,D正确。,2-2(多选)如图,一带正电的点电荷固定于O点,两虚线圆均以O为圆心,两实线分别为带电粒子M和N先后在电场中运动的轨迹,a、b、c、d、e为轨迹和虚线圆的交点。不计重力。下列说法正确的是(ABC) A.M带负电荷,N带正电荷 B.M在b点的动能小于它在a点的动能 C.N在d点的电势能等于它在e点的电势能 D.N在从c点运动
